取代以太坊、争锋Cosmos， Polkadot的真实面貌到底是什么？

在诸多还未上线主网的区块链中，跨链项目 Polkadot 也成为了至今为止热度最高的区块链之一。但常常与 Cosmos、以太坊并肩出现的 Polkadot，在无数的对比中作为配角，不断地被割裂与被重构。

本篇文章将试图描摹 Polkadot 的真实全貌，如有遗漏及误解，还请各位指正。

起源

正如比特币有中本聪，以太坊有 V神，Polkadot 也有它的灵魂人物——创始人  Gavin Wood。

在创建 Polkadot 之前，Gavin Wood 曾有过两个知名身份：前以太坊的 CTO 及联合创始人，其后是以太坊客户端 Parity 的创始人。

在投身于以太坊的发展进程中，Gavin 的成就并不比 V神小，他撰写了以太坊技术圣经——黄皮书，首次提出了 EVM 概念（Ethereum Virtual Machine，即以太坊虚拟机），以及开发了智能合约高级语言 Solidity，这些技术发明几乎奠定了此后区块链 2.0 的基础。

在概念畅想中，Gavin 也在 2014 年首次提出 0 信任的安全交互操作系统——web 3.0 时代，并称其为 “后斯诺登时代”（第二次重提 web 3.0 则是在 2017 年成立 Polkadot 之际）；在工具上，出来单干并独立创建了 Parity Technologies 的 Gavin 推出了由 Rust 语言编写的以太坊客户端 Parity，目前该客户端的以太坊用户仍然排名第二。

青涩时期

2016 年，在以太坊向 1.5/2.0 升级的过程中，以太坊经历分叉危机。Parity 创始团队开始考虑独立创建一条有分片版本的以太坊区块链。Gavin 将思维过程更进一步，在其构思的新区块链系统中，连接到中继链的分片并不完全相同，允许不同的节点运行不同的应用逻辑，使每个链都成为自己的平台，所有的分片都应该享有同样的安全保障。

创始团队的光环与这一设想的先进性很快得到资本青睐。2017 年 10 月，Polkadot 进行了第一次众筹，一周内吸金 1.3 亿美元（48 万以太坊），投资机构不乏 Bosst VC、Pantera Capital 还有 Polychain Capital 等知名风投机构。

其 ICO 方式也十分具有去中心化的色彩。为了防止有人在 5 秒钟之内囤够所有代币，Polkadot 采取了荷兰式拍卖的方法，即随着时间的推移逐渐减少购买上限、同时提升价格。

众筹页面

不过，众筹完不久，由于 Parity 一位程序员的操作失误，Polkadot 的 Parity 钱包中 93 万个以太坊被冻结，曾引起哗然。今年 4 月，Polkadot 发起了第二次 ICO。在此前华尔街日报于 2019 年 1 月的报道中，知情人士表示第二次 ICO 计划融资 6000 万美元，整体估值达到 12 亿美元；而在 4 月，巴比特对 Gavin Wood 最新的采访中，Gavin 表示将在主网发布前发售最后 20% 的代币。据 Odaily星球日报了解，此次 ICO 个人购买一枚 DOT 的单价，相比第一次的众筹价格已经上涨了 177%，预计此次融资获将超过 6000 万美元。

共享验证节点的异构多链协议

作为 Gavin 实现 web 3.0 愿景的产物，Polkadot 是一种异构多链协议，旨在实现以往区块链努力实现的 3 个目标：互通性、可扩展性、共享安全。

如何实现的呢？Polkadot 由一个中继链（Relaychain）以及一系列平行链（Parachain）组成。其中，中继链负责共享安全、共识以及平行链之间数据、消息和交易的跨链传递；平行链则需要绑定 Polkadot 的代币 Dots 以租赁一个 parachain 槽 ，来链接中继链（Dot 持币者可通过质押代币，投票决定是否添加、移除或者修改已经存在的平行链）；对于已经无法改变共识机制、代币（如比特币、以太坊这样的老牌公链）或者不愿意改变共识机制以及共享安全的区块链，则可以通过 BrigeChain 链接 Polkadot 生态。

这一异构多链的架构，希望实现各个链条之间资产与数据的互相流通，以提高吞吐量；在 Polkadot 中，出块任务可以分配给不同的子链，从而能够实现并行运行事务且不必担心发生冲突。

目前 Polkadot 的第一版，数十条平行链能够通过一个中继链并行连接，据官方估计，一条中继链最高可容纳 100 条平行链，目前已有超过 25 个项目已经公开声明他们打算将他们的区块链连接到 Polkadot；在其第二版的构想中，可以出现基于一级中继链上的二级中继链，预计可以出现千倍至万倍的可扩展性。

第一版 VS 第二版

在安全性上，Polkadot 认为在一百条相互关联的区块链中，安全性最弱的链条将决定整个跨链系统的安全性，而不乏有一些缺少激励的链条因为难以吸引到验证者，往往系统安全性并不高。由此在 Polkadot 的设置中，中继链上的验证节点将被平均地分配给各平行链以守护其安全性，这样一来，平行链不必花心思吸引验证者来保护区块链，而将精力专注于链的任务（即运行）。

传统的独立的安全VS共享安全

2018 年 10 月，Polkadot 上线新的工具——Substrate 框架。该框架集成链区块链所需的通用功能，以期使开发者尽可能简单灵活地创建区块链；同时也能实现一部分的技术自由。

Substrate 分为多层架构：即 Substrate Core（具有Polkadot-Core-integration），Substrate SRML 和 Substrate Node，如下图所示，从上到下，技术自由递减、抽象度递减、依附性递增。

具体来说，如果选择最上方的 Polkadot Core，开发者需要从头开始构建自己的区块链，并在 WebAssembly 中为其配备块验证功能。从头开始意味着必须实现自己的节点、RPC 同步、网络、加密、数据库、存储、共识以及轻量级客户端和遥测等扩展功能。

而最下方的 Substrate Node 则可谓是一站式服务，开发者只需提供 JSON 配置文件即可获得完整的智能合约区块链。你大概可以想象其简便性：在 2018 年的柏林 Web 3 峰会上，Gavin Wood 在半个小时之内，利用 Substrate 在一台刚从工厂出炉的新电脑中，创建了一条完整的区块链。

柏林 Web3 峰会上的 Gavin Wood

Polkadot 中的平行链并不限定于用此框架创建；该框架也不仅仅限定于 Polkadot 生态。

混合共识：改进版 DPOS+PBFT

在 Cosmos 中，通过 Cosmos SDK 建造的链只能选择 Tedenmint 共识机制，目前暂不清楚通过 Substrate 搭建的区块链是否在共识机制上有所限制，但还是有必要清楚 Polkadot 的共识机制。

据 Polkadot 的最新博客，Polkadot 计划使用 Web3 基金会研究科学家 Alistair Stewart 发明的混合共识机制——GRANDPA。

该共识机制是 Aurand 和 Tendermint for PBFT 的混合共识机制。其中，Aurand 是升级版的 DPOS，保留了其轮流出块，且一开始就确定了出块人（验证者）的特质，所以效率高，TPS 高；同时改进了节点的数量，允许随机选择验证人而非固定的 21 位节点出块。此外，GRANDPA 对 Tendermint for PBFT 也做了改进， Tendermint for PBFT 是 Cosmos 的共识，需要 至少 2/3 的验证人达成共识。异步 BFT Tendermint 会对每个块进行 BFT， Grandpa 可以选择每轮验证人最后一个块进行 BFT，减少 99% 的通信量如隔离见证、链下收集签名、验证 finalize，从而共识形成速度更快。

尽管看起来十分复杂，但 GRANDPA 的本质还是 POS 共识机制，相比于大多数 POS 公链中只有委托人与验证者两个角色，Polkadot 在其白皮书中设置了四个角色：“验证者 (validator)”、“提名人(nominators)”、“校对者(collators)” 和“渔民(fishermen)”,

验证人与提名人与大多数 POS 公链中的节点与委托人作用相似，前者质押代币生成区块且提供委托服务，后者可将代币委托给验证者。

新增的校对人与验证人互相辅助，主要任务是生成有效的 Parachain 区块。校对人还需对未封装的块进行零知识证明，并将其提供给一个或多个负责向 Relay Chain 提交 Parachain 区块的验证人。渔夫则是赏金猎人，监督验证人与校对人的作恶行为，并通过举报寻求大笔的奖励。

链上治理：浮动的投票通过门槛

Polkadot 的治理机制也显得更复杂一些。除了全民公投以外，Polkadot 引入了一个链上「委员会」的概念，这个委员会很可能从大约 6 人开始，并且在 9 个月内增加到 24 人（每两周大约增加一个人）。所有成员都有固定任期（12 个月），每个成员都通过批准投票选出。

该委员会主要负责两项治理任务：提出合理的公民投票，取消无可争议的危险或恶意公投。

比较特殊的是，复杂的Polkadot 采取了 “加权投票” 与“自适应法定人数偏差”。在加权投票中，投票权重等于投票人 token 的数量乘以锁定时间（代币锁仓时间，倍数在 1 到 6 之间。）

“自适应法定人数偏差”通俗地说，即：如果投票率低，那么提案通过需要的赞成票会更多；理事会的提案需要更多的反对票才能被否决；公民提案需要更多的赞成票才能通过。

说了这么多，Polkadot 在其治理页面的结尾也表示，在主网上线之前，最终的治理模型并未确定。

与 Cosmos 与以太坊的“对比”

同为跨链项目，Polkadot 常被与 Cosmos 对比。

两者在跨链的技术设计上如此相似，两者都提出了建立连接区块链（Cosmos 的 Hub 和 Polkadot 的中继链），在其他链之间传递消息；两者都有一个模块仓库（Cosmos SDK 和 Substrate），供开发人员构建可以直接插入相应生态系统的区块链；两者都有桥接机制来连接传统的区块链（Cosmos 的 peg zones 和 Polkadot 的 bridge chains）。

不同的是，Cosmos 有多个 hub，且并不共享节点与安全性，hub 仍将让区块链完全控制自己的治理。相比之下，Polkadot 目前只有一条中继链的设置，也被认为“更为中心化”，且平行链共享节点以及安全。

但支持者却并不这样认为，共享网络安全并非坏事，甚至在大多数情况下这是必要的；Wetez 钱包也认为当前很多新公链最大问题就是节点不够，不够就代表不去中心化不够安全。

在这一点上，无法判断哪一方更有优势，需要看项目方的取舍。

另外，开发语言也有差异：Polkadot 使用 WebAssembly 和 Rust 语言，而 Cosmos 使用 Golang 语言。WebAssembly 相对先进，对于在具有不同运行时间的区块链之间进行协调更有优势，目前得到了 Google、Apple、Microsoft 和 Mozilla 的支持，但对于普通开发者来说，这是一门更为小众的语言。与 Rust 相比，Golang 是一种更易学习的编程语言，在全球也有更多的开发者。

不过，显然 Polkadot 团队也意识到了这一点， Parity Technologies 目前正分别基于 Rust 和 Javascript 编程语言开发两个 Polkadot 的客户端。2019 年 1 月，加拿大科技公司 Chainsafe 获得 web3.0 基金会资助，利用编程语言 Golang 为 Polkadot 开发新的客户端。

Polkadot 的设计，在部分人看来，正打算替代以太坊。

比如，橙皮书曾经用比喻写出两种愿景的相同：以太坊的愿景想要用以太坊这个账本，帮全世界的村庄/ 各种经济体来记账和结帐；Polkadot 虽然描述的是一种跨链技术，但它更多描述的是一种多链的账本结构，Polkadot 要做的是使用中继链这个账本给别的村庄记账。本质上两者皆为账本。

Polkadot 成员 Jack Platts 在文章中也将两者作比较，认为 Polkadot 相对以太坊成本也更为低廉：虽然租赁插槽需要锁定部分 Dots，成本比写一份智能合约更高，但相比于以太坊高昂的 Gas 费用，Polkadot 生态中发送交易的成本将大大降低。

然而，Polkadot 却在各场合否认挑战以太坊，不过以太坊社区并不买账。

以太坊核心开发者、主要客户端 Parity 的发布经理 Afri Schoeden，曾发推表示 Polkadot 已经达到了以太坊第四阶段的「Serenity」想要达到的效果，一度被社区称为“以太坊的叛徒”。

所谓「Serenity」阶段就是以太坊向 POS 机制升级计划中的第四个阶段。当前，以太坊 Serenity 阶段的分叉升级因种种原因一拖再拖。

以太坊上的去中心化自治组织管理 Aragon 曾宣布将考虑基于 Polkadot 协议发布自己的区块链 AragonChain。这一举动也引起了以太坊社区的强烈反应。

以太坊核心开发者 Lane Rettig 在推特上评论称：这是一个较早的警示，以太坊如果不能很快扩容，存在丧失竞争力的风险；以太坊社区活跃人士、SpankChain CEO Ameen Soleimani 更是提议，要求限制 Aragon 花费资金等资源进行 Polkadot 相关开发。

虽然Aragon 社区成员此前提出”建议购买价值 150 万美元的 DOT 代币，用于促进 Polkadot 的发展“的提案，遭到 92.29％ 的投票反对。但在最新的《AGP-42：让 Aragon 专注于以太坊，而不是 Polkadot》方案中，已经有 68% 的反对票。

参考资料：

A brief summary of everything Substrate and Polkadot

How Polkadot tackles the biggest problems facing blockchain innovators

Governance/Github

Polkadot FAQ

Polkadot Proof-of-Concept 3: A Better Consensus Algorithm

GRANDPA Block Finality in Polkadot: An Introduction (Part 1)

Substrate, Polkadot and the Case for On-Chain Governance

Everything you Need to Know to Prepare for Polkadot

战以太，超 Cosmos，细解以太坊之父 Gavin Wood 和他的 Polkadot

面对基本无人参与的区块链治理，Polkadot 和 Dfinity 如何革新？

十七问说透 Cosmos、Polkadot 与 Ethereum 三者本质区别

区块链的互操作性：Cosmos vs Polkadot

Aragon投票反对专注以太坊，改向波卡

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