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:
美國說唱歌手Megan Thee Stallion與Cash App合作發布比特幣科普視頻:美國說唱歌手Megan Thee Stallion與由Square開發的移動支付服務Cash App合作發布了一段名為“Bitcoin for Hotties”的視頻。該視頻從她的角度解釋了什么是比特幣,為什么比特幣有價值等內容。Megan Thee Stallion在Instagram上擁有超過2410萬粉絲,在 Twitter上擁有640萬粉絲。(Bitcoin News)[2021/8/8 1:41:10]
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。
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]
◆驗證人
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]
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。
◆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 | 美國演說家Anthony Robbins開始科普什么是比特幣:美國演說家安東尼·羅賓(Anthony Robbins)在自己的網站上發布了一篇比特幣的科普文章,并在推特上向自己的粉絲介紹什么是比特幣,目前他的推特賬戶共有粉絲304萬人。[2019/1/1]
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。
金色財經獨家分析 監管機構、媒體、業界提示詐騙風險 區塊鏈科普道阻且長:新華社今日發文表示,近來“區塊鏈”類詐騙案件頻發,不法分子以“投資虛擬貨幣周期短、收益高、風險低”為借口,騙取用戶信任并誘使其轉賬進行投資。無獨有偶,同日消息,騰訊手機管家安全專家也提醒此類風險,并從技術上提出防騙建議。在美國,監管機構警示加密貨幣欺詐現象普遍承諾高收益而不披露潛在風險。金色財經獨家分析,不法分子假借新技術之名進行詐騙,一方面是抓住民眾趨利的心理,一方面反映出區塊鏈科普的欠缺。區塊鏈是新興科技和底層技術并有改變社會生產關系的潛力,應該進行系統性的科普教育,當前,部分大學已經開始設置了區塊鏈課程,但對于普通民眾仍然有科普的需求,人們應該了解到系統和正確的知識,不僅要了解區塊鏈的好,也要明確局限和弊端,以在高收益的誘惑下,保持清醒客觀。[2018/4/11]
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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