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科普 | 平行链究竟有何妙用,为什么被称为波卡的王牌?

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原文来源: Polkadot生态研究院

原文标题:《最近被热议的平行链究竟有何妙用,为什么会称它为波卡的王牌?》

背景

随着前两天 Gavin 博士在社区的回复,我们可以窥见的是 Kusama 平行链拍卖可能很快将会到来,那个等待多时的“猛兽”似乎就要冲出牢笼了,而这一刻人们已经等待多时,可以说平行链的正式上线将会是波卡划时代的一刻。

但是在上一周我们发布《一文了解波卡平行链插槽拍卖的全貌和隐藏的商业机会》后,惊讶的发现还有不少读者对平行链的了解还仅停留在概念层面,而对其背后的产生和发展前景知之甚少,并且目前市面上我们确实也没看到把平行链完整介绍清楚的文章,并且如今的平行链可能和去年大家了解的发生了更多变化,因此我们尝试全维度的来分析平行链的过去、当下和未来,以飨读者。

当然,本文关于平行链的部分描述也不排除在未来会有变化,若有那天,我们同样会再更新该内容。

平行链是什么?

1 平行链是什么?

首先我们需要了解波卡的架构,波卡本质上是一个由主要的中继链和多个平行链组成的可扩展的异构分片区块链。分片意味着把一个区块链分成不同的片区,如果一个区块链被分成了 50 个片区,那么它的效率也相当于提高 50 倍,而波卡的就是分片做到极致的情况,也就是每个分片实际是一条区块链,这些区块链可以是不同架构,所以波卡是异构分片区块链,而以太坊则是同构分片区块链,与以太坊不同的是,波卡的可扩展性、兼容性相对更好,最终它会形成了一个互相协作的去中心化区块链网络。

科普 | 平行链究竟有何妙用,为什么被称为波卡的王牌?

平行链在波卡生态系统中起着至关重要的作用,每条平行链都可以为某个特定的用例进行优化的新颖设计,并做到专链专用。其通过中继链接入到波卡生态系统中进行交互,提供了互操作性和跨链通信服务。为平行链未来的发展提供了无限的可能,目前,波卡官方表明,波卡早期设计有 100 条左右的平行链可以接入生态系统,层出不穷的新兴波卡生态项目使得平行链的概念更加的清晰。

我们可以将平行链理解为波卡生态系统中并行的结构完全平行化的独立链。

2 平行链运行原理

波卡生态系统中平行链高度的自由性是其最大的优势之一。波卡的共识算法受  Tendermint  和  HoneyBadgerBFT 的启发,是一种新型异步拜占庭容错算法,可以快速的达成有效的区块共识。节点支持数量更多,同时能容纳更多个拜占庭节点。

对于波卡生态内部的平行链,基于 Substrate,可以直接通过 XCMP 跨链消息传输协议实现波卡平行链和中继链的跨链,达到平行链之间的信息交互。不同的平行链就好像  Adobe  系列软件中不同的软件,却可以通过系统进行及时互联。

而对于生态外部的区块链,则由转接桥接入,允许 Polkadot 中的平行链与具有自己的共识机制的区块链进行通信,实现异构区块链之间的交流。

3 平行链的大分类 

基于官方对波卡生态系统的最新观点,平行链分为一般平行链、公共利益平行链。其中一般平行链指的就是波卡生态系统中大部分的生态项目通过拍卖租赁获得的私人平行链。我们将针对公共利益平行链展开讨论。

为了维持和保护波卡生态系统的安全稳定运营,波卡官方推出链上治理通过公投的方式决定为公共利益平行链注册平行链插槽。那么,什么是公共利益平行链?

公共利益平行链包括系统平行链和公共功能平行链。公共利益平行链(common good chains),代表整个可以为整个生态服务的可以视为有关公共利益的链,好比是市政基础设施一样。

3.1 系统平行链

系统平行链可以用于 Staking 和理事会的选举、治理和证明身份,还可以用于余额。它可以将中继链的部分功能转移到平行链,最大限度的减少中继链的负担,使得整个网络更加的高效,其最终的目标是使得中继链变成无交易性的可处理更多平行链的系统。3.2 公共功能平行链

公共功能平行链则是指转接桥、或者以 DOT/KSM 计价的智能合约平台,以及为央行数字货币和稳定币提供稳定、永久平台的通用资产链等等。它为波卡生态系统增加新的公共功能,使得整个网络更加的具有价值。

3.3 转接桥

波卡的平行链中,如果是用基于 Substrate 框架生成的平行链,由于其共识机制是相同的,它们之间可以比较容易的做到跨链交互,这也叫同构跨链。但是也有另一种情况,就是现在已经成熟运行的一些区块链项目,比如比特币、以太坊等,这些区块链的共识机制与波卡生态不一样,是不能直接链接到波卡上的,这就需要一个在中间做“翻译”的角色了,这个角色就是转接桥。

转接桥本质上也是一种平行链,其作用就如翻译一样,一方面让中继链觉得该外部链是一条平行链,另一方面通过在波卡的平行链和外部的区块链上同时部署智能合约,让中继链与其他本身不兼容波卡的区块链之间进行交互,以实现跨链的功能。

目前,针对加密货币领域最大共识的两个项目,比特币和以太坊,官方与 Interlay 团队合作开发了 PolkaBTC 的 BTC 转接桥,还与 Snow Fork 团队合作开发了以太坊的转接桥,这两个转接桥本身没有token,只提供跨链的基本需求,大概率会成为波卡的公共功能平行链之一。

官方还正在构建一个 BEEFY (Bridge Efficiency Enabling Finality Yielder) 协议,这个协议可以允许 Substrate 链使用 GRANDPA 最终性协议来桥接非 Substrate 链(目前主要支持ETH主网),利用这个协议其他平行链可以很容易的做到对以太坊的跨链。未来,相信官方会将 BEEFY 完善到可以针对当下各类成熟的区块链项目。

3.4 嵌套中继链

目前波卡的架构上只有一个中继链,而单个中继链可以承载的平行链数量是有限的,官方暂时给出的数据是 100,但这并不意味着这就是波卡的极限,波卡的最大优势还是在于其强大的可扩展性。比如,波卡可以将其中一条平行链,作为另一个嵌套在原有中继链上的新的中继链,新的中继链又可以链接 100 条平行链,就好比现在的波卡是一个有 100 个插槽的插线板,当插槽不够用了,就弄一个新的有 100 个插槽的插线板插到现有的波卡插槽上,以此类推,波卡便可以链接无数条区块链,理论上可以做到无限扩展性。

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波卡独创的金丝雀网络 Kusama,由于其本身就属于是一个拥有正常经济体系和治理体系的区块链,自然会有自己的生态,波卡未来新上的功能都会在 Kusama 上面运行和测试,许多波卡生态的项目也纷纷借鉴这个思路,做一个自己项目的金丝雀网络,并参加 Kusama 的插槽竞拍,目前 Kusama 的生态也发展得欣欣向荣。

而官方对于 Kusama 还有后续的安排,便是让 Kusama 成为波卡的嵌套中继链,目前,官方已经安排了一个团队专研 Kusama 的转接桥,更多关于 Kusama 转接桥的消息,让我们静候佳音。

3.5以 DOT/KSM 计价的智能合约平台

目前波卡的中继链是不支持智能合约的,但是波卡背后的 Substrate 框架则是有智能合约模块。所以,波卡上的平行链是可以做成智能合约平台的,但是现有的许多做智能合约平台的波卡生态项目本身是有自己的 token 的,不具备公共的属性。

对于一些开发者来说,他们并不想做一条链,尽管在波卡上发链很简单。那么,选择一条稳定、成熟的链,在上面做开发,便是这些开发者的一个刚需。但若是选择某个在做智能合约平台的波卡生态项目作为承载自己开发的应用的区块链,便会遇到一个问题,若这条链的生态做不起来,是否自己的应用也会受到影响,就好比现实中在一个人气不太好的商圈开了门店一样,多少会影响自身项目的发展。

对于这类开发者来说,找到一个只支持 DOT/KSM 计价的智能合约平台,便是解决方案之一,这也是官方觉得十分有必要的一个关乎公共利益的平行链。而这一条平行链的功能,就相当于是波卡上的以太坊了,未来许多不想自己发链的DApp开发者,会考虑在这一条公共利益的智能合约平行链上做开发。

3.6其他通用链(比如通用资产链)

资产是加密货币领域重要的一个版块,如今,稳定币USDT的流通体量已经成为超越比特币的第一大加密货币了,另一方面,各国正在加紧研发央行数字货币,我国也多次测试数字人民币,正在快速推进落地,所以,对于这些资产的交易会成为以后的最大刚需,而这样的刚需被其中一个项目所掌控的情况并不合适,更适合用一条公共的平行链来满足这样的刚需,这也是官方近期推出 Statpint 通用资产链的原因。

小结:

公共利益平行链从某个角度来看,推动了波卡生态系统的升级与迭代。简单的说,系统平行链就好比政府工作中不同的部门,在去中心化的条件下,通过社区治理的方式维护了波卡生态系统的稳定,而公共平行链则就好比新的有益于大众的具体项目,使得波卡生态系统的功能更加的完善。

平行链的发展现状

1 平行链如何产生的?

首先我们需要明确平行链的产生不是某种机缘巧合,本质上是为了解决某个问题而产生的针对性的方案,那么平行链方案是为了解决什么问题呢?

如果是参与过DeFi的玩家一定会明白以太坊目前的两大核心问题:拥堵和高额 gas 费。当然,即使没有参与 DeFi,通过 ERC20 的网络转账大概也会深刻感受到什么叫“油比菜贵”。不过这一问题并不是现在才有,自从 2017 年以太坊上开始有了各种实际应用以来就成了大家口中的诟病。

于是,我们看到了以太坊提出的 ETh3.0 方案,希望从 POW(工作量证明)过渡到PoS(权益证明),以此解决目前的拥堵问题,而 ETh3.0 本质采用的是分片方式来解决问题,而平行链的考虑同样如此,只是可能大部分人不清楚平行链是分片的子集。

但要达成 PoS 链共识,就必须有大于三分之二的验证人对 Layer1 上发生的所有事情达成完全一致,依然需要网络中每个人验证区块,这意味着效率并不会太高,因此才有人提出了分片的构想,将一部分工作类似于“外包”出去,以减少主链的工作量。

因此,平行链的产生就是完成这份“外包”工作,“通过分片和权益证明的相互配合,即使没有所有参与者检查所有状态转换,平行链宿主也可以在许多平行链上提供全面的安全性。”

但与 ETh3.0 的分片不同的是,波卡平行链是一种异构分片解决方案,但解决的问题本质上是类似的,而这就是平行链的诞生。

2 平行链当前进展

大概是近 2 年以前,Web3 基金会研究团队便开始了跨链消息传递(XCMP)功能的研发,作为平行链功能的重要组成部分,XCMP 的研发一直备受关注,并在去年取得了突破性的进展,虽然目前还是在 HRMP 协议(可以理解为 XCMP 的 0.5 版本)的过渡阶段,但我们可以预见,真正的 XCMP 也会很快真正到来。

当然在平行链开发过程中还包括平行链开发套件(PDK)工具的研发,使得开发人员能够轻松创建与波卡兼容的平行链。而随着两大进度的融合,去年8月,专为测试平行链功能而生的 Rococo 测试网正式上线,这标志着平行链真正意义上拉开了大幕。

而随后 Rococo 的 V1 版本先后进行了多轮测试,期间也顺利完成了无分叉升级,再次证明了无分叉 Runtime 的好处包括真实接入其他 Substrate 开发的项目,陆续参与测试的平行链项目超过 8 个,解决了不少 bug,优化了一些功能,而前段时间出快慢的问题也在最近得到了解决。

按照官方节奏,接下来会有更多的项目参与到 Rococo 的测试中,以测试并完善平行链的更多功能。

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另一方面,按照平行链的上线流程,目前部分公益平行链已开始正式测试,正因如此,我们才开到了 Kusama 平行链插槽拍卖即将正式上线的消息,而这标志着平行链即将迎来真正的“大阅兵”,接受市场的检验。

平行链的意义

1 平行链的创新

首先我们来看,波卡官方是如何看待平行链的创新?

平行链将颠覆所有现有的区块链技术,因为平行链兼具有 Layer 1 区块链和智能合约的优势。

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相对于智能合约平台来说,智能合约平台都是通用的,而平行链可以专门用于特定的场景,比如专门用于DeFi,或者转账,或者治理等等。另一方面,平行链是更主动的,不是简单的被动的,智能合约模型一般是事件驱动的,往往需要人工交互,而平行链则可以安排设定好逻辑,让其在特定的时间或区块高度时候执行。

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相对于 Layer 1 的区块链来说,在交互层面,Layer1 的区块链不能轻松或快速地与其他链交互。使用和操作一个跨链桥是相对昂贵并且性能缓慢的,而且很难开发。但是,同一中继链上的所有平行链可以无缝跨链交互。在安全层面,为 Layer1 的区块链聚集安全的验证者或矿工们是十分困难的,而波卡的平行链则具有由主要的波卡验证者们提供的安全性。

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除了官方的观点,我们认为,从波卡的结构和实际情况来看,还有诸多创新带来的优势。

平行链背后有一个创新的技术——Substrate 框架,基于 Substrate,开发者可以做到一键发链,很轻松就能完成对区块链的开发。如此一来,发链轻松自如,会吸引许多开发者基于 Substrate 开发。

我们有理由相信,未来许多区块链都会是基于Substrate框架搭建的,这样会得到什么好处呢?简单来说,各种意义上的兼容性变强了,因为大家都基于一套框架,如果一个交易所已经整合了一个 Substrate 链,那么要整合其他 Substrate 链就容易多了,又或者平行链与平行链之间进行交互或者共同研发什么,都会得益于两者是同根生,而变得容易许多。好比是两个四川人谈合作,都是用的四川话,同时又非常熟悉四川的风土人情、人文文化,沟通起来就顺畅许多。

2 平行链对Web3.0的意义

2.1 平行链的创新加速了 Web3.0 的发展

对于 Web3.0 来说,就需要层出不穷的落地应用,经过优胜劣汰的方式,最终筛选出一些有标志性的巨头项目,来推动 Web3.0 的发展。平行链背后的创新 Substrate 框架,让发链变得快速而容易,极大地缩减了项目的研发周期,让其更快的落地并接受市场的检验,正是推动 Web3.0 发展的助推器。

2.2 平行链的设计也丰富了 Web3.0 生态

平行链打破了一条 Layer1 的区块链就必须要保证通用性的问题。因为有跨链功能的存在,平行链可以专注于某些特定的应用方向。好比是,在以前我们看发展,往往只看中一个城市的发展怎么样,所以可能各方面要求都比较高,要发展科技、工业、农业、旅游等等,想要面面俱到的发展,往往会各个方面都不太出彩。

而现在,国内的发展看重的是多个城市组成的经济带,比如长三角区的几个城市,就可以各自抓一个重点,成为某些方面做得很好的方向,比如上海主抓金融,杭州主抓科技,苏州主抓工业,宁波主抓对外贸易。

所以,按照类似的思路将原有的一些区块链的功能拆分出来,成为一个特定领域或者特殊功能的链,可以极大的丰富 Web3.0 的生态,并且因为分工的原因,可以使得做特定领域的项目可以做到更高效更专业。

实际上,波卡官方也在按照这个思路,将原有波卡中继链上的一些功能逐渐拆分出来,成为其中一个系统平行链,比如治理,转账等等,这样可以让中继链轻装上阵,进一步提高效率,又或者,官方会支持一些对整个生态都有帮助的公共平行链,比如做 BTC 的转接桥项目,近期官方新提出的通用资产平行链 Statpint,智能合约链 Patract。

值得注意的是,由于发链变得简单,未来一些 DApp 团队很有可能会考虑基于自己的 DApp 就做一条区块链单独来跑他们的应用,一链一 DApp 会变得非常普及。

如果稍微留心一下现在波卡上的生态项目就会发现,他们大部分明明是一条链,但都不是像以前的公链那样是通用的,而是要么是基础设施,要么是应用,要么是平台,比通用的公链来说,生态的多样性不言而喻。

3 平行链的发展畅想

波卡本身的架构以可扩展性见长,由此,可以带来更多的可能。比如,波卡本身的中继链链接众多平行链的架构,其实是属于分片结构的,而由于它不同的分片是不同架构的链,所以波卡是属于异构分片,而以太坊则是同构分片。

而官方去年年底提出了 SPREE 模块(Shared Protected Runtime Execution Enclaves 共享可信执行环境),这个新功能可以让波卡兼顾了同时兼顾异构分片和同构分片的优势。

SPREE 的基本运行原理是,每一个使用了 SPREE 模块的平行链,都会有一个特殊的区域,所有这些区域都是遵守中继链上 SPREE 模块的规则的,而各个平行链则无法修改这个规则,而这个区域,可以专门用于转账等对安全需求较高操作。打个比方,SPREE 就好比是各个省的纪委一样,不受当地制约,只遵守于中央(中继链)。

这个机制的好处在于,一方面,它可以让一个应用在各个平行链上都运行,就好比你是一家公司,你既在微信上做了一款小程序,又在支付宝上做了小程序,还在抖音上做了小程序,而这些小程序都是一个应用,这样就实现了同构分片,能提高效率。

另一方面,不同平行链可以是不同领域的,或者有不同功能的,所以,通过 SPREE,可以让一款应用获得不同平行链上的功能,发挥出异构分片的优势。

又或者,平行链之间的关系,不会仅仅只是通过中继链进行跨链交互的关系。比如,许多平行链都是基于 Substrate 框架开发的,相同的基础会使得平行链之间可能会以另一种不通过中继链方式再次连接起来,也许是两条链共同开发的工具,也许可能某条链可以因为自身专精的方向,推出一款工具让所有的链都使用它,这条链便以另一种形式成为了又一个区块链网络。

又比如,不同功能的几条链联合推出一款应用或者工具,就像是长三角经济圈一样。虽然现在更多的是两个项目方的互相结合,我们相信未来会有超过两个主体的多方合作,推出更复杂,功能更全面的产品或工具。

后记

最近,波卡官方消息表示,Parity 计划开发和提议一条名为 Statpint 的通用资产平行链,作为波卡和 Kusama 最早批的通用平行链,而该平行链将具备部署NFT、稳定币、央行数字货币等资产的功能。一旦占据了主要的资产发行端口,我们有理由相信,Statpint 将会是波卡的一个大招。如果说之前的平行链更强调功能性,那么 Statpint 似乎更贴合用户资产端的东西,这与当下热门的几个方向不谋而合,势必会带来更加有趣的东西,毕竟一幅 NFT 的画作最近在佳士得拍出了 6000 多万美元的天价,世界就是这么神奇。

而平行链给区块链或者波卡本身带来的化学效应目前似乎还没产生真正的火花,但当我们完完全全了解完平行链背后的构想和未来可能发生的故事,不觉充满了更多期待,毕竟区块链世界依然需要新鲜的故事,也需要新鲜的技术。

当然,波卡官方对于平行链功能的完善,或许还会诞生更多像 Statpint 这样的东西,而这才是值得我们长期跟踪并关注的事,艺术家告诉我们“未完成才是最好的状态”,而对于实干家来说,未完成才满怀期待,只是巧的是 Gavin 博士既是艺术家,也是实干家。

波卡生态问与答 Q&A

我们新开辟了一个版块,专门用于解答大家的一些常见问题,大家可以关注 Polkadot 生态研究院,并在公众号后台提出你的疑问,我们会精选出一些问题,并在每期文末的问与答板块回复。本期主要是关于波卡平行链插槽拍卖的 Q&A:

Q1:许多波卡项目都在做以太坊桥,而官方也在与 Snow Fork 这个团队推出以太坊桥,那么以后会只有 Snow Fork 这条以太坊桥吗?

A1:1、没有人规定同一条链只能允许一条转接桥。2、Snow Fork 做的以太坊链会是公共利益链,本身不发币。3、未来会有多条以太坊的转接桥,对此,不妨理解为 Snow Fork 这条就是系统所需要的,是为了在功能上满足一个公共需要,官方会有一个代表公共利益的以太坊转接桥,这个转接桥项目没有自己这条链特有的 token;但是另一方面,其他做以太坊转接桥的项目,本身会有一些其他的功能和自己的 token,形成另一套生态,两者是可以有不同,但是又能兼容的。

Q2:如何选择不同的转接桥呢?

A2:对于不同的转接桥项目,肯定会因为实际使用情况在成本、效率方面,会有一些差别,又或者,不同转接桥的项目会带来不同的功能。比如官方的公共利益平行链中的以太坊转接桥,可能就比较简单干脆,而其他非公共的转接桥,可以享受这条链的一些特殊功能,或者会有一些特别的激励机制。不妨从市场的角度来看待如何选择转接桥,根据自己的需求和实际体验,做出选择就好。

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