原文作者：Cryptium Labs

翻译：PolkaBase

本文主题涵盖了从Polkadot协议的介绍、共识机制、新颖的Sybil抵抗机制（提名权益证明）、治理机制以及网络生态系统的概述等方面，并以强调Polkadot 提名人和验证人的经济影响和安全影响。

什么是Polkadot?

Polkadot是一个公开的区块链协议项目，其参考节点实现是用Rust编写的，Rust是一种越来越流行的编程语言，其特征是注重性能和安全性。与比特币等加密货币协议或以太坊或Tezos等智能合约平台不同，Polkadot网络本身不会赋予任何功能。Polkadot的中继链目的不仅是为了培养异构的区块链（平行链），而且状态转换功能抽象化，这些功能不一定共享区块链的独特功能。为了充当后者的基础，该网络配备了两个主要特性：不同程序之间的共享安全性（也称为集合安全性）和去信任的链间转账能力。

Polkadot的混合共识

Polkadot的主要创新之一是其共享安全性。为了实现共享安全性，Polkadot的体系结构强烈依赖于其独特的混合共识系统。

Polkadot混合共识系统的一个关键方面是，它分离了区块产生和区块确认的功能：产生块的机制（BABE）与用于确认块的机制（GRANDPA）不同。

区块链扩展的盲分配（BABE）是Polkadot的区块生产机制，它指定了用于在Polkadot上制作新区块的规则集。BABE是最长链共识算法家族的一种变体，类似于Cardano的Ouroboros Praos共识机制。基于GHOST的递归祖先派生前缀协议（GRANDPA）是区块确认的其中一个工具，是实现自己的BFT共识变体的中继链上的覆盖：如果至少有2/3的验证人提供了特定区块有效性的证明。

Polkadot的混合共识旨在权衡“活性”(liveness)与可证明的终结性(provable finality)之间的。大多数网络部署了最长链共识的变体（模仿Nakamoto共识动态的PoW或PoS系统）或纯BFT共识机制。前者的缺点是共识只能提供概率确定性。后者的缺点（以纯基于Tendermint的共识算法的部署为例）是节点无响应的某个阈值可能导致网络停止。Polkadot的混合共识设计在理论上能够在同步中承受多达1/3的拜占庭节点，在异步中承受多达1/5的拜占庭节点。

Polkadot的提名权益证明（NPoS）

在Polkadot中，建立节点参与共识的规则和要求的机制称为“提名权益证明”。与Tezos的LPoS或Cosmos Network的BPoS 等其他变体相比，NPoS在以下几个方面有所不同：

对于验证人

类似于其他PoS系统，验证器插槽是通过类似彩票的系统分配的。通货膨胀率为10％（第一年），如果所有DOT的50％处于质押状态，则其中100％分配给所有验证者。由全部50％质押的DOT产生的任何正负变化所导致的剩余通货膨胀均分配给Polkadot 财政库（一个经过治理的可支出社区库）。由全部50％质押的DOT产生的任何正负变化所导致的剩余通货膨胀均分配给Polkadot 财政库（由政府管理的可支出社区库）。该验证人总数量是固定的，在撰写本文时为50，尽管可以扩展验证者可以通过邀请提名者来增加他们的质押金。所有在验证人集中的验证者平均分配奖励。验证者可以设置费用（％），该费用将从与其提名人相对应的奖励中自动扣除。大幅惩罚的条件（级别）定义如下：1）通过从共识集中删除该验证人来惩罚确定的时间量（chilling闲置）；2）在确定次数的事件发生后，包括chilling，还通过大幅度削减股份的百分比来惩罚其下线；3）GRANDPA上孤立的安全故障或双重签名；4）涉及相关安全故障事件的验证者（可能表明存在共谋行为），除了失去共识外，还可能失去多数或全部股权。

要计算在BABE或GRANDPA上发生安全故障的一个或一组验证器的潜在损失，请考虑以下公式：

x =违规者n =总数 罚金= 最小值（（3 * x / n）^ 2，1）

让我们举几个例子：

x = 33n = 100罚金=最低（（3 * 33/100）^ 2，1）= 0.9801（98.01％）

这33名攻击者将失去其金额的98.01％。

x = 10n = 100罚金=最低（（3 * 10/100）^ 2，1）= 0.09（9％）

这10名攻击者损失了9％的金额。

x = 1n = 100罚金=最低（（3 * 1/100）^ 2，1）= 0.0009（0.09％）

单个攻击者将失去其金额的0.09％。

正如您可能已经意识到的那样，特定安全故障中每增加一名同时攻击者，惩罚百分比就会成倍增长。这样做的目的是尽可能地阻止验证人之间的串通，因为只有在集合的至少2/3是非恶意的情况下，才能保证GRANDPA（以及BFT共识算法的任何变体）的安全性。

换句话说，1/3验证人的作恶事件对网络而言比单个验证人作恶的事件实质上更加危险。

对于提名人

不想自己操作验证节点的DOT持有人可以提名 1–16个验证者。

与LPoS不同，但与BPoS类似，提名受到威胁。如果选定的验证者有活跃性和/或安全缺陷，则提名人的DOT会按比例受到惩罚。

提名人的奖励会自动按比例计算（服务费也会自动扣除）并分配到提名人的帐户中。

提名人可以通过与支持此类功能的客户端进行交互来索取奖励。

质押后，提名人可以通过解绑（unbond）来停止质押。之后，DOT将被锁定约28天，然后才能使用它们。

Polkadot的治理机制

与部署诸如Tezos或Cosmos之类的链上治理形式的其他网络相比，Polkadot的治理机制旨在确保仅当大多数DOT利益相关者都愿意时才可以对现有网络进行更改。Polkadot的治理系统Grosso modo有两个机构可以对提案做出具有约束力的决定：理事会和公众。

理事会

该理事会是一个具有23个固定席位的链上有机体，其成员通过Phragmén的选举方法（与分配验证席位的方法相同）选举产生。Polkadot 理事会可以在公众不参与的情况下，针对有限类型的提案（例如，国库支出或撤销1或2级削减活动）做出决策。要通过一项提案，必须以严格的多数票和0票否决对它进行表决。此类事件称为理事会议案。图一说明了理事会已经提出并成功通过理事会议案的提议的过程：

图一：理事会提交的提案的过程-Cryptium Labs

公众

公众由网络上所有的DOT持有人组成。持有足够的DOT作为初始存款的任何人都可以提交提案。与理事会提交的提案不同，公众对提案的类别没有任何限制。

提案提交后，其他希望表示与后者达成协议的DOT持有人可以存放DOT。由于公众一次可以提出一个以上的提案，因此每个提案都被添加到队列中，其中一个提案，最重要的提案或吸引了最多股份的提案进入了全民投票。在全民投票期间，公众可以对该提案投赞成票或反对票。公众投票中采用了超级多数（Super-Majority）票法。简而言之，这种计数方法要求投票率越低，赞成票数越高。图二说明了公众提交的提案的过程，该提案成功通过了全民投票：

图II说明了公众提交提案的过程-Cryptium Labs

双重治理机制

上面我们描述了成功通过理事会议案的理事会提交提案的过程以及成功进行全民公决的公众提交提案的过程。尽管如此，Polkadot的治理系统还考虑了涉及理事会和公众参与的几种其他方案和案例。

如果理事会认为该提案对Polkadot网络毫无争议的危险或恶意，或者发现该提案存在严重缺陷，则可以取消全民公决。在这种情况下，理事会的2/3多数票可以取消公投（图III）。

图IV说明了理事会提交的需要全民公决并得到理事会一致支持的提案的流程-Cryptium Labs

理事会可以提交超出财政支出或回滚大幅削减的提议。但是，这样的提议既要经过理事会的议案，又要经过全民公决。此外，对于建议公民投票的清点方法取决于理事会议案的结果是：如果议案达到完全一致就实施超多数反对(Super-Majority Against)（图IV）; 如果议案产生多数同意，则采用简单多数制（图V）。

图IV说明了理事会提交的需要全民公决并得到理事会一致支持的提案的流程-Cryptium Labs

图V说明了理事会提交的需要全民公决并得到理事会大多数成员支持的提案的流程-Cryptium Labs

Polkadot生态系统

Web3 Foundation

Web3.0 Technologies Stiftung位于瑞士楚格。Web3.0 Foundation的任务是研究，开发，应用和维护构成“ Web3.0”技术堆栈的技术，包括Polkadot网络。根据其任务授权，Web3.0基金会启动了奖金计划，以资助研究和开发。

核心开发

Parity是开发Polkadot协议的主要团队。除了Rust中客户端的参考实现外，还有其他开发共识致力于：C ++，Golang和JavaScript版本。

基本服务

钱包：[Signer] [Polkadot-JS][Polkadot.JS Plugin][Polkawallet][Math Wallet][Lunie]

区块链浏览器：Polkadot-JS，Polkascan，和Subscan（对Substrate为基础的链）

关于Cryptium Labs

Cryptium Labs是由协议研究人员和工程师操作的面向安全的验证人节点商。该公司于2018年夏成立，此后自2018年7月以来为Tezos提供安全质押服务，自2019年3月以来成为IRISnet和Cosmos Network提供质押。自2019年8月启动以来，Cryptium Labs不仅不懈地为Kusama网络提供安全质押，而且还在Polkadot的所有开发人员发行版中不断进行测试并向开发人员提供反馈。

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致谢

非常感谢Alistair Stewart，Web3 Foundation团队和Parity Technologies回答了我的问题，审阅了本文并提供了反馈。

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