Polkadot 的起源與進化：超越以太與 Cosmos 的治理與設計

在諸多還未上線主網的區塊鏈中，跨鏈項目 Polkadot 也成爲了至今爲止熱度最高的區塊鏈之一。但常常與 Cosmos、以太坊並肩出現的 Polkadot，在無數的對比中作爲配角，不斷地被割裂與被重構。本篇文章將試圖描摹 Polkadot 的真實全貌，如有遺漏及誤解，還請各位指正。

原文標題：《取代以太坊、爭鋒 Cosmos， Polkadot 的真實面貌到底是什麼？》
作者：蘆薈

一、起源

正如比特幣有中本聰，以太坊有 V 神，Polkadot 也有它的靈魂人物 —— 創始人 Gavin Wood。

在創建 Polkadot 之前，Gavin Wood 曾有過兩個知名身份：前以太坊的 CTO 及聯合創始人，其後是以太坊客戶端 Parity 的創始人。

在投身於以太坊的發展進程中，Gavin 的成就並不比 V 神小，他撰寫了以太坊技術聖經——黃皮書，首次提出了 EVM 概念（Ethereum Virtual Machine，即以太坊虛擬機），以及開發了智能合約高級語言 Solidity，這些技術發明幾乎奠定了此後區塊鏈 2.0 的基礎。

在概念暢想中，Gavin 也在 2014 年首次提出 0 信任的安全交互操作系統——web 3.0 時代，並稱其爲「後斯諾登時代」（第二次重提 web 3.0 則是在 2017 年成立 Polkadot 之際）；在工具上，出來單幹並獨立創建了 Parity Technologies 的 Gavin 推出了由 Rust 語言編寫的以太坊客戶端 Parity，目前該客戶端的以太坊用戶仍然排名第二。

青澀時期

2016 年，在以太坊向 1.5/2.0 升級的過程中，以太坊經歷分叉危機。Parity 創始團隊開始考慮獨立創建一條有分片版本的以太坊區塊鏈。Gavin 將思維過程更進一步，在其構思的新區塊鏈系統中，連接到中繼鏈的分片並不完全相同，允許不同的節點運行不同的應用邏輯，使每個鏈都成爲自己的平臺，所有的分片都應該享有同樣的安全保障。

創始團隊的光環與這一設想的先進性很快得到資本青睞。2017 年 10 月，Polkadot 進行了第一次衆籌，一週內吸金 1.3 億美元（48 萬以太坊），投資機構不乏 Bosst VC、Pantera Capital 還有 Polychain Capital 等知名風投機構。

其 ICO 方式也十分具有去中心化的色彩。爲了防止有人在 5 秒鐘之內囤夠所有代幣，Polkadot 採取了荷蘭式拍賣的方法，即隨着時間的推移逐漸減少購買上限、同時提升價格。

衆籌頁面

不過，衆籌完不久，由於 Parity 一位程序員的操作失誤，Polkadot 的 Parity 錢包中 93 萬個以太坊被凍結，曾引起譁然。今年 4 月，Polkadot 發起了第二次 ICO。在此前華爾街日報於 2019 年 1 月的報道中，知情人士表示第二次 ICO 計劃融資 6000 萬美元，整體估值達到 12 億美元；而在 4 月，巴比特對 Gavin Wood 最新的採訪中，Gavin 表示將在主網發佈前發售最後 20% 的代幣。據 Odaily 星球日報瞭解，此次 ICO 個人購買一枚 DOT 的單價，相比第一次的衆籌價格已經上漲了 177%，預計此次融資獲將超過 6000 萬美元。

二、共享驗證節點的異構多鏈協議

作爲 Gavin 實現 web 3.0 願景的產物，Polkadot 是一種異構多鏈協議，旨在實現以往區塊鏈努力實現的 3 個目標：互通性、可擴展性、共享安全。

如何實現的呢？Polkadot 由一箇中繼鏈（Relaychain）以及一系列平行鏈（Parachain）組成。其中，中繼鏈負責共享安全、共識以及平行鏈之間數據、消息和交易的跨鏈傳遞；平行鏈則需要綁定 Polkadot 的代幣 Dots 以租賃一個 parachain 槽 ，來鏈接中繼鏈（Dot 持幣者可通過質押代幣，投票決定是否添加、移除或者修改已經存在的平行鏈）；對於已經無法改變共識機制、代幣（如比特幣、以太坊這樣的老牌公鏈）或者不願意改變共識機制以及共享安全的區塊鏈，則可以通過 BrigeChain 鏈接 Polkadot 生態。

這一異構多鏈的架構，希望實現各個鏈條之間資產與數據的互相流通，以提高吞吐量；在 Polkadot 中，出塊任務可以分配給不同的子鏈，從而能夠實現並行運行事務且不必擔心發生衝突。

目前 Polkadot 的第一版，數十條平行鏈能夠通過一箇中繼鏈並行連接，據官方估計，一條中繼鏈最高可容納 100 條平行鏈，目前已有超過 25 個項目已經公開聲明他們打算將他們的區塊鏈連接到 Polkadot；在其第二版的構想中，可以出現基於一級中繼鏈上的二級中繼鏈，預計可以出現千倍至萬倍的可擴展性。

第一版 VS 第二版

在安全性上，Polkadot 認爲在一百條相互關聯的區塊鏈中，安全性最弱的鏈條將決定整個跨鏈系統的安全性，而不乏有一些缺少激勵的鏈條因爲難以吸引到驗證者，往往系統安全性並不高。由此在 Polkadot 的設置中，中繼鏈上的驗證節點將被平均地分配給各平行鏈以守護其安全性，這樣一來，平行鏈不必花心思吸引驗證者來保護區塊鏈，而將精力專注於鏈的任務（即運行）。

傳統的獨立的安全 VS 共享安全

2018 年 10 月，Polkadot 上線新的工具 —— Substrate 框架。該框架集成鏈區塊鏈所需的通用功能，以期使開發者儘可能簡單靈活地創建區塊鏈；同時也能實現一部分的技術自由。

Substrate 分爲多層架構：即 Substrate Core （具有 Polkadot-Core-integration），Substrate SRML 和 Substrate Node，如下圖所示，從上到下，技術自由遞減、抽象度遞減、依附性遞增。

具體來說，如果選擇最上方的 Polkadot Core，開發者需要從頭開始構建自己的區塊鏈，並在 WebAssembly 中爲其配備塊驗證功能。從頭開始意味着必須實現自己的節點、RPC 同步、網絡、加密、數據庫、存儲、共識以及輕量級客戶端和遙測等擴展功能。

而最下方的 Substrate Node 則可謂是一站式服務，開發者只需提供 JSON 配置文件即可獲得完整的智能合約區塊鏈。你大概可以想象其簡便性：在 2018 年的柏林 Web 3 峯會上，Gavin Wood 在半個小時之內，利用 Substrate 在一臺剛從工廠出爐的新電腦中，創建了一條完整的區塊鏈。

柏林 Web3 峯會上的 Gavin Wood

Polkadot 中的平行鏈並不限定於用此框架創建；該框架也不僅僅限定於 Polkadot 生態。

三、混合共識：改進版 DPOS + PBFT

在 Cosmos 中，通過 Cosmos SDK 建造的鏈只能選擇 Tedenmint 共識機制，目前暫不清楚通過 Substrate 搭建的區塊鏈是否在共識機制上有所限制，但還是有必要清楚 Polkadot 的共識機制。

據 Polkadot 的最新博客，Polkadot 計劃使用 Web3 基金會研究科學家 Alistair Stewart 發明的混合共識機制 —— GRANDPA。

該共識機制是 Aurand 和 Tendermint for PBFT 的混合共識機制。其中，Aurand 是升級版的 DPOS，保留了其輪流出塊，且一開始就確定了出塊人（驗證者）的特質，所以效率高，TPS 高；同時改進了節點的數量，允許隨機選擇驗證人而非固定的 21 位節點出塊。此外，GRANDPA 對 Tendermint for PBFT 也做了改進，Tendermint for PBFT 是 Cosmos 的共識，需要 至少 2/3 的驗證人達成共識。異步 BFT Tendermint 會對每個塊進行 BFT， Grandpa 可以選擇每輪驗證人最後一個塊進行 BFT，減少 99% 的通信量如隔離見證、鏈下收集簽名、驗證 finalize，從而共識形成速度更快。

儘管看起來十分複雜，但 GRANDPA 的本質還是 POS 共識機制，相比於大多數 POS 公鏈中只有委託人與驗證者兩個角色，Polkadot 在其白皮書中設置了四個角色：「驗證者 (validator)」、「提名人 (nominators)」、「校對者 (collators)」和「漁民 (fishermen)。

驗證人與提名人與大多數 POS 公鏈中的節點與委託人作用相似，前者質押代幣生成區塊且提供委託服務，後者可將代幣委託給驗證者。

新增的校對人與驗證人互相輔助，主要任務是生成有效的 Parachain 區塊。校對人還需對未封裝的塊進行零知識證明，並將其提供給一個或多個負責向 Relay Chain 提交 Parachain 區塊的驗證人。漁夫則是賞金獵人，監督驗證人與校對人的作惡行爲，並通過舉報尋求大筆的獎勵。

四、鏈上治理：浮動的投票通過門檻

Polkadot 的治理機制也顯得更復雜一些。除了全民公投以外，Polkadot 引入了一個鏈上「委員會」的概念，這個委員會很可能從大約 6 人開始，並且在 9 個月內增加到 24 人（每兩週大約增加一個人）。所有成員都有固定任期（12 個月），每個成員都通過批准投票選出。

該委員會主要負責兩項治理任務：提出合理的公民投票，取消無可爭議的危險或惡意公投。

比較特殊的是，複雜的 Polkadot 採取了「加權投票」與「自適應法定人數偏差」。在加權投票中，投票權重等於投票人 token 的數量乘以鎖定時間（代幣鎖倉時間，倍數在 1 到 6 之間。）

「自適應法定人數偏差」通俗地說，即：如果投票率低，那麼提案通過需要的贊成票會更多；理事會的提案需要更多的反對票才能被否決；公民提案需要更多的贊成票才能通過。

說了這麼多，Polkadot 在其治理頁面的結尾也表示，在主網上線之前，最終的治理模型並未確定。

五、與 Cosmos 與以太坊的「對比」

同爲跨鏈項目，Polkadot 常被與 Cosmos 對比。

兩者在跨鏈的技術設計上如此相似，兩者都提出了建立連接區塊鏈（Cosmos 的 Hub 和 Polkadot 的中繼鏈），在其他鏈之間傳遞消息；兩者都有一個模塊倉庫（Cosmos SDK 和 Substrate），供開發人員構建可以直接插入相應生態系統的區塊鏈；兩者都有橋接機制來連接傳統的區塊鏈（Cosmos 的 peg zones 和 Polkadot 的 bridge chains）。

不同的是，Cosmos 有多個 hub，且並不共享節點與安全性，hub 仍將讓區塊鏈完全控制自己的治理。相比之下，Polkadot 目前只有一條中繼鏈的設置，也被認爲「更爲中心化」，且平行鏈共享節點以及安全。

但支持者卻並不這樣認爲，共享網絡安全並非壞事，甚至在大多數情況下這是必要的；Wetez 錢包也認爲當前很多新公鏈最大問題就是節點不夠，不夠就代表不去中心化不夠安全。

在這一點上，無法判斷哪一方更有優勢，需要看項目方的取捨。

另外，開發語言也有差異：Polkadot 使用 WebAssembly 和 Rust 語言，而 Cosmos 使用 Golang 語言。WebAssembly 相對先進，對於在具有不同運行時間的區塊鏈之間進行協調更有優勢，目前得到了 Google、Apple、Microsoft 和 Mozilla 的支持，但對於普通開發者來說，這是一門更爲小衆的語言。與 Rust 相比，Golang 是一種更易學習的編程語言，在全球也有更多的開發者。

不過，顯然 Polkadot 團隊也意識到了這一點， Parity Technologies 目前正分別基於 Rust 和 Javascript 編程語言開發兩個 Polkadot 的客戶端。2019 年 1 月，加拿大科技公司 Chainsafe 獲得 web3.0 基金會資助，利用編程語言 Golang 爲 Polkadot 開發新的客戶端。

Polkadot 的設計，在部分人看來，正打算替代以太坊。

比如，橙皮書曾經用比喻寫出兩種願景的相同：以太坊的願景想要用以太坊這個賬本，幫全世界的村莊 / 各種經濟體來記賬和結帳；Polkadot 雖然描述的是一種跨鏈技術，但它更多描述的是一種多鏈的賬本結構，Polkadot 要做的是使用中繼鏈這個賬本給別的村莊記賬。本質上兩者皆爲賬本。

Polkadot 成員 Jack Platts 在文章中也將兩者作比較，認爲 Polkadot 相對以太坊成本也更爲低廉：雖然租賃插槽需要鎖定部分 Dots，成本比寫一份智能合約更高，但相比於以太坊高昂的 Gas 費用，Polkadot 生態中發送交易的成本將大大降低。

然而，Polkadot 卻在各場合否認挑戰以太坊，不過以太坊社區並不買賬。

以太坊核心開發者、主要客戶端 Parity 的發佈經理 Afri Schoeden，曾發推表示 Polkadot 已經達到了以太坊第四階段的「Serenity」想要達到的效果，一度被社區稱爲「以太坊的叛徒」。

所謂「Serenity」階段就是以太坊向 POS 機制升級計劃中的第四個階段。當前，以太坊 Serenity 階段的分叉升級因種種原因一拖再拖。

以太坊上的去中心化自治組織管理 Aragon 曾宣佈將考慮基於 Polkadot 協議發佈自己的區塊鏈 AragonChain。這一舉動也引起了以太坊社區的強烈反應。

以太坊核心開發者 Lane Rettig 在推特上評論稱：這是一個較早的警示，以太坊如果不能很快擴容，存在喪失競爭力的風險；以太坊社區活躍人士、SpankChain CEO AmeenSoleimani 更是提議，要求限制 Aragon 花費資金等資源進行 Polkadot 相關開發。

雖然 Aragon 社區成員此前提出「建議購買價值 150 萬美元的 DOT 代幣，用於促進 Polkadot 的發展」的提案，遭到 92.29％的投票反對。但在最新的《AGP-42：讓 Aragon 專注於以太坊，而不是 Polkadot》方案中，已經有 68% 的反對票。