新一代区块链基础设施Polkadot波卡介绍

一直紧密追踪 Polkadot（波卡）开发进度的加密货币投资机构 HASH CIB 刚刚发布了关于 Polkadot 的深度研究报告，详细介绍了该项目的核心特点和跨链赛道的竞争动向。HASH CIB 一直与 Polkadot 的生态支持基金会 Web3 基金会关系紧密，和 Polkadot 开发公司 Parity 也保持紧密沟通。HASH CIB 预计，Polkadot 主链的 PoA 版本很有可能在 3 月启动，该主网全面启动应该在 6 月的最后一周到 9 月的最后一周之间完成。

链闻选取了该报告的核心内容，包括该项目一手的开发进度和启动过程，以及为什么在跨链赛道具有竞争优势的分析，向关心 Polkadot 的读者提供一手信息。

撰文：

Sandro Gorduladze，HASH CIB 研究负责人

Rustam Botashev，HASH CIB 分析师

Peter Kalambet，HASH CIB 首席技术官

编译：Perry Wang

报告核心要点

Polkadot 是希望在成为「去中心化互联网」（所谓 Web 3.0）之骨干的新一代区块链基础设施。它是以太坊之后推出的最为重要的项目之一，其创造者眼中的世界是：让各行业服务的多个公链和私有链实现相互交易，从而在许多现有和新兴行业中催生出新的社会-经济互动。这个波澜壮阔的远大目标目前与现实还相去甚远。要知道，一个突破性的想法若要成为现实，技术和需求必须同步。但现实是，一方面，区块链技术的发展还比较缓慢，另一方面，对它的需求也才刚刚开始出现。

稳定币和去中心化金融（DeFi）是推动区块链普及的主要推手。DeFi 在以太坊上锁定的总价值已突破 10 亿美元，而稳定币的每日总交易额超过 600 亿美元。稳定币消除了加密货币成为货币的关键障碍，即波动性，但它同时也消灭了一个投资主题，即那些希望成为通用支付手段的加密币项目。这也会推动各种区块链项目实现某种模式转换：从通过用例的增长使其代币升值，转变为让持币者有能力赚取网络的一部分「收入」的模式。这种代币经济学对传统投资者而言应该并不陌生，特别是考虑到在这种模式中代币的估值需要明确的现金流贴现（DCF）方法。

尽管付出了诸多努力，但当前的区块链发展依然存在两个主要的技术障碍：在安全的、无需信任的环境中的扩容性和互操作性问题。关于顽固的扩容性问题，人们仍在从诸多角度寻求解决方案。而互操作性似乎已接近解决，Polkadot 及其竞争对手 Cosmos 即将完成构建各自的互操作性方案。Polkadot 的跨链交互功能先前推出了 Beta 测试版，应该在未来四至七个月之内正式发布。鉴于 Cosmos 的内部纠纷以及可见的有限功能（仅能实现链之间的价值转移），Polkadot 有机会成为这一领域的领跑者。

2019 年上市的所有大型项目，代币价格都出现暴跌，其中私募轮次高估值的代币跳水幅度最大。在这些新一代项目中，Cosmos 是唯一的正面典型，而 Algorand、Hedera Hashgraph 、Blockstack 和 Orchid 代币的价格分别大跌了 50 % -90%。基于当前市场的情绪，如果 Polkadot 的代币现在已经上市，我们预计也会出现不利行情。但是，如此糟糕的市场表现并不能否定上述项目的价值，价格低迷主要应归因于市场对新的大型项目上市的预期过高。因此，价格修正反而可能为目光深远的投资者提供了挑选未来行业赢家的机会。

我们认为，Polkadot 主网和跨链通信不会在 2020 年 6 月底之前上线。DOT 代币的转账最早于 5 月底能实现。该区块链很快将会发布 Beta 测试版。Polkadot 会逐步从权威证明（PoA ）共识网络转到 PoS 共识区块链，在 4-7 个月时间里实现跨链通信。对链槽的需求，是 Polkadot 落地后的成败关键，未来的发展更是严重依赖于它。Polkadot 初期的目标客户包括现有的各个区块链、区块链协议 / 生态系统和大规模去中心化应用，以及企业和卡特尔集团（如银行、其他金融机构甚至政府机构等） 。不过，我们预期其采用率不会陡峭升高。

我们对 Polkadot 的整体估值为 13.47 亿美元，预估 2020 年中期 DOT 代币价格为 135 美元。评估过程看起来简单直接，但得到的具体价格目标则是非常主观的，因为极少有适用的数据可以输入这个金融模型。一切都必须假设，而所有假设都值得商榷。我们建议读者专注于本文所介绍的估值方法，并按照自己的假设来给实际模型填入数据。

Polkadot 进展如何？究竟如何启动？

我们预计 Polkadot 在 3 月推出 beta 测试版本，并在 2020 年 7 月底之后全面启动主网。自 2016 年 11 月白皮书发布以来， Polkadot 区块链目前处于最终测试网阶段，正等待 Beta 版的发布，很可能这就在未来几天发生。除测试网外，Polkadot 还在测试更具实验性的孪生网络——「矿井中的金丝雀」Kusama 。Kusama 基本上和 Polkadot 是同一个东西，只有一点点差异，目前已处于运行模式。Kusama 可以很好地指示 Polkadot 在准备就绪方面的进展。

Polkadot 以前没有拖延既定时间计划的纪录，但近期有了一些非关键性的延误。最初预计在 2019 年第三季度实现的创世区块，后来被推迟到 2019 年底，之后 Web3 基金会又告诉我们，Polkadot 将截止日期再推至 2020 年 1 月中，即中国农历新年（1 月 25 日）之前启动。然而，最近的 Kusama 混乱导致其完全陷入停滞，再次将 Polkadot 的创世区块事件推迟，现在估计大约在 3 月初。

随着问题的解决和 Kusama 稳定地开展工作，我们现在对期望的兑现充满信心。据 Parity 称，造成延迟的另一个原因是正在接受安全审计。2019 年进行了两次安全审计，预计在发布前将完成另外五项审计，其中，两项已经完成，一项完成了 50%，另一项正在进行中，目前正在进行一个测试。希望它们顺利进行，网络能按最新时间表启动。

Polkadot 最初将作为一条权威证明（PoA）区块链起步，以 Web3 基金会为初始验证人。然后，它将逐步过渡到一个启用并行链的 PoS 网络。PoS 启动之初共有 100 个验证人，在启动后的第一年将会把验证人的封顶数稳定扩展到 1000 个。

下面，我们概述一下由 Parity 提供的从 Beta 测试版到全功能网络的步骤，以及我们估计完成每个步骤所需的时间：

1. 在测试阶段，网络由大约 6 到 10 个由 Web3 基金会运行的验证人节点（PoA 共识）开始。在此期间，你可以申领你的 DOT，并执行基本的验证人设置命令，然后质押 DOT，即可成为验证人，或提名第三方验证人（将你的 DOT 借出给他，按比例分享其回报）。我们估计此阶段需要一个到一个半月的时间。

2. 一旦表明已准备就绪的验证人超过 100 位，将开始从 PoA 切换到 PoS 共识的升级。在此阶段，仅启动验证人和提名者的「质押」、「认领」和「会话」（staking、claim、session）模块。这个阶段需要测试 PoS 共识是否按预期工作：达到交易的最终性，且该网络的一般操作不会出现漏洞错误。根据我们的估计，此步骤将需要两个星期到一个月的时间。

3. 在共识运行良好这一点被确认之后，剩余的 Polkadot （中继链）模块将打开，而价值转移和并行链的操作不会启用。在此阶段，启用链上治理后，网络参与者可以提交进一步的升级建议并进行投票。

4. 下一步将通过一个治理提案以摆脱 sudo 模块。Sudo 模块为网络开发人员提供了压倒一切的权限，可以在发生任何问题时发布任意的网络升级。Sudo 开始是作为一种安全措施存在，以避免重大技术错误引起的问题，在网络稳定后应该退出。我们认为，第 3 和第 步合计将花费一个半月的时间。

5. 在删除 sudo 模块的治理提案通过以后，下一个提案应该是启用 DOT 持币者之间的价值转移。我们认为这一步骤需要一到三个星期。

6. 最终将启用并行链，并进行对并行链的第一次插槽拍卖，但必须是在成功执行步骤 1 至 5 之后。此阶段还将启用跨链消息传递协议。我们估计完成此步骤所需的时间为一到两个月。

因此，我们估计，完整的 Polkadot 区块链主网启动（且启用并行链）最早可能会在创世区块事件后 3¾ 个月。启动的最晚日期应在创始区块产生后的 6¾个月内。如果主链的 PoA 版本如我们预期的那样在 3 月启动，那么全面启动应该在 6 月的最后一周到 9 月的最后一周之间。合理地讲，主网启动很可能在此期间推出。

价值转移要到 2020 年 5 月底才可用。基本上，该网络启动时，初始投资者的余额在其帐户上会体现出来，但也仅此而已。换句话说，DOT 交易在 2020 年 5 月之前大概率）是不可能的，因为它们无法在不同账户之间转移。Parity 也是这么说的。但这不会阻止在场外交易市场上的 IOU 之类的 DOT 衍生品的交易。Web3 基金会不欢迎灰色市场，并正在与知名的加密货币交易所讨论推迟 DOT 的上市，直到价值转移可以实现时。它还希望通过官方发声，让小型或投机性的交易所下架 DOT。

如上所述，在测试版发布后，基于该网的涉及 DOT 的其他交易，如质押、提名、绑定 DOT 进行投票等，将会逐步启用。

Kusama 没打算成为一条并行链，它极有可能在 Polkadot v2.0 推出之前一直保持独立区块链的状态。在 Web3 基金会的设想中，Kusama 并不是一个测试网，而是一个可运行的网络，将一直与 Polkadot 生态系统断开连接，直到 Polkadot 将主要协议升级到 2.0 版本为止。在稍后阶段是否允许 Kusama 获得一个并行链的插槽，这取决于社区投票。

最初 Kusama 的作用是，在某些功能上线 Polkadot 之前，用于概念验证的实施和新功能的发布，现在就是这种情况。但 Web3 基金会逐渐希望它能够发展成自己的网络，然后桥接到 Polkadot 主网。这一想法的出发点是，基于种种原因有些无法或不被 Polkadot 主网欢迎的项目 / dApp ，会尝试在 Kusama 上启动。这些可能是「过于先锋」的应用，与 Web3 基金会实现的 Polkadot 整体愿景不符。Web3 基金会试图让企业甚至政府，与技术初创公司在同一个网络上运行。

Polkadot 主网 v2.0 目前的蓝图规划仍不太清晰，但会启用更多的中继链，按原初中继链的层次结构进行组织。这些新的所谓的并行中继链（para-relay chains），将会托管各自行业 / 板块专属的并行链（例如，游戏并行中继链）。Polkadot v2.0 架构有望使 Polkadot 能够大规模扩展——至少这是当前的愿景。因此，根据 Web3 基金会的说法，当 Polkadot v2.0 变成现实时，Kusama 可能会变成一条具有自身生态系统的并行中继链，其生态系统届时应该已经成长起来。

重新认识波卡：什么是 Polkadot？

Polkadot 是以太坊之后推出的最为重要的公链项目之一。Spartan Group 联合创始人和管理合伙人 Kelvin Koh 称， Polkadot 在中国的知名度、社区规模和投资者兴趣是唯一能与以太坊接近的项目。Polkadot 旨在打造「 区块链的互联网」 ，即把各个公链（还有加密货币或去中心化应用平台）连接到（企业青睐的）私链 / 联盟链，以及两者之间的一切事物。

与多数其他项目不同的是，Polkadot 团队对其发展步骤和测试流程开诚布公，回答社区的任何疑问，做出详细的解释。他们出色地准备了 Polkadot 维基词条 和 Web3 基金会研究网站， 不仅详细地解释了该网络，而且提供了与其他基础设施类区块链项目的对比。

对于想要详细了解 Polkadot 工作机制的读者，我们强烈推荐这些信息。不过，在本报告中我们就不重复这些综合性信息源，仅展示基本的项目描述，以及通过与其主要软件开发商 Parity Technologies 和管理其生态系统开发的 Web3 基金会直接对话得到的部分细节。我们希望不会遗漏重要信息，同时也希望没有主观曲解。

简单来说，Polkadot 是一个异质多链平台，允许各个独立的区块链在同一个网络中连接和互动。这是一个分片环境 ， 各区块链仅在共享的安全性方面相同，在其它方面保持各异。

Polkadot 的主要功能是通过跨链消息传递协议（XCMP） 实现任意的区块链间消息的传递。Polkadot 允许独立的区块链之间任何类型的交易交换，从价值转移到复杂的智能合约调用。为了实现这一目标，Polkadot 的开发人员必须在 Polkadot 区块链下创建一个新的基础设施协议层。Polkadot 协议承载着同名的区块链网络，提供了前面提到的通用环境——否则将无法连接已有的区块链以实现这种任意的互操作性。

这一基础设施的关键部分是横跨所有连接网络的共享安全性。这意味着它们共享同一个验证人备选池，后者产生一个所有这些区块链的状态和状态转换（交易）的共同账本。由于其权益证明 （PoS）系统依赖于各方为确保安全性而进行的资本质押，因此该方法允许将所有验证人的资本集中在单个安全层上，以确保所有连接的链的利益，而不是将其不均匀地分散在网络中的不同链上。这里的预设条件是资本的集中情况遵循幂律分布。

Polkadot 包含主中继链（Relay Chain，其功能仅限于提供共享的安全和网络治理），并行链（Parachains，即 Polkadot 网络中独立的区块链），以及通向其他外部网络的桥接器（Bridges）。另外，还有所谓的并行线程 （Parathreads）——实际上这是按需付费的并行链，以与并行链完全一样的方式在中继链上发布区块，区别只是偶尔使用一次，而不是以稳定的频率使用。

跨链信息的哈希，是指可以加密方法来验证的信息「摘要」。实际的跨区块链消息交换应直接在并行链之间进行。中继链的验证人也可以充当并行链的「邮差」 ，作为后备选项。

并行链是具备自己的状态转换功能的独立区块链，收集和处理其自有交易，它们有专门为此设计的网络节点，同时使用中继链及其全局验证人（validator）集合来获得安全性。因此，一条并行链上的交易被打包到一个区块中，附上证明其有效性的加密证明，由该并行链的核对者提交给全局验证人集合的一个子集（轮流分配给每条并行链），该交易会被收纳到中继链。并行链需要绑定 Polkadot 的原生代币 DOT 来租赁中继链上的插槽。而链槽数目是有限的，通过拍卖方式分配。

具有自身安全性和其他参数集的外部链，也可以通过所谓的桥接器连接到 Polkadot。桥接器实际上也扮演并行链的角色，其功能是将消息（交易、智能合约调用和事件）从「外部」区块链传递到 Polkadot 网络中的各区块链，再传递回去。

桥接器天然地比原生 Polkadot 区块链慢，因为它们依赖于所连接网络的经济最终性（finality）机制（使用「检查点」，例如比特币区块链中的 6 个区块深度），而不是立即发送其最新交易。随着时间的推移，这些桥接器可能会演变成更强大的产品，帮助 Polkadot 网络连接外部区块链。此外，Parity 和第三方开发人员还想出了一个办法，能够向 Polkadot 的一条并行链部署桥接器功能，作为一种智能合约，而不是作为它自己的区块链。

除了开发区块链间任意的消息传递协议以及其依托的网络基础设施之外，Polkadot 的另一项重要创新，是构建这种基础设施的「开箱即用」工具集。它被称为 Substrate，是为了使尝试使用 Polkadot 的初创企业能够快速地将构思发展为原型。

Substrate 具有极高的模块化和易用性，允许构建任何参数的自定义区块链，包括私有链 / 联盟链（因此受到想利用区块链技术的大型企业的青睐）。Substrate 的多样化模块是构建的基础。需要注意的是，它们也是可组合的——即你可以自定义选择 Substrate 模块的不同部分，以构成完全自定义的区块链元素。而那些类似但不可组合的模块化工具集，你只能以一套完整（「原样」）的配置来使用模块。

现有的 Substrate 模块可以在下图中看到不完全列表。我们预期，随着开发者社区的贡献越来越多，这个列表会随时间增长。

基于 Substrate 的网络通常是一个开源框架，允许构建独立的区块链，它们也都天然兼容 Polkadot 网络。任何基于 Substrate 构建的区块链都可以成为一条并行链，它只需要添加一个名为 Cumulus 的特殊模块，并占用一个可用的并行链槽即可。Substrate 区块链框架及其 Cumulus 扩展，构成了 Polkadot 的软件开发者套件（开发人员称之为「PDK」）。

Polkadot 的大部分参数，或其中任何链的参数都可以轻松升级。这一性能，如果在以太坊或比特币上，没有所谓的分叉那是不可能实现的。这些升级可以通过链上治理系统来实施，该系统对于 Polkadot 社区将是完全包容和透明的。它绝对是 Polkadot 上最重要的创新之一，但它在很大程度上只是一个实验，比其他核心组件的实验性质更浓烈。尽管技术会（或不会）在接下来的几个月中证明自己，但治理机制的有效性仍需要几年时间的测试，才能验证其是否能真正发挥作用。好消息是：治理也是可升级的。

为了更容易地理解整个概念，可以把 Polkadot 与最先进的全球枢纽机场进行比较。根据这一联想，并行链可以理解成不同的航空公司，并行链槽是登机口，桥接器是前往其他机场的班车。Polkadot 将其并行链槽出租给其他区块链项目（就像机场将登机口出租给各家航空公司），并与其他区块链建立桥接器（向其他机场发送班车）。Polkadot 的中继链（机场）将其参与者连接起来，并允许他们在生态系统内无缝发送跨链消息（就像通过连接航班在各家航空公司之间转移乘客），从而使他们可以进行互操作。

此外中继链还为其合作伙伴提供确认服务，以确保共享的安全性（机场提供空中导航服务以确保安全着陆和起飞）。因此，参与其中的区块链不必依靠彼此的安全性，而可以依靠组合的安全性。加入生态系统的区块链越多，其安全性和价值就越高——机场越大，其作为全球空中交通枢纽的地位就越重要。

跨链竞争激烈吗？并不激烈

Cosmos 是 Polkadot 现有的唯一竞争对手。尽管从高层级的架构来看，Cosmos 的 Hub 和 Zone 可能与 Polkadot 的中继链和并行链很像，但从安全角度看，两者有根本区别。

并行链与中继链共享状态和验证逻辑（安全），这使得它们拥有了通用的执行环境。而 Cosmos 的 Zone 与 Hub 则没有安全性的共享，所以，一个接收方 Zone 通过一个 Hub 接收到一条信息时，会期待发送方的 Zone 所在的链在未来保持不变（因为无法确保而只能选择相信）。

这两者围绕协议功能的安全预设是不同的，我们更看好 Polkadot 的方法。

Cosmos 和 Polkadot 两个项目的目标一样，都是让参与链可以使用各自内部消息协议进行相互通信：Polkadot 的跨链消息 （XCMP） 和 Cosmos 的区块链间通信（IBC）。Polkadot 的脚步似乎落后于去年 3 月主网上线的 Cosmos。但是在我们看来，落后幅度并没有那么大。IBC 最初仅打算用于跨链价值转移，不久之前其开发者最终目标中添加了更广泛的链间消息支持，而 XCMP 从一开始就旨在允许任意消息传递，这更加复杂。

就功能性而言，这在两个项目之间造成了一个鸿沟，因为任意的跨链消息传递会开启无限种可能方式，去中心化的价值交换只是其中一种。Cosmos 依然在等待跨链通信。该项目主要领导者之间最近发生的纠纷影响了 IBC 的开发速度，所以我们只能看到，随着 IBC 的延迟和 XCMP 越来越接近投入生产，这两个项目之间真正的差距越来越大。

两个项目之间的主要区别在于它们的安全模式。Polkadot 由于具有共享的安全性，其并行链无需维护其验证人集合以达成自己的共识。同时，并行链仍然保留对其状态机以及系统其他规则和参数的完全控制。

而 Cosmos 上的 Zone 是各个独立的区块链，由各自内部的验证人来负责保护自己的状态。若要像任一并行链一样安全，一个 Zone 必须激励和引导类似于 Polkadot 的验证人数量（1000），并确保他们的质押筹码足以防范恶意行为。即使对于大型项目，这也是一项非常艰巨的任务。

Cosmos 的 IBC 协议启用之后，Cosmos 中的各区块链需要相互依赖才能进行复杂的链间操作，可以合理的假设，如果某个 Zone 的安全性较弱（若被破坏），就可能影响整个系统的安全性。即使只考虑跨链价值转移，也可能发现问题。因此，鉴于所有的网络参与者都希望实现足够的安全性，在 Cosmos 上引导一个 Zone 的成本要高于启动一条并行链的成本。

Cosmos 会员资格是免费和无需许可的。任何区块链都可以在 Cosmos 网络上建一个 Zone 或一个 Hub。目前有两个 Hub 枢纽：Cosmos Hub 和 Iris Hub。后者打算连接主要在中国和其他亚洲国家运营的区块链。对投资者来说，持有该网络原生的 ATOM 代币的动力不足，因为与 DOT 不同，它们没有资格与验证者（提名）分享利润。投资者唯一的希望是，随着 Cosmos Hub 的广泛使用，ATOM 代币会升值。

Cosmos 声称其主网上有 132 个项目，略高于 Polkadot 上预计的 130 个 项目。Cosmos 上最著名的项目包括：

· 币安链 Binance Chain，该协议由世界最大现货加密交易所币安开发，用于支撑一个已经运行的 DEX；

· eMoney，欧洲一家以货币支持的稳定币发行商；

· Kira Interchain Exchange ，另一家 DEX；

· Loom Network，一家 DPoS 侧链网络，用于高度可扩展的游戏和其他面向用户的 DApp；Loom Network 自 2018 年初开始投入生产，并且已集成到比特币、以太坊、Binance Chain 和 Tron 等区块链，即将登陆 EOS；

· Kava ，一个 DeFi 平台，用于创建多抵押的抵押债仓 （CDP）和发行有抵押品支持的稳定币 USDX 。

以太坊 2.0 可能会成为 Polkadot 的强大竞争对手，不过 Polkadot 声称，两者其实是互补的。尽管以太坊 2.0 设想的信标链 （Beacon Chain）及其分片链看起来与 Polkadot 的中继链和并行链非常相似，但区别在于，从状态转换和区块有效性的角度来看，以太坊分片是同一条区块链的一部分，因此具有严格相同的逻辑，即它们是同质的。而并行链是独立的链，因此它们的逻辑（状态转换以及就协议逻辑而言的有效性）更加灵活。或者说，它们是异构的。通过与 Polkadot 的桥接，以太坊 DApp 可以连接到其他平台，而不会失去其原有用户，也不必迁移智能合约——这就是为什么两个项目在理论上也被视为互补的原因。

Telegram Open Network （TON）的方法是独一无二的，但很大程度上是基于 Polkadot 提出的架构。TON 某种程度上结合了 Polkadot 和以太坊 2.0 的特性，旨在成为一个异构系统，尽管其主要的「中继」链（称为 masterchain ）和第一个「并行」链（称为 workchain 0 ）由 Telegram 开发人员打造。

TON 最初的构想是可以与 Telegram Messenger 兼容，在与美国证券交易委员会 SEC 进行的诉讼中，该计划最近被放弃。但是，TON 上的每条工作链本身也可以成为一个分片的同质系统，因此，其 workchain 0 可能类似于以太坊的信标链。TON 对其区块链管理者的角色命名与 Polkadot 类似，也叫做验证人、提名者和核对者。TON 的目标是拥有 2 的 32 次方的 workchain，而 Polkadot 1.0 版本仅涉及 100 条并行链。Telegram 未来计划在其 workchain 中拥有 2 的 60 次方的分片链。相比之下，Polkadot 不敢有那么大的雄心，只是希望它的某些并行链在 2.0 版本中成为并行中继链。

我们希望用以下图表对这几个核心项目进行比较。整体来说，我们觉得跨链领域的竞争并不激烈。

责任编辑；zl