解析平行鏈：實現過程、技術難點、未來發展方向等_JOE

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平行鏈是如何從研究論文，變成代碼實現的？

平行線程、嵌套中繼鏈等，未來將如何發展？

平行鏈可擴展性的極限在哪里？

在 2021 Polkadot Decoded 的圓桌討論 “解析平行鏈：誰做了平行鏈？平行鏈是什么？為什么要有平行鏈？” 中，研究員 Jeff、代碼實現者 Rob 和主持人 Joe 一起討論了一些對于平行鏈發展很重要的問題。PolkaWorld 在本文中總結了該圓桌主要內容。

Jeff：Jeff Burdges，W3F 密碼學研究員，做了很多平行鏈開發方面的研究

Rob：Robert Habermeier，波卡聯合創始人/Parity 核心開發者，帶領實現團隊讓平行鏈能夠在實際中運行起來

Joe：Joe Petrowski，W3F 技術集成負責人，本場圓桌主持人

Joe：大約一年半以前，Jeff 帶領著一個團隊發表了一篇關于可用性和有效性的論文。在實現時，這個方案已經改變了很多。Jeff，你可以簡單談一談這篇論文的想法是如何產生的嗎？

Beosin解析Reaper Farm遭攻擊事件：_withdraw中owner地址可控且未作任何訪問控制:8月2日消息，據 Beosin EagleEye 安全輿情監控數據顯示，Reaper Farm 項目遭到黑客攻擊，Beosin 安全團隊發現由于_withdraw 中 owner 地址可控且未作任何訪問控制，導致調用 withdraw 或 redeem 函數可提取任意用戶資產。攻擊者（0x5636 開頭）利用攻擊合約（0x8162 開頭）通過漏洞合約（0xcda5 開頭）提取用戶資金，累計獲利 62 ETH 和 160 萬 DAI，約價值 170 萬美元，目前攻擊者（0x2c17 開頭）已通過跨鏈將所有獲利資金轉入 Tornado.Cash。[2022/8/2 2:54:18]

Jeff：我們從以太坊生態那里獲得了一些想法，比如使用糾刪碼的想法。但是圍繞這些想法的一些具體的東西，比如如何優化分片，都沒有正式確定下來。

在 2019 年末，我們決定要把這些想法正式化，提出更精確的方法。一般來說，我們設計復雜協議的方式是，我會寫下所有可能的設計選項，然后用排除法。

在 2020 年初，我寫下了這個設計，并且和大家討論，我們注意到了一些問題，我想出了一個叫 “Two-phase inclusion” 的技巧。也就是說在真正開始之前，平行鏈中繼鏈必須知道一個區塊，驗證人必須說這個區塊是有效的。

ENS開發負責人：以太坊已支持CCIP讀取與ENS通配符解析解決方案:3月14日，ENS開發負責人Nick Johnson在推特上表示，以太坊已支持CCIP讀取與ENS通配符解析解決方案。據悉，跨鏈互操作協議（CCIP）為ENS采用的跨鏈解決方案，旨在支持在二層網絡上發行鏈上的域名。[2022/3/14 13:55:55]

之后我們開始做糾刪碼，然后開始做真正的檢查它的工作。這樣做的好處之一是，因為有人在這個過程中投入了很多切身利益，從而會限制其可以嘗試的次數。從而做到如果你要攻擊它，那么你也會毀掉你自己。它不是加密學安全性，而是分布式系統安全性，但是是合理的。

Joe：對于不熟悉分片的人來說剛剛說的可能有點抽象。其實就是，我們有一千個驗證人，當你想要包含這些平行鏈區塊中的一個時，你其實需要把數據塊發給所有驗證人，涉及到費用、復雜性、網絡、存儲等，讓所有人都得處理這個消息，所以你想要真正確保這些消息是有效消息，而且是有理由的。

Jeff：是的。糾刪碼其實挺老了，有不同類型的糾刪碼。不過一般來說當如果你用密碼學的話，一般是使用一些基于拉格朗日插值法或者里德-所羅門碼之類的。原因是它的閾值很陡峭，所以我們可以從任何三分之一的碎片，來恢復全貌。

那我們怎么做呢？我們有平行鏈區塊，叫做候選區塊，我們有 3f+1 個驗證人。那么我們把這些東西糾刪碼為 3f+1 個碎片，你只要有了任何的 f+1 個碎片，就可以重構原始區塊。也就是說只要比 1/3 多一點點的碎片，你就可以重構原始區塊。

聲音 | 魯春叢：推動區塊鏈的創新技術在標識解析中深度應用:據中國信通院官網，8月15日，在中國工業互聯網標識大會上，工業和信息化部信息通信管理局副局長魯春叢演講表示，大力推進標識解析技術，標準研制，搭建規模性基礎技術創新以實驗的環境，聯合產學研用各方面力量，促進新型標識體系的研制，推動區塊鏈的創新技術在標識解析中深度應用。據介紹，標識解析體系是工業互聯網的核心基礎設施，是新一代互聯網的“中樞神經”。[2019/8/18]

這是一種很古老的數學方法，實際上是讓我們的速度更快。根據我們目前的驗證人數量，我們必須找到一些比較新的論文，來進行優化。這就是我們今年做的事 —— 去大大優化糾刪碼。我們讓它的運行速度快了 400 倍，漸進地看其實更快。從 O(N2)?算法到了 O(log n) 算法。這讓計算變得沒有那么的有負擔。之后我們可能還會做得更好。這是我們最近的一個突破，當然了如果我們能在更早就解決的話就好了哈哈哈。

Joe：把這些研究變成代碼，其實也是很大的挑戰。我們去年年中上線了 Rococo 測試網，Rob 可以談談這個協議的實現早期遇到的一些挑戰嗎？

Rob：我記得第一次跟平行鏈相關的代碼提交是在 2018 年下半年，2019 年中有了我們所說的 V0 協議的初稿，在最初的幾年中，我們更多地投入在 BABE、GRANDPA 共識上，也就是出塊和區塊確認方面，那時候其實還沒有真的深入研究平行鏈的東西，因為平行鏈的部分更復雜，需要更多的開發時間。

動態 | 基于共治鏈的共治根域名解析架構發布:據光明網消息，在日前由國家互聯網信息辦公室指導、中國互聯網絡信息中心（CNNIC）主辦的中國互聯網基礎資源大會上，中國互聯網絡信息中心主任曾宇發布了基于共治鏈的共治根域名解析架構。中國互聯網絡信息中心（CNNIC）作為我國國家頂級域名注冊管理機構，負責國家網絡基礎資源的運行管理和服務，從2016年開始，開展區塊鏈技術在域名領域應用的研究，驗證了運用區塊鏈技術進行域名數據管理的可行性。在此基礎上，聯合多家單位設計了基于共治鏈的共治根新型域名解析系統架構。[2019/7/3]

從 2019 年中后期到 2020 年初左右，事情有了很大的進展，就像剛剛 Jeff 提到的，研究團隊開始真正把協議確定下來了，像是可用性確保了平行鏈區塊仍然存在，以便其他人可以檢查它們，來進行額外的檢查，從而確保安全性。

我覺得實現所有的這些研究其實非常困難。如果你在構建任何類型的系統，那么你每向系統添加一點額外的復雜性，那么創建該系統所需的時間就會指數級增加。這個規則也同樣適用于代碼，因為一旦你達到了一定的代碼量，其實真的很難再添加更多的東西，因為新的東西一定會擾亂、破壞之前做好的一些東西。

所以說有一個好的設計和規劃是很重要的，在我們迭代協議的時候，我們肯定會來來回回做一些研究。但是 2020 年的時候，我們把精力放在了《實現者指南》上，在那里面進行迭代，而不是在代碼里。我可以和 Jeff 和 Al（Alistair） 通話，來討論論文草案里的內容，然后寫一個頁面來說明 “我們會這樣寫代碼”，而不是直接就去寫代碼，我們用這種方法節省了幾周的時間，之后我可以把這些寫代碼的工作分配給很多個開發者。

前美聯儲理事Kevin Warsh：從美國經濟政策角度解析比特幣價格波動: 前美聯儲理事、斯坦福大學胡佛研究所杰出訪問學者Kevin Warsh今日撰文，從政府經濟政策角度解讀了比特幣價格波動的原因。對于2017年BTC價格的狂飆，Warsh認為：1.特朗普上臺后推出的減稅等寬松政策持續刺激美國經濟增長，繼而帶來的通貨膨脹預期促使美國加息進度超預期，比特幣成為規避法幣貶值的避風港；2.特朗普政府貿易保護政策致使美元在2017年貶值12%，投資者尋求比特幣規避貶值；3.據去年10月、11月調查，美國民眾對政府的信任度下降14個百分點達到33%，而美元正是建立在公眾對政府信任的基礎上。而對于今年以來比特幣價格的大幅波動，是因為投資者正在調整對政府政策的預期，新任美聯儲主席也在重新考慮如何更好地實施貨幣政策，同時也在考慮推出自己的加密貨幣。[2018/3/8]

所以我覺得在建設這樣的系統的時候，有一個很好的計劃很重要。還有就是有一個模塊化的系統，這樣的話你可以添加一個獨立部分的代碼，你可以把這些代碼整理成小的包，而不是一整個系統，因為一個人很難搞定一整個龐雜的系統。

Joe：說到目前的階段。現在 Kusama 已經上線了 Shell 空白鏈，Rococo 上已經有了 12 條平行鏈，但是 Kusama 的出塊時間在 12 秒左右，我們正在解決這個問題。為了將出塊時間提高到 6 秒，并且在 Kusama 上上線更多的鏈，短期內我們面臨的挑戰是什么？

Rob：我覺得這一切本質上說都歸結到網絡。Kusama 有 900 個驗證人，這些驗證人都是一些擁有 KSM 的人，在全球部署了節點來同步鏈。這件事很酷，這可能是全球最大的驗證人集之一。

但是當你向這個網絡添加一些復雜性，比如添加平行鏈的時候，肯定就會增加很多負載。其實我們之前也在 Rococo 上用相同的參數測試過，但是在 Kusama 上的效果卻完全不同，因為在 Kusama 上驗證人節點在全球各地運行，所以最主要的挑戰就是讓網絡代碼盡可能平穩地運行。我們寫網絡代碼的時候，做了很多反作弊的機制，這種東西就是，如果沒人搗亂的時候你都注意不到它的存在，但是如果有人作惡，你就會發現這些防御機制非常重要。

Jeff：沒錯。當我們添加越來越多的平行鏈的時候，會出現更多的計算負載，我們會看看到時候會如何發展，我們會如何在這個過程中成長。其實觀察這些操作會如何影響網絡，也是一個漸進的學習過程。

Joe：這就是 Kusama 存在的意義，不是嗎？

Rob：沒錯。隨著平行鏈變多，驗證人的負載肯定會變多的。因為驗證人要驗證一個區塊，并且要把自己的幣抵押在區塊背后，其他的一些驗證人就會自我選擇去做檢查。平行鏈越多，你要做的計算就會越多，雖然計算量應該比平行鏈增加的數量慢，這也是為什么這個網絡是可擴展的，而不是像其他一些區塊鏈一樣不可擴展。但是作為驗證人，你可能還是需要在每秒內驗證幾十個區塊。

Joe：我們聊點更實際的吧，聊下接下來一年波卡和 Kusama 的計劃吧。我們有一個平行線程的規劃，其實現在在 UI 里面已經能看到了，因為鏈在升級為平行鏈之前，都是以平行線程的形式注冊的。但是之后我們會讓平行線程更加的實用，你們可以談談平行線程的設計、實現，為了實現它還剩下哪些工作待完成嗎？

Rob：平行線程跟平行鏈差不多，主要區別在于它被調度的方式不同。我們有一個調度程序，如果你是平行鏈，那么每個區塊都會被安排到；如果你是平行線程，那么你需要進行拍賣，平行線程收集人可以互相競爭，來獲得寫入區塊的的權利。這會帶來收集方面的網絡改變，當你是平行線程出塊人的時候，你需要讓驗證人知道你有區塊要提交。

所以總的來說挑戰有三點：調度程序、拍賣、網絡方面的改變。

Jeff：其實當時做平行線程有種設計，但是最后我們選擇了有拍賣的這個。因為這個設計可以更好地防止作弊，但是對于平行線程來說，如果它們出于某些原因無法提交區塊的話，它們可能會丟失資源。所以我們還得再看看一些經濟方面的問題。

Joe：我們說過會把一些核心功能從中繼鏈中釋放出來，下放到平行鏈中，來進一步實現可擴展性，和實現嵌套中繼鏈（Nested relaychain）的想法。你們想談談為什么要這樣做嗎？

Jeff：其實相比 “嵌套中繼鏈” 的說法，我更愿意稱其為 “中繼鏈分片”，因為嵌套中繼鏈聽起來像是某一條鏈是主導地位。

從某種意義上說，中繼鏈的分片比我們現在已經做到的（平行鏈分片）還要簡單一些。不過我覺得可能會在超過 3000 個驗證人的時候來做這個事，我想告訴大家現在還不用急著去實現它。在這之前，我們希望能先讓中繼鏈的功能盡可能簡單，我覺得這樣對于開發者來說工作量是最小的。

Rob：目前來看，Staking 和選舉模塊和一些治理功能其實是比較重的，會給中繼鏈帶來較大的負載。所有中繼鏈上發生的事，中繼鏈驗證人都需要去執行。而根據設計，發生在平行鏈上的事情只需要驗證人的子集來處理。所以這就是可擴展性的來源，把每個驗證人機器都需要執行的事變得盡可能少。

我覺得安全地去提煉出 Staking 和治理之類的東西其實挺難的。因為波卡有一些故障模式，比如一個機制是在進行爭議分析的時候的時候，鏈可能會被阻止出塊。你可能無法進行 Slash 交易，驗證人集無法更新交易等。這些都是很棘手的挑戰。

不過這個其實也不是很緊急。在這之前，我們應該會優化節點那邊，比如如何處理平行鏈和網絡消息，來獲得更高的擴展性，和運行更多的平行鏈。

Jeff：我覺得我們的目標應該是，雖然這個目標可能無法達到，但是目標應該是達到同等水平，讓每條平行鏈有一個驗證人。這個可能無法實現，但是當我們到達這個情況的時候，我們應該知道這個極限的存在，然后朝其他的方向努力。

Joe：剛剛你說 3000 個驗證人，意味著 3000 條平行鏈。Rob 你作為實現者，怎么評價這個目標？

Rob：（笑）暫時還做不到，這是肯定的。我覺得代碼經過一輪優化之后能運行 80-100 條平行鏈，我就很開心了，而且這對社區來說也綽綽有余了。

Jeff：是的。最終我們可能會到達一個點，用戶耗盡了，我們得開始說服更多的人來使用，所以我猜可能會有很多次這樣的爆發。

Rob：我想是的，我覺得這有點像波卡治理遇到的挑戰 —— 拍賣計劃的長尾效應是什么？因為在某些時候，如果所有的技術進展順利，那么我們可能有能力運行更多的平行鏈，甚至可能超出市場對平行鏈的需求。但是我們也不希望平行鏈的資源被一些垃圾項目填滿，占用個兩年，當然之后社區的發展趕上來了（平行鏈的位子又會不夠用），肯定會有這種來來回回的發展過程。

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