中继链：Polkadot 如何连接和保护多个区块链

Relay Chain 是Polkadot 多链网络中的核心区块链。它协调连接的区块链（称为平行链），并提供共享的安全保障、共识机制和互操作性。Polkadot 并不要求每个平行链都维护独立的验证者集合，而是允许符合条件的平行链受益于其共享的安全模型。

Polkadot 由以太坊联合创始人 Gavin Wood 设计，其核心理念是让各个专用区块链协同工作，而不是各自作为孤立的网络运行。中继链是这一设计的核心，它负责协调网络活动，而各个平行链则处理各自特定应用的功能。

随着 Polkadot 在区块生产、跨链通信和资源分配方面不断改进，中继链的角色也随之演变。其中一项重大变革是引入了敏捷核心时间（Agile Coretime），它以更灵活的方式取代了原有的平行链槽位拍卖模型，从而为网络资源的访问提供了更多选择。

起源与历史

2016 年： Gavin Wood 发布了 Polkadot 白皮书，概述了一个旨在支持互操作性和共享安全性的多链网络。

2017年： Web3基金会进行Polkadot代币销售，首次发行筹集约145亿美元。该项目继续开发其多链架构。

2020 年 5 月： Polkadot 推出了功能有限的 Relay Chain，并采用了权威证明共识机制。

2020 年 6 月至 7 月： Polkadot 逐步引入其提名权益证明 (NPoS) 验证者选择系统，并向去中心化网络治理和共识过渡。

2020 年 8 月：随着 Polkadot 网络向完全去中心化的运营模式迈进，其治理和网络能力也在不断扩展。

2021年： Polkadot 进行平行链槽位拍卖，使项目能够获得专用网络资源的访问权限。Polkadot 的实验性金丝雀网络 Kusama 测试平行链功能及相关升级。

2021 年 12 月： Polkadot 的首批平行链在初始区块拍卖后开始在网络上生成区块。

2022-2023年： Polkadot继续开发其平行链架构。诸如异步支持等改进旨在提高区块生产的灵活性和网络吞吐量。

2024 年 9 月： Polkadot 从平行链槽位拍卖过渡到敏捷核心时间，允许项目购买对网络执行资源的灵活访问权限。

2025–2026 年： Polkadot 将继续演进其架构、开发者基础设施和资源分配模型，以提升可扩展性和互操作性。具体升级信息请参考网络的最新技术文档。

简单来说

1. 中央协调员： 想象一个国家拥有多个城市，每个城市都专注于不同的活动。中继链充当协调基础设施的角色，帮助这些城市在一个共享系统中运作，而每个平行链则管理自身的功能。
2. 共享安全： 符合条件的平行链无需每个区块链都建立自己的验证器网络，而是可以利用 Polkadot 的共享验证器基础设施。这减少了从零开始构建独立安全系统的必要性。
3. 专业化区块链： 一条平行链可能专注于去中心化金融，而另一条则支持身份服务或其他应用。每条平行链都可以根据其特定用途进行设计，同时又能连接到更广泛的 Polkadot 网络。
4. 跨链通信： Polkadot 的跨共识消息传递 (XCM) 格式允许连接的链之间传递消息并协调操作。根据具体实现，这些消息可以支持诸如转移资产或与另一条链上的服务进行交互等活动。
5. 灵活的网络资源： Agile Coretime 允许平行链通过批量或按需方式获取 Polkadot 的执行资源。这取代了之前对长期平行链槽位拍卖的依赖。

中继链并非旨在执行传统的智能合约或直接托管所有应用程序。其主要目的是协调网络、支持共识并帮助连接的链安全运行。

另请阅读：《女巫抵抗：身份、共识与权衡》

关键技术特征

共享安全

Polkadot 允许符合条件的平行链利用 Relay Chain 的验证者基础设施。验证者参与网络安全维护和平行链区块的验证，从而减少了每个连接的链建立自身独立验证者集合的需求。

共享安全机制并不能消除所有风险。应用程序、智能合约、外部桥接器和各个平行链实现仍然可能存在漏洞。

提名权益证明（NPoS）

NPoS 是 Polkadot 的验证者选择和质押机制。DOT 持有者可以通过质押来提名验证者，但需遵守网络规则。验证者负责参与共识并履行其分配的网络职责。

BABE

区块链扩展盲分配（BABE）是 Polkadot 的区块生产协议。它决定哪些机构可以在特定时间段内生产区块。

爷爷

基于 GHOST 的递归祖先派生前缀一致性 (GRANDPA) 是 Polkadot 的最终性机制。它有助于确定哪些区块已被最终确定，是对 BABE 在区块生产中作用的补充。

跨共识消息传递（XCM）

XCM 是一种用于在共识系统之间传递指令的格式。它允许连接的链协调跨链操作，包括资产转移和调用其他链上的服务。消息的实际传递取决于底层消息传递和网络基础设施。

敏捷核心时间

Agile Coretime 是 Polkadot 用于分配执行资源（称为核心）访问权限的灵活系统。项目可以批量购买指定期限的核心时间，也可以在支持的情况下使用按需付费模式。这为平行链提供了除原始槽位拍卖模型之外的另一种选择。

平行链和整理器

平行链是连接到 Polkadot 的专用区块链。收集器维护平行链数据、收集交易并生成包含验证所需信息的候选区块。指定的中继链验证器根据协议规则检查平行链区块的有效性。

优点缺点

风险管理

网络可靠性

使用信誉良好的网络浏览器和 Polkadot 官方监控资源，监控 Relay Chain 及其连接的平行链的运行状况。网络中断可能会影响依赖于这些链的服务的可用性。

验证者和质押风险

在提名验证者或参与质押之前，请务必了解验证者选择、质押和惩罚机制。验证者的性能和协议规则都会影响质押结果。

跨链交易

发起跨链转账前，请检查目标链、资产和交易详情。确认应用程序和消息路由支持预期操作。

智能合约和应用程序安全

不要因为应用程序运行在具有共享安全机制的网络上就想当然地认为它是安全的。在适当情况下，应查阅现有的安全审计报告、代码披露信息和风险文档。

核心时间成本

基于 Polkadot 构建的项目应评估批量核心时间还是按需核心时间更适合其工作负载。成本和资源需求会随着网络需求和协议更新而变化。

另请阅读：Slock.it：DAO、黑客攻击和物联网转型

实际例子

1. Polkadot 平行链

场景：一个项目想要开发一个专门用于去中心化金融、游戏或其他专业应用的区块链。

实施方案：该项目开发了一条平行链，并根据 Polkadot 网络的技术和资源分配要求将其连接到 Polkadot。

结果：平行链可以专注于其应用，同时受益于 Polkadot 提供的基础设施和共享安全模型。

2. 草间弥生作为金丝雀网络

场景：开发者希望在考虑将其应用于 Polkadot 之前，先在实时网络环境中测试新的区块链功能。

实现方式： Kusama 作为一个独立的网络运行，拥有自己的中继链、治理、验证者和原生代币 KSM。

结果：开发者可以在独立的环境中测试网络升级和平行链功能。Kusama 不仅仅是一个测试网，其活动仍然存在实际的经济风险。

3. 跨链通信

场景：一条平行链上的应用程序需要与另一条连接链上的服务或资产进行交互。

实现方式：各链使用 XCM 和相关的消息传递基础设施来协调操作。

结果：该应用无需每次交互都依赖传统的第三方桥接器即可支持跨链功能。实际的安全保障取决于所涉及的区块链和消息传递机制。

4. 敏捷核心时间

场景：一个区块链项目需要访问 Polkadot 的执行资源，但不想依赖原有的平行链槽位拍卖模型。

实施：该项目根据其预期活动和技术要求，评估批量或按需核心时间。

结果：该项目拥有更灵活的网络资源访问方式，可根据其工作负载、成本考虑和可用性选择合适的选项。

相关条款

• 平行链： 一个与 Polkadot 连接的专用区块链，可以受益于其共享的安全性和互操作性功能。
• 提名权益证明（NPoS）: Polkadot 的质押和验证者选择机制。
• 跨共识消息传递（XCM）： 一种用于在共识系统之间表达信息的格式。
• 敏捷核心时间： Polkadot 系统通过灵活的核心时间安排来分配执行资源。
• 宝贝： Polkadot 上负责区块生成的协议。
• 爷爷： 负责确定区块最终性的协议。
• 点： Polkadot 的原生代币，用于质押和治理等功能，以及核心时间购买。
• 草间弥生: 一个独立的区块链网络，用作 Polkadot 相关技术的金丝雀网络。

常见问题解答

问：区块链中的中继链是什么？

中继链是一个中心化的区块链，它协调连接的链，并提供共享的基础设施和安全保障。在 Polkadot 中，它支持共识、平行链验证和网络协调。

问：中继链和平行链有什么区别？

中继链负责协调更广泛的网络并提供共享安全保障。平行链是与其连接的专用区块链，旨在处理自身的交易和特定应用功能。

问：Polkadot Relay Chain 可以运行智能合约吗？

Polkadot Relay Chain 不支持传统的智能合约执行。开发者可以将应用程序部署在兼容的连接链上，包括那些提供智能合约功能的链。

问：中继链如何保障平行链的安全？

Polkadot 采用共享安全模型，其中 Relay Chain 验证者参与平行链区块的验证。这使得符合条件的平行链能够受益于 Polkadot 的验证者基础设施，而无需完全依赖独立的验证者集合。

问：XCM 和继电器链有什么区别？

Relay Chain 是一条负责协调 Polkadot 网络的区块链。XCM 是一种消息格式，它允许不同的共识系统表达跨链指令。它们在网络中发挥着不同的作用。

问：Polkadot 是否仍然使用平行链插槽拍卖？

Polkadot 于 2024 年 9 月放弃了原有的平行链槽位拍卖模型。敏捷核心时间引入了更灵活的方式来获取网络执行资源。

问：如果中继链发生故障会发生什么情况？

中断可能会影响依赖于中继链的平行链的验证、最终性和运行。具体影响取决于中断的性质和连接链的架构。

问：Cosmos 是否有中继链？

Cosmos 采用不同的架构。Cosmos Hub 促进生态系统内的互操作性，包括通过跨链通信 (IBC) 协议实现，但连接的链不会像 Polkadot 平行链那样自动继承共享的验证器集。Cosmos 还支持共享安全机制，因此比较结果取决于具体的链和配置。

结语

中继链是 Polkadot 实现区块链互操作性和共享安全性的核心组成部分。它通过协调专用平行链、支持共识机制以及实现跨链通信，帮助多个区块链在一个互联的生态系统中运行。

Polkadot 向敏捷核心时间 (Agile Coretime) 的转变也表明，其资源分配模型已经超越了最初的平行链槽位拍卖。然而，共享的安全性和互操作性并不能消除所有技术或经济风险。开发者和用户仍然需要评估应用程序的安全性、验证器的性能、跨链操作以及网络成本。

本文仅供教育用途，不构成任何财务建议。加密货币网络和资产存在重大风险。

来源

• Polkadot Wiki：建筑
• Polkadot 开发者文档：中继链概述
• Polkadot开发者文档：平行链概述
• Polkadot 开发者文档：敏捷核心时间
• Polkadot Wiki：敏捷核心时间
• Polkadot开发者文档：权益证明共识