背景从比特币在中本聪诞生至今，区块链技术已经发展了十几年，诞生了以太坊、Hyperledger、EOS等区块链底层网络和DEFI去中心化金融、IPFS/Filecoin去中心化存储等区块链应用网络。
这些不同的区块链网络基本上具有独立的共识、存储和治理机制。在不同的区块链网络之间实现资产转移和数据传输极其困难，这导致了新的数据孤岛。随着近年来公链DEFI经济的繁荣和联盟链技术的成熟，跨链数据访问的需求越来越强烈。
总的来说，跨链应该实现的是
不同区块链网络之间的互操作性提高了区块链网络的可扩展性，共享不同区块链的安全性。今天要讲的Polkadot就是这样一个跨链解决方案。
Polkadot简介Polkadot由以太坊前CTO兼联合创始人加文伍德(Gavin Wood)于2017年创立。目前已经成为最抢手的跨链项目，采用中继链和对位链的解决方案。
图片来源：波尔卡多特官方文件
在此基础上，它意识到
同构/异构区块链网络之间的互操作性允许多个并行链并行处理事务，大大提高了网络的整体TPS，支持两层中继链，即理论上无限的可扩展性。TPS跨链每秒可达百万交易的官方说法，是由中继链保证的。双方信任中继链确认的事务，并在中继链回滚时同时回滚，实现了不同区块链间的共享安全。这里从以下几个方面详细介绍Polkadot的解决方案。
NPoSPolkadot生态中继链和平行链中继链和平行链是Polkadot网络的主要组成部分，如下图所示：
图片：波尔卡多特白皮书
这张图片看起来很复杂。其实简单来说，中继链就像一个“插件”。一条条平行的链条，就像冰箱、洗衣机、电视等各种“家电”一样。它们具有不同的功能，并且都通过接入插槽连接到中继链。
中继链就是我们所说的波尔卡多特主网。它是一个开放的区块链网络，负责验证并行链和存储并行链块状态。任何持有DOT(主网虚拟货币)的个人或组织都可以参与其中，成为：
提名者R:圆点账号验证者DOT:干线链的网络节点，负责验证平行链交易并产生干线链区块收集器collector:渔夫，平行链和干线链的桥梁渔夫：赏金猎人，通过监控网络的非法活动获得奖励。其中，任何人都可以成为提名者、收集者和渔夫，只有一定数量的人可以通过NPO提名权证明算法成为验证者。最终，中继链将从成功的验证者中随机分配10个验证者节点给每个并行链，负责收集和验证并行链块并参与共识。
并行链用于运行各种区块链应用程序，如智能合约平台Edgeware、DEFI、Oracle Chainlink和transfer bridge PolkaBTC。Polkadot提供了底层和积云框架，帮助开发者以模块化的方式快速实现一个并行链。底物将在后面详细介绍。
接力链和并联链怎么连接？
答案是通过“收集整理程序”
收集器可以理解为一个特殊的网络节点，它将运行
并行全节点中继链的轻节点，也就是采集器，起到中间桥梁的作用，既有并行链的最新事务和状态，也有中继链的最新状态。在此基础上，采集器可以将最新的并行链块打包发送给中继链，或者获取中继链的块确认消息，从而通知并行链提交并最终确定最新的并行链块。
在事务生命周期之前，引入了中继链和并行链，也了解了收集器的作用。下面描述了从并行链到最终确认的下一个事务的各个阶段：
第一阶段：打包交易。
Collector Collator收集事务产生的候选块，生成状态转移证书Collator查询中继链得到当前并行链的验证者集合(10个验证者节点)，根据负载均衡原则选择一个验证者节点，将候选块发送给验证者。第二阶段：交易验证。
验证者验证候选块的状态转移，并将其广播给验证者集合中的其他验证者节点。当超过2/3的验证者集合通过验证时，采用纠删码技术将并行链块广播给网络中的其他验证者节点。将随机选取4个验证者节点再次验证该块的状态转移，防止初始验证者集作恶。第三阶段：干线链块生成(BABE概率确定性算法)。
每隔一定时间，中继链会用VRF可验证随机数算法发起分块生成，每个验证者判断自己是否是分块节点。如果是，它将成为主块节点。如果最终没有验证者节点成为分块节点，则从所有验证者中依次选择次分块节点，分块节点封装所有并行链块的验证回执，生成中继链的候选分块并广播到中继链网络，每个节点对分块进行投票。第四阶段：中继块确认(爷爷最终确定性算法)
在爷爷算法的帮助下，从当前网络中的候选链中选择一个合法链，链中的所有块将被最终确定。确认原则如下：
选择具有最多初级块的链，以选择具有超过2/3验证者节点投票的最新块。阶段5:平行链同步。
收集者获得中继链的最新确认块。采集器分析中继链的最新块，获取采集器所在并联链的最新块并提交确认。以上五个阶段详细描述了一个交易被中继链最终确认的过程。如果事务是跨链事务，跨链两端的并行链收集器将采用XCMP协议。XCMP协议会在跨链双方之间建立两条通信通道直接传输跨链消息，中继链经过这五个阶段后确认并行链事务。跨链的另一端将在中继链上等待交易被确认，然后在并行链上进行进一步的资产转移和数据执行，从而实现一条消息在两条并行链之间的传递。
提名证明机制NPoS通过前面的介绍，我们知道验证器在整个跨链系统中起着最关键的作用。如果验证者作恶，拒绝合法交易或者通过恶意交易，那么中继链对应的所有并行链的安全性都会受到影响。
因此，Polkadot设计了NPoS提名权认证机制，保证验证者尽可能公平地当选，并有完善的奖惩措施，增加验证者作恶的成本，最终达到“得不偿失”的效果。
如前所述，每个拥有点虚拟货币的人都可以成为提名人。在每个选举周期开始后，提名者可以通过保证一定数量的点数来提名一个或多个验证者节点。
图片：如何提名的证据将在波尔卡圆点工作
当选举周期结束时，Polkadot根据公平代表和安全级别的原则选择赢得选举的验证者节点。
这里有一个例子来介绍这两个原则：
五个被提名者分别提名给五个验证者，最后Polkadot网络会从中选出四个验证者节点，共40个承诺。提名人的质押提名策略如下图所示：
图片：如何提名的证据将在波尔卡圆点工作
根据公平代表原则：确保至少有一个由提名者提名的具有高承诺点数的验证者节点赢得选举。如下图所示，成功验证者的平均质押金额为40/4=10。根据公平代表原则，提名人提名的至少一个质押金额大于等于10的验证节点需要胜出。因此，第一种方案是不公平的。
图片：如何提名的证据将在波尔卡圆点工作
根据安全级别原理：所谓安全级别是指获胜方案中验证者的最低质押金额。根据网络中提名者承诺的提名策略，将不同比例的提名者承诺点数细粒度地分配给验证者，从而保证获胜方案具有最高的安全级别。
如下图所示，方案一的最低质押金额为6，方案二的最低质押金额为9。因此，第二种选择赢得了选举。
图片：如何提名的证据将在波尔卡圆点工作
被选中的验证者将扮演验证并行链块的角色，参与网络中中继链块的共识产生，从而获得网络奖励。奖励的高低与验证者本人的总承诺无关。验证者可以保留一定比例的奖励作为“劳务费”，剩余奖励按照质押池中每个被提名者的比例进行分配。
下图是收到100点奖励后验证者A和验证者B的分布情况：
图片来源：波尔卡多特官方文件
图片来源：波尔卡多特官方文件
其中，提名人金、爱丽丝和彼得质押了100点，但由于验证人A的总质押池较高，金在池中的比例低于后两者，最终获得的奖励也少于后两者。
因此，“明智”的提名人会由提名人提名多个验证人，选择质押金额较低的验证人，从而获得较高的收益。这将促使网络中每个验证者节点的承诺量逐渐接近。
前面也提到了网络中有渔夫或者赏金猎人。一旦发现验证者作恶，网络会根据作恶程度扣除一定数量的质押金。
可见，NPoS不仅是一种公平的验证者选举机制，也是一种网络安全机制。
Polkadot生态Polkadot能成为目前最受追捧的跨链项目，与其优良的生态密切相关。Polkadot提供了susbtrate和cumulus开发框架，并提供了一个模块化的快速应用区块链构建方案。有了这个框架，开发者可以专注于开发自己的区块链应用(即并行链)。
图片来源：https://substrate.dev/docs/en/
这也意味着其他区块链生态系统可以用更少的成本完成迁移，共享Polkadot中继链带来的互操作和扩展能力。如下图所示，Polkadot生态已经被包括Oracle、DEFI、wallet、智能合约平台、数字身份、比特币桥、以太坊桥等多个项目开发或上线。
图片：CryptoDiffer
总结虽然Polkadot号称性能卓越，描绘了一个预期的愿景，但区块链的成功不仅仅取决于技术和资本的推动，还取决于社区治理和生态建设等因素。波尔卡多特能否走得更远，让我们拭目以待。