科普 | Polkado初識，不止于跨鏈_DOT:polkadot哪里買

此文是Polkadot系列文章開篇之作，通過介紹Polkadot的角色、架構和交易流程來讓大家對Polkadot有個初步的認識。其中涉及到的技術點、比如混合共識、有效性驗證、XCMP協議等等，再由后面Polkadot系列文章進行詳細剖析，敬請期待。

提到Polkadot，大家首先想到的可能就是這是個很火的跨鏈項目，網上也把它和Cosmos稱為跨鏈”雙雄“。但其實如果把Polkadot僅僅定位為一個跨鏈項目，那說明對Polkadot的了解還不夠。Polkadot更準確的解釋應該是個可擴展的異構多鏈區塊鏈，跨鏈只是它系統的一個功能而已。Polkadot的復雜度遠遠大于目前常見的跨鏈項目，其不僅僅考慮了跨鏈所具備的基本功能，還保證了跨鏈交易的有效性。

除此之外，還通過共享安全性技術保證了平行鏈的安全性，這點是目前大多數同類項目所沒有具備的功能。四類角色為了更好解釋Polkadot的整體架構，我們先來解釋下Polkadot中的四種角色：收集人、驗證人、提名人和釣魚人，他們的具體關系如圖1所示：

人大附中物理老師李永樂科普拜占庭將軍問題和區塊鏈:5月14日，人大附中物理老師、科普視頻網紅李永樂在其公眾號發布視頻《拜占庭將軍問題是什么？區塊鏈如何防范惡意節點？》。李永樂老師在視頻中對拜占庭將軍問題和區塊鏈進行了講解，他表示，拜占庭將軍問題本質上指的是，在分布式計算機網絡中，如果存在故障和惡意節點，是否能夠保持正常節點的網絡一致性問題。在近40年的時間里，人們提出了許多方案解決這一問題，稱為拜占庭容錯法。例如蘭波特自己提出了口頭協議、書面協議法，后來有人提出了實用拜占庭容錯PBFT算法，在2008年，中本聰發明比特幣后，人們又設想了通過區塊鏈的方法解決這一問題。區塊鏈通過算力證明來保持賬本的一致性，也就是必須計算數學題，才能得到記賬的權力，其他人對這個記賬結果進行驗證，如果是對的，就認可你的結果。與拜占庭問題比起來，就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]

聲音 | 上海股交所總經理：區塊鏈想要大規模發展要做好社會科普工作:金色財經報道，上海股交所總經理張云峰表示，區塊鏈當前還處于一個“概念”的階段，距離成熟應用，影響到百姓的日常生活還有很長的路要走。對于“區塊鏈”和其會帶來的社會和經濟效果，沈陽應當持審慎的態度。區塊鏈想要大規模發展，一方面要做好這項復雜技術的社會科普工作，加快社會大眾對區塊鏈的了解。另一方面，要充分發揮市場的作用，讓企業用實實在在的技術創新，賦能實體經濟的發展。[2019/11/17]

圖1

◆收集人

平行鏈的全節點，負責進行平行鏈中交易的收集和區塊的打包，注意這里打包區塊只是候選區塊，并不代表確認后的區塊，平行鏈的區塊確認由中繼鏈負責。

◆驗證人

中繼鏈的全節點，中繼鏈會在驗證人池中通過隨機分組把驗證人指定給不同的平行鏈。驗證人會接受來自收集人打包的區塊并進行有效性驗證，然后結合共識算法對收集人提交的區塊進行確認。

動態 | 區塊鏈技術入選科普雜志《科學美國人》2019十大突破性技術榜單:據新浪網今日新聞報道，美國科普雜志《科學美國人》公布 2019 十大突破性技術榜單。區塊鏈技術因在保障食品安全中的作用而上榜。 入選榜單具體原因：區塊鏈技術的發展應用將顯著改善食品污染源數據追蹤的困境。利用區塊鏈云端系統，食品制造商可以依次在計算機儲存各類過程的信息。[2019/9/29]

◆提名人

Polkadot中數字貨幣DOT的持有人，它會選擇自己所信任的驗證人進行DOT質押，然后分享驗證人的收益。至于為什么需要提名人這樣的角色，就需要了解Polkadot的經濟模型了，這里就不做過多講解。

◆釣魚人

它的作用主要是對系統進行監管，通過舉報非法交易來賺取獎金。雖然驗證人通過隨機分配來服務于不同的平行鏈，從某種角度上看，提高了驗證人聯合做惡的成本，但還需要釣魚人這樣的角色來監管驗證人的行為。

動態 | 幣安科普MimbleWimble算法:幣安官方推特今日發布隱私算法Mimblewimble的科普貼，在下方留言區大量網友留言猜測是否是基于 Mimblewimble算法的隱私幣Grin或者Beam即將登陸幣安交易所，其中猜測Grin的呼聲更高。[2019/9/2]

整體架構

圖2

有了上面對Polkadot四類角色的定義解釋，下面我們進行整體架構的介紹：如圖2所示，Polkadot是一種樹狀網絡結構，中繼鏈可以看作是樹根，然后外接一定數量的平行鏈。由于中繼鏈能接入的平行鏈數量是有限的，那么中繼鏈還可以接入子中繼鏈以樹的形式進行規模擴展。同時，子中繼鏈還可以以同樣的方式進行擴展。

聲音 | 火星人朋友圈科普RAM:火星人在朋友圈發文稱，“什么是RAM？簡單來說就是EOS這個國家的土地，所有的經濟行為都離不開土地。只要EOS的BP們能投票形成一個穩定的供給預期，并且不改變目前的Bancor算法，那么RAM后續的價格有可能會像北上廣深的房價走勢。房價下跌不行，房價過快上漲也不行，EOS的生態越來越像某國了，真有意思。”[2018/7/6]

綠色標記的平行鏈中，收集人會進行交易的收集和廣播。對于打包出來的區塊，收集人除了廣播給其它收集人和釣魚人，還會把區塊提交給自己的驗證人。每個平行鏈還會有個出入隊列，如果區塊中有跨鏈交易，收集人會把跨鏈交易放入出隊列中，然后由收集人或者驗證人將跨鏈交易路由到目的平行鏈。

最后，除了可以接入平行鏈，中繼鏈還可以通過橋接鏈接入一些異構鏈或者說不能直連的區塊鏈，比如上圖中的以太坊。橋接鏈是具備橋接功能的平行鏈。

一筆交易之旅

對于初次接觸Polkadot的人來說，僅從上面的架構圖可能還是弄不清楚它的工作流程，為了讓大家對Polkadot有更加深入的了解，下面介紹Polkadot中一筆交易的“生命之旅”，也就是平行鏈中的一個交易是如何打包的，是如何在中繼鏈中被確認的，然后跨鏈交易是什么時候被傳遞到目的平行鏈的等等。

注意，這里不涉及橋接鏈的情況。為了不混淆區塊打包和確認的概念，這里稍微解釋這兩者的區別。區塊打包只是將多筆交易收集起來然后打包成一個區塊，此時這個區塊還不具備最終性，有一定概率被丟棄。

區塊確認就是指區塊被最終確認而不會被推翻丟棄。這種將區塊的打包和確認分開來的共識算法一般稱為混合共識，Polkadot就是此類共識算法。具體的技術細節這里就不細說了，留給后面的文章進行詳細講解。

◆平行鏈階段

首先，平行鏈中的收集人收集到足夠交易后，會將交易打包成一個區塊然后提交到驗證人。收集人提交到驗證人的數據其實不僅僅是區塊，而是一個POV數據。POV包括區塊、有效性證明數據和跨鏈數據。有效性證明數據主要是提供給驗證人進行區塊有效性驗證的，因為收集人打包的區塊中可能包含無效的交易。

驗證人接受到POV數據后，會把它同步給同一組的驗證人，與此同時會根據有效性證明數據和區塊進行有效性的驗證。驗證通過后，驗證人會根據糾刪碼技術將POV分塊和簽名并廣播給其它驗證人進行備份。'

這里備份的目的主要是確保區塊被中繼鏈確認后，盡管惡意收集人丟棄區塊，平行鏈也可以從驗證人那恢復區塊。

◆中繼鏈階段

驗證人將POV塊簽名廣播后，會生成CandidateReceipt并把它廣播給其余中繼鏈的驗證人。CandidateReceipt包含了平行鏈區塊的關鍵信息，比如區塊哈希、父區塊哈希等。其余驗證人收集到足夠數量驗簽通過的POV塊后，會把CandidateReceipt放到出塊列表中。中繼鏈共識階段會選出一個Leader，Leader負責出塊，此時的區塊就包含了前面的CandidateReceipt。

在區塊確認階段，其它驗證人首先需要收集足夠的POV塊來還原POV數據，然后驗證CandidateReceipt的有效性。此時，如果驗證人收集不到足夠數量的POV塊，會要求平行鏈驗證人提供POV。如果平行鏈驗證人無法提供POV，那么該區塊將會無效，相關的平行鏈驗證人也會被懲罰。

◆跨鏈交易傳遞

平行鏈階段中，收集人打包區塊的同時，也會將跨鏈交易放到平行鏈的出隊列中。跨鏈交易通過XCMP協議進行傳輸，根據收集人和驗證人的網絡連接情況，具體的傳輸方法有三種：

來源鏈收集人直接發送給目的鏈收集人；

來源鏈驗證人發送給目的鏈收集人；

來源鏈收集人發送給來源鏈驗證人，來源鏈驗證人傳遞給目的鏈驗證人，目的鏈驗證人再傳遞給目的鏈收集人。

跨鏈交易傳遞到目的鏈后，會把跨鏈交易放到平行鏈入隊列中。通過以上步驟，就完成了跨鏈交易在鏈間的傳遞功能。

總結

雖然Polkadot架構比較復雜，各種新名詞也很多，比如POV區塊、XCMP協議、CandidateReceipt等等，連平行鏈的區塊都得由中繼鏈確認，中間還包括有效性驗證、POV數據分塊、簽名和備份等等步驟，但是這些復雜設計也讓整個系統具有更好的可擴展性和安全性。

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