平行链：简化区块链的创新形式

Polkadot是一个可用于可扩展的去中心化计算和互操作性的区块链。在本文中，我们将研究该网络的一个关键组成部分：平行链。

今天的区块链通常由两部分构成。第一部分是共识算法，提供安全性。第二部分是状态机，提供链上各方面的安全性。比特币、以太坊、Zcash等加密货币都使用工作量证明（PoW）及其变种它们处理的交易类型和账户（构成其状态机）各不相同。假设一个开发者有一个关于新区块链的好想法，可以提供有效的隐私保护、财富分配或其他令人兴奋的功能。在开发这个独特的状态机时，开发人员还必须实现某种共识算法，并且在启动链时，必须与其他链竞争安全资源。这给开发新的区块链项目带来了成本和不安全感。

我来介绍一下平行链。平行链是一种更简单的区块链形式，它连接到由“中继链”提供的安全性上，而不是自己提供安全性。中继链提供了与附加平行链之间安全消息传递的保证。平行链的关键特点是它们执行的计算是独立的。一个完全通用的智能合约系统在决定交易之间的“冲突”时会遇到问题，这意味着并行交易会按顺序执行，浪费宝贵的计算时间。明确界定平行链意味着我们可以一次执行所有平行链，而不用担心冲突。如果有10个平行链，我们可以使用相同的安全资源执行10倍的工作。

高度专业化的平行链还有另一个目的：它们可以以最有效的方式实现针对其问题领域的数据存储和交易操作，而不会陷入特定于区块链的脚本语言或虚拟机中。比特币脚本和以太坊虚拟机等模型考虑了互操作性，但使用这些模型的系统要为它们的所有部分支付更高的执行成本，而不仅仅是可以从同一网络上的其他系统访问的部分。相比之下，Polkadot平行链通过异步消息传递进行通信，只在平行链交叉的边界处支付数据一致性的成本。

请注意，你仍然可以创建一个为完全通用、图灵完备的智能合约提供框架的平行链。一个简单的例子是由EVM驱动的平行链。基于上述原因，在该平行链上部署的合约既会受益于以太坊智能合约的通用性和互操作性，也会带来一些不便。最主要的区别是，使用该平行链是完全可选的。我们认为Polkadot能够集成重点解决方案的同时，还可以保留使用非常通用的框架作为其最强大特性之一——可选性。

平行链的一个有趣用例是作为可伸缩性的工具。可以创建具有自己平行链的平行链，以此类推。这样就形成了一个树状结构，可用于执行高度分布式的计算，而不会减少根中继链本身的负担。主要问题是确保数据的可用性。平行链区块意味着需要一个有效性证明，任何人都可以在一段时间内检查。验证人负责确保他们验证的块证明仍然可用。不幸的是，如果消息没有在链上删除，要证明某个消息不应该被发送将变得非常困难。我们可以通过声誉保证来避免这个问题：当相对可信的一方指出验证人隐瞒数据时，他们可能会受到惩罚。这也可以推广到硬币投票制度或多层法院。为了降低恶意虚假举报的有效性和实用性，每一次不良行为的举报都应该伴随着无法退还的资金销毁。当有足够多的人参与计算时（如在一级平行链的情况下），通常可以获得所需的数据。另一种缓解策略是设计平行链，当链出现停滞或受到攻击时，存储的价值可以被提取，尽管当链执行智能合约锁定资金或自动管理费用时，这是困难的。

为了可伸缩性，一个更有趣的方法可能是使用零知识（ZK）证明。现代非交互式的ZK证明（如ZK-SNARKs或ZK-STARKs）允许我们验证已知程序是否正确执行，而不泄露任何关于私密输入的信息。这些ZK证明既可用作隐私工具，也可用于性能优化。令人惊讶的是，检查这些ZK证明的时间与程序执行的时间基本相同，即使程序非常复杂，有些证明甚至比程序执行时间更短！不幸的是，创建ZK证明的计算和内存成本仍然高于普通用户的可行性。在这些成本降低之前，实践ZK证明还需要较长时间。

然而，平行链的伟大之处在于它们的通用性。通过允许每个平行链定义自己的有效性，我们可以平滑过渡到将来更轻、更高级证明。随着分片研究的进展，可以轻松添加实施最新技术的平行链。这就是Polkadot的价值主张：它位于正确的抽象层，可以在现在和将来使用，而没有任何不必要的成本。该系统的设计不仅可以适应任意发展速度，还具有可扩展性，可以轻松集成可伸缩性方面的最新进展。

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