Polkadot丨平行鏈系統架構一覽_COL

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本文作者為Jenner@?PatractLabs?。

這篇文章基于Polkadot的6be14014提交，目的是介紹Polkadot在平行鏈角度上的系統架構。

角色

架構圖

鏈

Relaychain：中繼鏈，負責平臺安全性。Parachain：平行鏈，擁有自己獨立的狀態與業務邏輯，共享中繼鏈提供的安全性。節點

validator：驗證人，負責中繼鏈的出塊，同時驗證來自收集者的證明，與其他驗證人進行共識投票。中繼鏈全節點，需要抵押DOT。collator：收集者，為驗證人收集平行鏈的交易和狀態轉移證明。平行鏈全節點，同時內嵌中繼鏈全節點服務，不一定需要抵押DOT，可以由平行鏈自行激勵。注意，平行線程的collator需要持有DOT，以便參與出塊資格的拍賣。fishermen：漁民，監控驗證人和收集者，檢查無效的候選收據。collator或者validator都可以作為fishermen，需要抵押DOT。

平行鏈節點結構

平行鏈節點主要有以下兩點變動。

超過100,000個地址正在幫助以太坊擴展:金色財經報道，為了擴展以太坊，研究人員提出了一項計劃，使存儲來自第2層匯總的數據成本更低。第一階段需要將EIP-4844（稱為proto-danksharding）引入以太坊主網，預計將在年底前與Dencun升級一起發生。但要做到這一點，他們需要一些熵，隨機數據。EIP-4844將引入一種新的“blob-carrying交易”，種用于第2層將數據傳遞給以太坊主網驗證器的臨時數據存儲機制。以太坊研究人員設計了一種方法，讓任何擁有以太坊地址的人都可以參與，只要有使用該網絡的一些歷史就可以加入。4月17日向公眾開放時，捐款僅限于具有大量交易歷史記錄的以太坊用戶，以減少等待時間。但這些限制逐漸減少，以至于今天你只能貢獻16筆交易。降低的門檻是總貢獻數量不斷上升的原因之一，最近超過了100,000個獨立貢獻。這并不一定意味著100,000個人，一個人可以擁有多個地址，但每個地址只允許一個貢獻，并且每個人都為以太坊以匯總為中心的未來貢獻一小部分安全措施。[2023/5/31 11:49:23]

共識

collator在平行鏈上的角色類似于以往的獨立鏈上的validator。但是collator只提供候選區塊，然后交由中繼鏈上的validator進行共識。所以，平行鏈不再需要自己的共識機制。當然，可以保留對collator的選擇機制。

數據：比特幣NFT協議Ordinals昨日銘文鑄造量超19萬枚，創歷史新高:4月24日消息，據 Dune Analytics 數據顯示，由軟件工程師 Casey Rodarmor 推出的比特幣 NFT 協議 Ordinals 于 4 月 23 日單日銘文鑄造量超 19 萬枚，創歷史新高。其中文本類型的銘文數量為 190,202 枚，占比達 98.5%。基于比特幣 NFT 協議 Ordinals 鑄造的銘文總量已達 158 萬枚，迄今產生的總費用達到 181 枚 BTC。[2023/4/24 14:23:43]

雙服務

平行鏈節點與以往單鏈節點的不同在于：需要啟動一個中繼鏈全節點服務。內嵌的中繼鏈全節點服務中，包含了overseer與子系統服務，并且將overseer_handle共享給collator，在collator_protocol上注冊為?collator_side。因此，collator能與validator通過overseer進行消息交互，例如傳遞候選區塊相關消息。另外，平行鏈全節點還需要通過內嵌的中繼鏈節點來“跟隨”中繼鏈的出塊。所謂“跟隨”，指的是平行鏈全節點的最佳區塊為中繼鏈上最佳區塊包含的相應平行鏈區塊，終結區塊亦如此。

中繼鏈節點結構

某聰明錢地址今日買入超過24.4萬枚MAGIC:金色財經報道，據The Data Nerd監測，一個聰明錢地址今日以1.6美元的價格重新買入超過24.4萬枚MAGIC。該地址在之前的MAGIC交易中獲得2倍的利潤，并于2月2日和23日恰好在當時的價格高點賣出代幣。

到目前為止，該地址還持有超過2500枚GMX，未實現收益為2倍。[2023/2/25 12:29:18]

relay_chain

中繼鏈上除了必須的基礎組件外，比較重要的就是overseer與子系統。

overseer

overseer

Overseer主要有以下功能：

啟動和關閉一系列子系統作為子系統之間的消息總線監聽外部事件，觸發子系統相應任務消息協議

overseer向子系統發送兩種類型的消息：Communication,?Signal。

Communication：子系統之間交互的消息被封裝在Communication類型中，根據被封裝的消息類型傳遞到指定的子系統。例如子系統A向子系統B發送一個消息M：1.A向overseer發送AllMessages::B{M}；2.overseer收到后，向B發送FromOverseer::Communication{M}。Signal：系統消息，例如塊導入、塊終結、關閉子系統，被封裝在Signal中。系統消息會被廣播到所有子系統。子系統

數據：1,611枚BTC從Bitfinex轉移到未知錢包:金色財經報道，據Whale Alert監測數據，1,611枚BTC（價值約27,448,220美元）從Bitfinex轉移到未知錢包。[2022/12/5 21:22:36]

目前設計上共有18個子系統，其中3個未完全實現。

Collator相關

collation_generation_subsystem：collator在塊更新時生成collationcollator_protocol_subsystem：collation的請求與回應，根據validator/collator的角色執行對應的任務候選區塊共識

candidate_selection_subsystem：觸發對collation的請求，收到collation后請求投票candidate_backing_subsystem：對collation投票，簽署statementstatement_distribution_subsystem：廣播statementpov_distribution_subsystem：廣播PoVapporoval_subsystems(TODO)：在finalize前對候選區塊的再次檢查可用性相關

CZ：5到10年內DeFi規模將超過CeFi:7月1日消息，幣安創始人CZ在接受Bankless視頻專訪時表示，5到10年內DeFi規模將超過CeFi。我們不想在未來持有任何人的現金或數據。[2022/7/1 1:45:12]

availability_distribution_subsystembitfield_signing_subsystembitfield_distribution_subsystemavailability_recovery(TODO)工具類子系統

candidate_validation_subsystem：驗證候選區塊provisioner_subsystem：提供平行鏈相關的出塊打包數據runtime_api_subsystem：調用runtimeapiavailability_store_subsystem：存儲可用性數據network_bridge_subsystem：與collation相關數據在節點間傳遞的網橋協議chain_api_subsystemmisbehavior_arbitration(TODO)Collator

以平行鏈上的Collator為例，介紹節點如何與子系統協作。

啟動

平行鏈啟動時，build_polkadot_full_node啟動一個中繼鏈全節點，包含overseer和子系統，并且在collator_protocol_subsystem注冊為collator_side。如果要以collator的身份啟動節點，啟動時需要設定--collator，類似于以往獨立鏈設定--validator啟動驗證人節點。follow_polkadot：根據中繼鏈的出塊來更新平行鏈初始化collation_generation_subsystem，在此時注冊collator.produce_candidate，用來生成collation。在collator_protocol_subsystem上注冊Collator所在的para_id。start_collator：polkadot_full_node.client.execute_with(StartCollator}，collator和polkadot_full_node共享一個overseer_handler。準備候選區塊

collation_generation_subsystem?啟動后會循環handle_incoming。接受到ActiveLeavesUpdate后handle_new_activations。propose一個候選區塊build_collation：構建候選區塊的Collation開啟wait_to_announce任務，注冊成為StatementListener。當收到validator發來的Statement::Seconded就廣播當前候選區塊request_full_validation_data_ctx?在中繼鏈上獲取輔助驗證的數據ValidationData。task_config.collator?->?produce_candidatecollator_signature_payload簽名生成CandidateReceipt，發送CollatorProtocolMessage::DistributeCollation給collator_protocol_subsystem。通知validator

collator_protocol_subsystem監聽Communication(CollatorProtocolMessage)，process_msg處理消息。收到DistributeCollation后，檢查para_id，然后distribute_collation向validator廣播。determine_core：計算當前平行鏈分配到的coredetermine_our_validators：計算分配到該平行鏈的validator集合，包括當前集合和下一次分配的集合connect_to_validators：同時連接當前validator集合和下一組validatordistribute_collation：檢查collation在active-leaves上，collation沒有在該relayparent上出現連接上新的validator后，在collatorprotocol子系統中handle_validator_connected發送一個CollatorProtocolMessage::Declare給validator，注冊collator如果validator是屬于該平行鏈的驗證人集合，那么advertise_collation，向validator發送CollatorProtocolMessage::AdvertiseCollation?，通知validator準備發送collation了。回應請求

收到validator消息CollatorProtocolMessage::RequestCollationsend_collation：回應validtor。回應的message中包含CandidateReceipt和PoV，發送CollatorProtocolMessage::Collation(request_id,receipt,pov)給validator。由于這是節點間通信，overseer的中繼只能作用于節點內的子系統之間，所以這個消息是被封裝在NetworkBridgeMessage::SendCollationMessage中的，通過network_bridge_subsystem向validator轉發消息。出塊

當中繼鏈上statement被checked后，collator在平行鏈上announce_block，此時為暫時同步。最佳區塊和終結區塊跟隨中繼鏈的出塊。

More

實際上，以上所描述的Collator與子系統的交互也可以說是以Collator角度的平行鏈出塊流程。關于以Validator角度的平行鏈出塊流程將在《平行鏈節點的出塊流程》中介紹。

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