一文详解 Polkadot 技术、治理、应用与平行链进展
平行链的卡槽拍卖是 Polkadot 近期最值得期待的活动，但是平行链模式的可持续性还有待观察。
本文对 Polkadot 主网上线以来的进展进行了总结与分析。在技术上，Substrate 更新到了 2.0 版本，Polkadot 平行链功能也即将上线。在治理上，Polkadot 的链上治理已经开启，但是大户权力大和公众投票率低的问题仍然存在。在生态应用上，已经有近百个基于 Substrate 开发的项目 ，其中最多的在 DeFi 领域。平行链的卡槽拍卖是 Polkadot 近期最值得期待的活动，但是平行链模式的可持续性还有待观察。
2020 年 5 月底 PolkaDOT 上线了首个候选链，开始了主网启动的第一步，之后按照流程迅速推进。6 月份 Polkadot 网络转为了 NPoS，意味着 DOT 持有者可以进行 staking。7 月份取消了 Web3 基金会 Sudo 权限并开启了链上治理功能，将 Polkadot 的治理权交给社区。8 月份通过提案开启了 DOT 转账功能，未来也将通过提案开启其他核心功能，例如平行链拍卖和 XCMP 等。
在 Polkadot 逐步走向正轨的过程中，很多应用加入了 Polkadot 生态。据 PolkaProject 网站统计，截至 11 月 20 日，与 Polkadot 相关项目的数量为 296 个。目前 Web3 基金会资助了超过 100 个项目，它们绝大多数都与 Polkadot 或 Substrate 相关。本文重点关注 Polkadot 近期尤其是上线之后的进展，共分为技术进展、治理状况、生态应用和卡槽拍卖四个部分，最后对 Polkadot 的进展进行总结与分析。
技术进展
Substrate 2.0
Polkadot 是一种异构的多链架构，采用中继链加平行链的形式进行跨链，让链与链之间进行交互并提高可扩展性，这其中 Substrate 框架扮演了很重要的角色。Substrate 可以理解为通用的集合各种功能的模板，开发者可以选择调用不同的模块（pallet）以节约开发时间。Substrate 拥有多层架构，让开发者有足够的*来选择。除了可插拔的功能选择外，无分叉的 runtime 升级也是 Substrate 的优势。一旦 runtime 升级获得通过，runtime 所处的 WASM Blob 就会更新，网络中的节点将自动同步并遵守新规则，不会出现比特币或以太坊网络中的硬分叉情况。Polkadot 和生态中的大部分应用都是基于 Substrate 搭建的，使用 Substrate 构建的区块链可以很容易地与 Polkadot 进行跨链，否则需要通过转接桥。
2020 年 9 月，Substrate 上线了 2.0 版本，增加了 70 多个 pallet 和链下工作机功能。pallet 的增加意味着可供开发者选择的功能变多，包括 pallet-contracts、pallet-democracy、pallet-evm、pallet-treasury 等，它们分别在智能合约、链上投票、虚拟机迁移和国库等方面为开发者提供便利。
链下工作机（OCW，off-chain workers）可以将链外数据安全高效地集成到链上，通常这是预言机的工作，但传统预言机会存在安全、可扩展性和结构效率方面的缺陷。链下预言机允许长时间或者不确定结果的任务运行，例如 web 请求、对数据的加密解密和签名、随机数生成等，这些任务的执行时间可能比区块时间要长。出于安全考虑，链下工作机在沙盒环境中运行，它们会通过一组 API 与外部通信。
图 1：链下工作机的原理，图片来源：substrate.dev
Kusama 测试网
在 Polkadot 最初的路线图中，主网原计划在 2019 年第四季度上线，但因为种种原因一再推迟。取而代之的是 Polkadot 的测试网 Kusama 在 2019 年 8 月就已推出，并在同年 10 月就上线了 Staking 和链上治理等功能。
与其他区块链主网不同的是，Kusama 测试网在 Polkadot 主网上线之后仍然存在，充当先行网络的角色， Kusama 的代币 KSM 也保留了下来，功能和 DOT 类似。具有风险的功能在上线主网之前，会在 Kusama 网络上运行反馈，例如即将上线的平行链卡槽拍卖，会先上线 Kusama 进行实际测试之后才会在 Polkadot 上启动。在治理设置上 Kusama 要快于 Polkadot， Kusama 上提案通过后 7 天就可以进行部署，由于上线较早而且治理时间短，目前 Kusama 上的提案和验证节点的数量都多于 Polkadot 主网。
一些项目也会在上线 Polkadot 之前，先上线 Kusama 部署试验。例如一些项目会选择先在 Kusama 上进行卡槽拍卖，由于 KSM 的价值要少于 DOT，所以在 Kusama 运行的成本要更少。Kusama 与 Polkadot 功能基本一致，未来会在应用场景上有所区别。Polkadot 创始人 Gavin 曾提到 Polkadot 未来更适用于企业级应用，Kusama 适合创新实验或初创团队使用。
表 1：Kusama 与 Polkadot 的对比
由于 Kusama 的卡槽拍卖会优先推出，所以 Kusama 测试网在未来一段时间内的关注度将不亚于 Polkadot 主网。
Rococo 测试网
平行链作为 Polkadot 最关键的功能之一，目前仍处于开发阶段，还未正式上线，Rococo 则是专为测试平行链而推出的测试网。Rococo 测试网采用 PoA 授权证明，由 Parity Technologies 控制。目前 Rococo 上线了平行链 V1.0 版本，意味着距离主网平行链上线又近了一步。
治理状况
概况
《对 Polkadot 治理机制的研究》（2020 年第 38 期）一文已经对 Polkadot 的治理机制进行了详细讨论，这里只做简单说明。Polkadot 的治理通过链上完成，除了紧急提案外，必须要经过全民公投通过后才可执行。公投的内容可以由公众提出，也可以由理事会提出。在公众提案中，得到最多支持的提案（绑定最多 DOT）会参与公投。在理事会议案中，全员通过或多数理事会成员通过的议案可以参与公投。技术委员会可以和理事会一起提出紧急公投，只能在紧急情况下使用。普通的公投每 28 天进行一次，公众提案和理事会议案轮流进行公投。
在投票后，投票者的 DOT 会在执行延迟期内锁定，投票者也可以自愿增加 DOT 的锁定时间，以增加投票权重。公投后的票数统计方法共有三种，根据提案或议案的方式进行选择。公共提案采用正投票率偏差方式（默认不通过，绝对多数赞成后通过），全员赞成的理事会议案采用简单多数方式，多数成员赞成的理事会议案采用负投票率偏差方式（默认通过，绝对多数反对后不通过）。为了防止链上投票率低引起的操纵问题，Polkadot 还引入了自适应仲裁偏差规则，也就是当投票率较低时，赞成或反对人数比例要更高，提案才能够通过或否决。
在 Polkadot 治理模型的设计中，理事会是通过投票产生的，处于公投投票和 staking 状态的 DOT 仍可以用来选举理事会成员，处于 staking 状态的 DOT 也可以用来进行公投投票，所以进行 Polkadot 链上治理投票不会影响 staking 收益，但是会锁住流动性，不可进行转账交易。
提案内容与投票
目前 Polkadot 共进行了 13 次公投。在正式开启链上投票之前，Polkadot 曾发起了一次关于 DOT 拆分的投票，最终结果是 DOT 被拆分 100 倍。0 号提案于 7 月 20 日开启，内容为取消 sudo 模块，随之而来的 1 号提案是开启转账功能，完善主网功能。2 号提案为公众主导的增加验证人数量，4 号提案由于没有在 polkassembly 添加信息而被取消，10 号提案是强制转账，其余大多是理事会主导的技术升级以及增加验证人数量。
图 2：Polkadot 的公投提案结果，图片来源：polkadot.subscan.io
上图是 Polkadot 浏览器对目前已经启动的链上治理进行的总结。可以看出，投票要求采用绝对多数赞成方式进行的投票很难得到通过，也就是由公众提案发起的公投要比由理事会发起的公投更难通过，这与 Polkadot 上的投票率较低有关。以第 10 号公投和第 11 号公投为例，第 10 号公投是强制转账，被诈骗的用户希望追回赃款。这项公投是由公众提案发起的，最终赞成与反对数量分别为 827 万和 451 万，赞成率达到了 64.7%，投票率为 1.26%。Polkadot 的正向自适应仲裁偏差规则是当投票率为 75% 时，赞成率 66% 以上才可以通过（下图所示），很明显第 10 号提案没有达到要求绝对多数赞成的要求，所以最终没有通过公投。
图 3：Polkadot 的自适应偏差模型，图片来源：polkadot.network
11 号提案的内容为技术升级，是由理事会全员通过提出的议案，最终赞成数量为 17 万，反对为 0，投票率是 0.017%，赞成率是 100%，在简单多数的规则下通过了公投，但同样存在投票率低的问题。如果未来投票率依旧较低，那么公众提案如果要得到公投通过，就要达到几乎全员赞同的程度。在 Kusama 测试网上，最近的总体投票率也均在个位数，说明缩短治理时间（锁定时间）没有带来投票积极性的提高。
这种自适应的投票规则毫无疑问地提高了利益相关者与系统的关系，投票率也与公投内容与合理性有关，但这种方式是否公平以及是否加剧中心化程度还有待观察。
生态应用
虽然 Polkadot 主网的功能还未完善，但生态中已经涌现了许多应用。根据 PolkaProject 统计，与 Polkadot 相关的项目已经达到了近 300 个，包括基于 Substrate 开发的项目、工具、论坛、钱包等。在所有基于 Substrate 开发的项目中，又可以细分为资产桥、隐私、DeFi、NFT 等领域。下图是 PolkaProject 总结的 Polkadot 生态总览。
图 4：Polkadot 生态总览，图片来源：PolkaProject.com
这些项目中有一些受到过 Web3 资助，经常在公开场合被提及，下表是其中的典型项目。
表 2：Polkadot 生态项目简介
总体上可以看出，Polkadot 的相关应用主要集中在 DeFi，这也是目前全行业最热门的领域，其他的有数据、隐私和资产桥类。相对于其他公链平台，Polkadot 几乎没有关于游戏、预测和社交类的应用，这与 Polkadot 刚上线有关，也因为有些应用在其他公链上已经证伪或是跨链意义不大。在 DeFi 领域，流动性释放和 DEX 是最热门的板块，Polkadot 中的 DOT 锁定流动性有多种方式，包括 Staking、治理和卡槽拍卖（治理和其他功能的锁定不冲突），所以存在释放流动性的需求，DEX 则是在链上进行价值交换必备的应用。
目前 Polkadot 的生态应用几乎全部都需要基于平行链开展业务，没有上线主网的应用还需要 Polkadot 中继链上的验证人保证安全，所以这些项目都要参与平行链的卡槽拍卖。
卡槽拍卖
Polkadot 作为一个异构多链的区块链，中继链和平行链都是 Polkadot 中关键角色，中继链负责各平行链的安全，目前平行链还没有上线，预计在今年底或明年初上线测试网 Kusama。
拍卖方式
Polkadot 的网络资源是有限的，目前最多支持 100 条平行链，想要使用平行链则需要项目方租用平行链卡槽。租用卡槽需要锁定 DOT，等待租期结束后释放。卡槽由 Polkadot 官方依次放出，每隔一段时间开放一个，时间间隔不固定。项目方将使用拍卖的形式决定卡槽的租用权利，每个卡槽的租期为 2 年，以半年为拍卖周期，有 6 个月、12 个月、18 个月和 24 个月的时段可以选择，项目方可以对第 7-12 个月，也可以对第 13-24 个月进行出价。
系统会计算各个时间段的租金总金额，整体租金出价最高一个或多个项目方才能拿到卡槽。也就是如果两个项目方分别选择在第一年和第二年使用拍卖的总金额要高于第三个项目方使用两年的拍卖金额，那么这个卡槽会由这两个项目方使用。拍卖将采用蜡烛式拍卖的形式，结束的时间不固定。在卡槽拍卖中，策略和锁定 DOT 的数量同样重要。
项目方的准备
对于项目来说，基于 Substrate 框架构建并不意味着就可以成为 Polkadot 的平行链，同样需要租赁平行链卡槽。租赁锁定的 DOT 会在租赁期结束后返还，所以租赁成本只是 DOT 的机会成本。Polkadot 允许其他人为项目方存入 DOT，帮助项目方在拍卖中胜出，这就需要项目方设置有效的激励方式吸引 DOT 持有者。
一般来说，项目方会将自己的 token 奖励给帮助其进行平行链拍卖的用户，这也叫做平行链释放发行（Parachain Lease Offering，PLO）。同样对于用户来说，参与 PLO 的成本为锁定 DOT 的机会成本。目前 DOT 的场景有 Staking、治理、交易和平行链租赁，未来还会有一些应用场景。对于 DOT 的长期持有者来说，如果项目方给与 token 的价值要高于参与 staking （目前在 10% 以上）或者某些 DeFi 的收益，会是比较有利的。
在官方信息中，最初的平行链除了以拍卖的方式分发之外，Web3 也会赞助一些公益链，包括含有基础设施或者转接桥的链。例如与智能合约相关的平行链，在卡槽使用上可能直接得到 Web3 的帮助。如果没有成功拿到卡槽，还有几种方案可以参与跨链，使用平行线程和部署到其他已经拿到卡槽的平行链上，如果已经拥有自己的主网，还可以通过跨链桥转接到 Polkadot 上。
思考与总结
以上讨论了 Polkadot 主网上线以来的进展，在技术方面，Polkadot 更新了 Substrate 2.0，在 Kusama 和 Rococo 测试网上都有相应的技术进展。在治理方面，Polkadot 正式开启了链上治理方案。生态应用的数量有所突破。与此同时，Polkadot 作为最受期待的公链之一，市场热度一直维持较高水平，DOT 的价格变化也可以反映出来。
以太坊 2.0 和 Cosmos 是经常与 Polkadot 比较的两个项目。以太坊 2.0 解决的是可扩展性问题，采用了和 Polkadot 结构类似的分片模型，由信标链加分片链组成。Cosmos 则专注跨链领域，具体实现方式与 Polkadot 不同。目前以太坊 2.0 至少还有两年的开发时间，Cosmos 的社区热度和应用数量都有待提高，相对来说 Polkadot 还是落地程度比较高的项目。
但是，根据目前 Polkadot 的进展，还有一些有待解决的问题。在目前的治理方案中，大户权力过大和公众投票积极性不高的问题依然存在。理事会由投票选出，此投票与公投和 staking 不冲突，也就是大户可以选举出符合自己意愿的理事会成员，再用自己手中的 DOT 参与公投。虽然这种方式可以让治理结果表达最大利益相关者的意愿，但会引起治理的中心化问题。此外，在公投投票中，DOT 持有者的投票率很低。在 Polkadot 中，staking 与治理投票互不影响，目前 staking 的质押率在 70% 左右，但公投的投票率却在个位数左右。投票率低会影响治理的分布式程度，也无法真实地反映所有人的意愿。这可能由于投票的重复操作太复杂，也可能由于用户对提案内容不了解，无法做出选择。这就需要 Polkadot 社区内成员加强对治理方式和内容的理解，让治理发挥最大作用。
Polkadot 平行链的上线是未来社区里的大事，平行链的卡槽将采用租赁的方式，意味着绝大多数波卡项目都要付出成本（抵押 DOT）换取 Polkadot 上的跨链资源，所以借助 Polkadot 中继链安全性进行平行链发行的门槛提高了很多。对于大部分项目来说，只有能够支付得起租赁跨链资源成本的项目方才可以借助 Polkadot 的安全性，否则要自行部署节点，这会增加早期项目的启动难度。目前项目方采用的 PLO 解决方案会存在可持续性的问题，如果 token 分发完毕后，则必须采用其他方式吸引用户协助拍卖，项目方 token 在平行链上线后的价值捕获能力也存在风险。在平行链插槽拍卖竞争激烈的情况下，项目方必须在上线前进行大面积宣传活动，冷启动在 Polkadot 生态中将很难存在。如果未来竞争激烈的话，出于对跨链资源的争夺，项目在上线前就会出现“优胜劣汰”的局面。。
不过在 Polkadot 上存在有其他的跨链方案，例如平行线程或者集成到其他拥有平行链卡槽的项目中，也可以选择在 Kusama 网络发行来降低成本。目前平行链和平行线程的可用程度的区别，以其他方式跨链对团队的负担还需要在上线后持续观察。
Polkadot 和测试网的 Kusama 功能差别不大，所以追求不同稳定性的团队会有不同选择，但是会造成用户和社区分散的情况。虽然两者在技术升级时不会产生分叉，但在最开始两个社区就分隔开来，这在隐形中造成了社区的分裂。
Polkadot 的目标为平台的平台，公链之间的跨链是其解决的问题之一。对于公链来说，默认的跨链问题只存在于主流公链之间，目前的解决方案不断出现，Polkadot 如何在众多跨链解决方案中胜出是有待观察的。Polkadot 还有提高单链性能的优势，现在同样存在多种提高性能的方案，例如 layer 2 网络，Polkadot 发挥的作用也需要时间考验。
Polkadot 在企业平台与公链、企业平台与企业平台之间跨链的想象空间比较大，但是跨链的成本与意义也需要进一步考察，《连通公链和联盟链的研究》（2020 年第 79 期）中也有讨论，目前联盟链与公链之间的连通需求并不急迫。