Arrington Capital：深入解析波卡平行链设计理念和运行机制

Polkadot 的目标是成为区块链中的区块链，将状态与应用分离，让每个 L1 专注于自己链的可定制性。

作者：Ninos Mansor，Arrington Capital 合伙人

编译：Lynch，Chain Catcher

概括

Polkadot 针对多链问题提出了一种新颖的解决方案，类似于国际社会中多民族国家的共存。 每个国家都在寻找自己的命运，对未来有着美好的憧憬，这些不同的文化走到一起，结成联盟，进行贸易，生活在一个外交而非战争的世界里。

这就是 Polkadot 的“零层”(L0) 中继链背后的想法。 开发人员构建满足特定应用程序和用户需求的自定义区块链（平行链），但这些链在共享安全的旗帜下进行合作。 他们各自专注于构建自己的第 1 层 (L1) 核心能力，但共享 L0 的安全性。

Polkadot 的目标是成为区块链中的区块链，将状态与应用分离，让每个 L1 专注于自己链的可定制性。 L1 将安全问题外包给母舰：就像每个国家都可以享受常备军的好处，而无需建立、维护和部署常备军。 因此，平行链可以将原本用于L1安全的资源重新部署到其产业链的核心竞争力上。 这个共享的安全系统释放了（1）平行链的可定制性而不牺牲它们的安全性； (2) 不同平行链之间的内在互操作性。

Polkadot 需要独特的经济学。 平行链依赖于中继链的安全性，但安全性不是你想要就能得到的。 这是稀缺的。 因此，由于平行链位置的稀缺性，整个经济结构都是围绕开发者如何获取、维护和外包 L0 而建立的。

为了对网络安全这一稀缺资源进行定价和配置，Polkadot 求助于自由市场：蜡烛拍卖。 通过这种方式，Future Network 用户可以通过众包借贷流程获得资金，从而实现无许可、竞争和公平的资源分配。 无法获得平行链安全位置的项目仍然可以通过按使用付费的方式从平行链位置的持有者那里租赁来获得中继链安全。

在本报告中，我们解读了 Polkadot 的技术和哲学基础。

第一部分将聚焦波卡如何解决区块链的三重悖论，收敛于平行链的可定制性；

第二部分将通过众包贷款、蜡烛拍卖和平行线程（Parathreads）来解释平行链的融资问题；

在第三部分中，我们将探索著名的平行链先驱项目，并描述他们如何使用 Polkadot 的架构来构建自己的自定义区块链。

1. Polkadot：第 0 层

1.1 多链世界假设

我们将生活在一个多链的世界中。 国家和民族的外交关系历史、多民族性以及贸易和生产的相对优势各不相同。 同样，区块链将为具有广泛需求的用户提供各种功能，每个地区都会有一个最适合其目标的区块链。 不同的政治和经济理念将体现在共识算法和发布时间上。

多链世界将以用户的形象出现。 活钱实验开启了一种新的货币秩序：用户可以无缝地迁移到反映他们世界观的链，无论他们是奥地利人、凯恩斯主义者，还是介于两者之间的任何人。

同一个用户会同时生活在不同的链上，这证明了人的个性是不一致和碎片化的。 多链世界是跨国世界的自然演变：虽然多链在地理上比以往任何时候都更加独立，但它仍然需要一个枢纽。 外交、贸易和维和基础设施将需要它。

这是 Polkadot 的核心及其对多链格局的贡献。

1.2 区块链中的区块链

1.2.1 解决三难困境：应用与状态分离

2020年的DeFi和2021年的NFT都验证了多链假说。 而且，夏季的繁荣证明了开发商和用户在多大程度上受到狭窄的设计参数的限制。 他们必须选择一条链并接受其完整性、安全性和共识的版本，这对某些应用程序来说足够了，但对其他应用程序来说就不够了。 因此，用户别无选择，只能争夺资源（如 Gas Wars）或将次优设计纳入此受限环境（如 DEX 设计：AMM 与 CLOB）。

从以太坊有限的实验中得出的最常见的结论是以太坊需要扩展。 虽然扩展可以缓解交易拥堵并降低交易成本，但用户仍然受制于政府法律的单一区块链范例。

另一个结论是没有（或很少）网络适合所有应用程序。 相反，我们都使用这些应用程序。 哪个区块链应该托管上述用例？ 高价值转移需要以吞吐量和结算时间为代价的极端安全性。 小额、频繁的转账不需要这些，但需要高费率（例如支付渠道、衍生品交易、游戏点数）。

当然，在这个领域的专业化是要付出代价的。 这些权衡的一个更普遍的表现是区块链三难困境：可扩展性、安全性和去中心化总是需要协调一致。

我们的观点是，随着时间的推移，将有不同的方法来解决三难困境。 我们之前写过 Vega 的 AppChain 方法，通过为其应用程序构建 L1 来解决三难困境，以及 Algorand 希望构建单一基础层，通过密码学创新解决三难困境。

Polkadot 通过抽象来处理这个问题，让不同的链相互协调，共同解决三难困境。 它的表现就像网络中的网络，将状态与应用程序解耦。 每个平行链都是它自己的 L1。 开发人员可以在不牺牲性能的情况下定制他们的安全保证。

Polkadot 并不试图解决 L1（平行链）三难困境，而是充当 L0（中继链），在所有这些自定义区块链之间进行协调。 因此，Polkadot 对三难困境的解决方案侧重于可组合性：每个区块链都依赖于持续的去中心化和可扩展性来配置自己的参数。

更重要的是，由于使用了抽象，Polkadot 的 L1 区块链是完全可定制的。 平行链决定了自己的架构、共识机制等，但在安全性上仍然依赖于L0。 因此，就像一个国家一样，平行链专注于他们的竞争优势，同时在更广泛的区块链联盟中共存。 每个链条都享有集体安全，就像一个国家享有国际军事委员会的保护一样。 加入 Polkadot 类似于加入北约这样的组织：L0 基于集体安全的概念，保护平行链的全球生态系统。

第二个可能更容易被忽视的安全抽象的副产品是互操作性。 由于不同的平行链通过中继链协调安全性，因此中继链可以在平行链之间路由信息。 这意味着去中心化预言机和网桥等关键基础设施可以在本地网络中运行，并受益于相同的安全保证。

L1 链可以进行单边交易，无需形成双边协议。 成为中继链的一部分也就像成为 WTO 的成员一样。 平行链可以在依赖单一基础设施（网络的集体安全）的同时传递和转移价值。 因此，Polkadot 消除了每个预言机或桥接器单独引导安全性的需要，创造了规模经济，并再次允许平行链加倍发挥其比较优势。

图 1：左图：L1 区块链的区块链三难困境——可扩展性、安全性和去中心化之间的某种权衡将始终存在。

右图：Polkadot 对三难困境的解决方案：从 L1 抽象出安全保证，从而作为 L0 协调 L1 区块链实现安全性和可扩展性。 这就是 Polkadot 如何实现可定制的多链世界。

1.2.2 平行链的由来

如果开发人员想要部署 dApp，他们可以部署在现有的区块链上或构建自己的自定义区块链。 部署在像以太坊这样的主要区块链上的好处是 dApp 继承了父网络的安全性和流动性保证。 缺点是开发人员（以及最终用户）受到 L1 共识属性的限制。 由于区块链不是为 dApp 定制的，用户显然是网络上的二等公民。

另一种方法是部署在针对 dApp 优化的单独的自定义区块链上。 这种 Lisk 方法的问题在于自定义区块链需要引导自己的安全性。 新的区块链需要吸引足够的资金来保护共识，最终会遇到冷启动问题。

就其本身而言，每个潜在的 L1 可能没有足够的经济价值来引导网络，但如果他们可以联合起来呢？ 那么，一个长尾区块链可以吸引足够的资金来保证安全。 如果小型 dApp 有办法汇集资金并形成一个集体来引导安全性，即使它们太小而无法成功怎么办？

Polkadot 提出了第三种选择：平行链。 平行链是与中继链协调的 L1 区块链，外包安全性。 平行链有自己的一组节点（“收集器”）与中继链节点（“验证器”）协调。 基本上，收集器产生的块由验证器验证和签名以生成中继链块。 验证器验证来自任何平行链的块并在不同的平行链之间轮换以防止串通。

最终结果：开发人员可以在自定义区块链上启动 dApp，但仍通过 L0 协调与其他链的共享安全性。 这是 Polkadot 的决定性特征：Parachains 使 dApp 能够在不牺牲可定制功能的情况下共享安全性。

通过拆分状态和应用，中继链不存储平行链的状态，它只关注状态的变化，而不是状态本身。 因此，中继链不受各种平行链的存储需求的影响，并使每个平行链成为一等公民。

1.2.3 外包安全：中继链

Polkadot 的共识算法将状态与应用程序分开。 中继链使用指定的 PoS 模型来达成共识，验证者使用抵押品来确保诚实的行为。 其他验证器监视此验证器的不当行为。 中继链上的共识（大致）通过以下方式发生：

每个平行链提出候选块，并使用自己的自定义共识机制将它们提交给中继链。 中继链验证器随机分配给给定的平行链，验证和分发他们从平行链接收到的候选块。 选定的验证者使用经过验证的平行链候选块提出新的中继链块。 其他验证者监督区块提案（针对平行链和中继链区块）并投票给中继链区块（最终确定性）。 平行链可以保持可扩展性和去中心化，允许它们使用自己的共识算法，但通过中继链进行协调，同时将安全外包给 L0。

图 2：Polkadot 架构由三个主要组件组成：

(1) L0中继链作为共享安全中心，

(2) 独立运行的 L1 平行链，但从中继链租用固定租约的安全性，以及；

(3) 平行线程，即定期租出中继链安全但没有固定平行链租约的L1。

2. 波卡平行链

由于中继链的共享安全性，Polkadot 只能容纳有限数量的具有足够高安全保障的平行链。 因此，平行链是稀缺的，候选人必须争夺一个名额。 他们必须让市场相信他们应该锚定在中继链上。 插槽位置的总数是中继链验证器数量的函数（受计算限制）。

按照每条平行链10个验证者的比例，目前大约100个平行链插槽位置可以容纳大约1000个验证者。 下面我们将介绍 L1 如何竞争平行链槽位，以及平行链如何将其服务出租给平行线程（L1 想要使用中继链而不获取平行链槽位）。

2.1 大众的智慧：平行链拍卖和平行链众筹

平行链插槽位置是网络的“主要房地产”或主要资产。 它们由自由市场评估和分配。 插槽位置通过“蜡烛拍卖”定价，如下所述。 候选平行链通过称为“众筹”的过程筹集资金为其投标提供资金。

2.1.1 去中心化金融：众筹贷款和平行链租赁

为了部署在 Polkadot 平行链上，L1 必须获得平行链租约（最多两年）。 他们使用 DOT（L0 的原始代币）来竞标平行链，他们可以通过众筹的方式收集 DOT。 中标者在租赁期（两年）内被锁定为网络中的股份，用于中继链的治理。

社区，即平行链的未来用户，为这些投标提供资金。 因此，平行链资源反映了社区的需求。 更重要的是，由于竞价是在租赁期内进行的，因此对于融资人和平行链候选人有一致的激励机制。 一旦租约到期，金融家可以撤回资金，因此平行链获胜者必须重新竞标以保住自己的位置，再次提出自己的理由并试图说服社区。

为了吸引这种融资，平行链候选者通常发行代币（授予平行链项目治理权）以换取 DOT。

2.1.2 高效定价：蜡烛拍卖

为了促进公平高效的定价，Polkadot 在平行链上分配槽位时采用了“蜡烛拍卖”的方式。 以前的蜡烛拍卖，是在蜡烛熄灭之前一直叫价，拍卖时间真的是未知数。 参与者出价时间未知，拍卖在某个随机时间结束。

在 Polkadot 中，蜡烛拍卖是通过使用固定期限的拍卖来完成的，但是要追溯地选择拍卖的结束时间（这发生在子集间隔上，例如在 Kusama 上，拍卖到期时间随机分配在最后两天）。 这种设计确保投标人的出价表达了他们的真实价值，保证了平行链插槽位置的有效定价和分配。

图 3：平行链候选者通过众筹为他们的竞标融资。 在蜡烛拍卖期间，每个竞标者的最佳策略是押注他们最大的目标。 拍卖的获胜者将获得平行链的定期租约。 失败的出价仍然可以通过成为任何平行链上的平行线程来定期使用中继链。 到期后，拍卖过程会重复进行。

2.1.3 人人有份：平行线程与公益链

2.1.3.1 并行线程

现在只有大约 100 个平行链插槽可用，应用程序的长尾会发生什么变化？ Polkadot 再次将这个问题留给市场力量。 无法保护平行链的 L1 平行线程仍然可以使用平行链基础设施定期连接到中继链。

平行线程不是预先投资租用插槽位置，而是收取现收现付费用，有效地租用网络的主要资产。

如果平行线程项目获得足够的需求，它可以在插槽可用时竞标平行链插槽。 同样，不再满足市场需求的平行链项目可以归类为平行线程。 这样，市场力量将不断支配 Polkadot 网络中的资源分配。

2.1.3.2 公益链

长尾项目的另一个例子是“共同利益”项目，例如到 Polkadot 网络的外部桥接（例如来自比特币网络）。 在这种情况下，所有平行链都将从这种桥梁的存在中受益，但经济收益可能不足以保证在平行链拍卖中中标。 相反，平行链（和一般的 DOT 持有者）可以集体投票资助公益项目，以避免公地悲剧。 竞争共同利益链的项目不能发行自己的代币，因为它们直接由治理（DOT 持有者）资助。

3. 平行链先驱

3.1 金丝雀网络：Kusama

Polkadot 有一个名为 Kusama 的激励测试网。 这是 Polkadot 的“Kusama 网络”，新项目和新功能的试验场。 Kusama 在结构上几乎与 Polkadot 相同，但它已经有了自己的“生命”，举办了第一次平行链拍卖。

一般来说，在 Polkadot 平行链上竞标的项目会在 Kusama 上推出一个姊妹项目，因为风险价值较低（这为部署实验性功能提供了更大的自由度）。 Kusama 可能成为波卡的合作链，为长尾波卡平行链候选者和安全要求较低的平行链提供一个“家”。 因此，Kusama 可以弥合 Polkadot 的平行链和平行线程之间的差距：项目将尝试在 Polkadot 上保护平行链，成为 Polkadot 上的平行线程，或者在 Kusama 上保护平行链。

下面我们总结了 Kusama 平行链拍卖的首届获胜者及其 Polkadot 同行。

图 4：Moonbeam 将以太坊充满活力的生态系统与 Polkadot 的可定制性和本地互操作性相结合，开创了多链世界。

3.2 可定制的以太坊：Moonbeam & Moonriver

从某种意义上说，Moonbeam 是多链国家的最终实现：它是一个以以太坊为核心的外交和贸易平行链。 Moonbeam（Kusama 上的 Moonriver）是一个 EVM 平行链，旨在通过允许 dApp 轻松部署在 Polkadot 上来扩展以太坊上的当前体验。 Moonbeam 完全兼容以太坊合约和工具（包括开发框架、预言机、索引工具、合约包等），并使用无需许可的 Collat​​or 集的 PoS 共识。

该项目实现了与以太坊相同的开发和执行环境，并增加了与其他平行链的内置互操作性和扩展的基础层功能（在 Moonbeam 上），包括质押、治理和跨链传输等优势。 与每个平行链一样，它作为自己的 L1 运行，这对在 Polkadot 和以太坊之间寻找替代方案的开发人员特别有吸引力。 作为最大的开发者社区的橄榄枝，Moonbeam 平行链和生态系统可以更广泛地作为多链理论成败的指标。

3.3 本地 DeFi 链：Acala 和 Karura

Acala（Kusama 上的 Karura）是 Polkadot 上与 EVM 兼容的 DeFi 层。 它是 Polkadot 的第一个原生 DeFi 链。 在 Acala 上，DeFi 与以太坊和其他 L1 有着根本的不同。 在以太坊上，开发者只能在智能合约层面（即应用层）定制应用。 在应用程序层之外，他们无法控制以太坊的工作方式。 他们无法控制汽油费或用于支付的货币。

Acala 将 Polkadot 的可定制精神带到了 DeFi：开发者可以跳出智能合约沙箱，优化 DeFi 的核心区块链逻辑。 Gas 费用可以用任何代币支付，这就是 Acala 所说的经济抽象。 Acala 还支持原生 DeFi 原语，以便开发人员可以解决特定领域的问题，例如计划清算（用于借贷 dApp）、在流动性危机期间保证协议的偿付能力。

其他可定制的功能包括将交易类型列入白名单（例如，oracle 价格提要更新交易可以是无 gas 的）以确保它们始终包含在每个块中。 这在流动性危机期间很重要，通过物质激励来鼓励更快的清算和更强的偿付能力保证（再次解决 DeFi 中特定领域的挑战）。

3.4 Polkadot Layer 2：Astar 和 Shiden

Astar Network（Shiden on Kusama）是一个可扩展的、兼容 EVM 的智能合约平台，支持 L2 扩展解决方案，旨在在 Polkadot 之上构建以太坊 2.0。 Astar 将支持最先进的 roolup，包括 Plasma、Optimistic 和 ZK-rollup。 通过在 Polkadot 上原生启用 L2 技术，Astar 可以在不启用 dApp 和流动性分片的情况下扩展吞吐量。 通过占用平行链，Astar 在保持互操作性的同时为 Polkadot 平行链解锁了 L2 可扩展性。 理论上，鉴于 Polkadot 的基本互操作性，这可以帮助解决以太坊上现有的 L2 分段存储问题。

3.5 去中心化云计算网络：Phala和Khala

Phala Network（Kusama 上的 Khala）是一个去中心化的私有云计算网络。 Phala 通过将共识和计算过程分开，允许在区块链上进行大规模的私有计算。 Phala 使用指定的 PoS 共识，其中计算任务被随机分配到网络中的不同节点。 通过大规模保证数据隐私，Phala 支持密集和敏感的数据处理，例如身份验证、医疗保健、专有交易和链上取证分析。

3.6 质押平台：Bifrost

Bifrost 网络（Bifrost on Kusama）是一个用于释放质押资本流动性的协议。 它是建立在验证者质押层和用户应用层之间的一个中间抽象层。 Bifrost 消除了保护网络的机会成本。

用户可以将任意 PoS 代币存入 Bifrost 网络，Bifrost 网络将发行 1:1 抵押衍生品，并使用跨链桥将其本地链上的资产进行抵押。 然后，质押收益会累积成衍生代币。

3.7 Polkadot 索引器：SubQuery

为了相互协调，平行链需要一个安全且分散的数据聚合层来标准化应用程序之间的通信。 SubQuery 是区块链和应用程序之间与链无关的去中心化数据聚合、索引和查询层。 它使用 SubQuery SDK 来抽象出区块链特定的数据特性。

如果说不同的平行链是不同的国家，中继链是这些国家的国际联盟，那么SubQuery就是这个全球新秩序的通用语。 SubQuery 支持平行链内和跨平行链的多个 dApp 之间的无缝通信。 使用 SubQuery，开发人员可以将应用程序部署到平行链上，而无需构建自己的查询框架。

应用程序开发人员（消费者）从区块链请求数据，而索引器则负责清理和提供该数据。 数据索引基于清单，清单是描述来自特定协议的哪些数据需要被索引的文件。 由索引器操作的节点记录这些指令（即要监听什么事件、如何存储数据以及以什么形式存储数据），并使用定期获取的新数据更新数据索引。

SubQuery 使用数据市场来合理分配资金和平行链数据。 与其他数据索引协议不同，消费者和索引器平均分担前期索引成本。 消费者和索引器签订了一个自定义协议，称为采购订单合同，就数据索引的结构达成一致，消费者为此预先付款。

因此，如果索引者履行数据索引合约，他们的收入是有保障的。 这意味着无论是消费者还是索引者都是SubQuery协议中的一等公民以太坊租赁，他们协调合理分配资金，实现平行链的标准化、索引化和聚合化。

综上所述

Polkadot 是由单个中继链 L0 调节的 L1 自由市场。 该中继链是平行链安全性的基础，使每个自定义区块链都能专注于其独特的相对优势。 由于他们可以外包安全性，他们可以更有效地定制链和部署资源，专注于提高流动性、用户界面和社区发展。

由于安全是有代价的，因此平行链是一种稀缺资源。 它们是 Polkadot 的主要资产。 候选人必须通过竞争赢得一个插槽，说服社区（金融家）抵押他们的 DOT 并帮助项目竞标平行链。 由于租约在特定期限（最多两年）后到期，他们必须不断重复该过程，最终邀请长期参与者进入生态系统并激励持续创新。

我们有兴趣跟踪平行链上的经济价值与中继链（DOT）上的经济价值之间的关系。 有很多悬而未决的问题。 平行链的经济价值将如何分配？ 平行链将如何相互协调？ 鉴于他们共同的命运，他们能否有效合作并避免公地悲剧？ 我们是否会看到平行链之间的冲突，例如具有不同战略和政治目标的国家？

这些链如何既能在内部竞争，又能在波卡之外与L1竞争？ 专注于链间外交的平行链（如 Moonshine）能否成功地不仅与平行链结成联盟，而且与延伸到生态系统之外的帝国（如以太坊）结成联盟？ 我们是否会看到个别国家（平行链）的 GDP 超过集体（中继链）？ 特定平行链的巨大成功是否会产生分裂的威胁，将该链推出 L0 联盟？

也许 Polkadot 最深远的贡献是它使集体安全成为一种自由市场解决方案。 第一次世界大战后成立的国际联盟最终失败了。 Polkadot 是去中心化集体安全的首次尝试，这是一种可以通过公开市场买卖并最终被平行链捕获的稀缺资源。

我们很高兴不仅将资金部署在新兴的平行链和支撑它们的工具中以太坊租赁，而且还部署在每个 L1 上构建的应用程序中，例如 Moonbeam 和 Acala。 随着我们走向多链世界，我们将继续看到不仅定制化程度越来越高，而且相互关联的用例。

这触及了 Polkadot 设计理念的核心。 该项目最终是试图平衡 L1 的自由市场可定制性和共享安全的统一国际主义——平行链联盟。