新2代理网址(www.9cx.net):平行链研究员和开发者谈平行链实现历程、手艺难点与生长偏向

波卡团结首创人 Robert Habermeier 示意,当前目的是 80 至 100 条平行链,耐久目的是 3000 条平行链。

在 2021 Polkadot Decoded 的圆桌讨论「剖析平行链:谁做了平行链?平行链是什么?为什么要有平行链?」中,研究员 Jeff、代码实现者 Rob 和主持人 Joe 一起讨论了一些对于平行链生长很主要的问题。PolkaWorld 在本文中总结了该圆桌主要内容。

Jeff:Jeff Burdges,W3F 密码学研究员,做了许多平行链开发方面的研究

Rob:Robert Habermeier,波卡团结首创人 /Parity 焦点开发者,率领实现团队让平行链能够在现实中运行起来

Joe:Joe Petrowski,W3F 手艺集成认真人,本场圆桌主持人

平行链是若何从研究论文,酿成代码实现的?

Joe: 约莫一年半以前,Jeff 率领着一个团队揭晓了一篇关于可用性和有用性的论文。在实现时,这个方案已经改变了许多。Jeff,你可以简朴谈一谈这篇论文的想法是若何发生的吗?

Jeff:我们从以太坊生态那里获得了一些想法,好比使用纠删码的想法。然则围绕这些想法的一些详细的器械,好比若何优化分片,都没有正式确定下来。

在 2019 年终,我们决议要把这些想法正式化,提出更准确的方式。一样平常来说,我们设计庞大协议的方式是,我会写下所有可能的设计选项,然后用清扫法。

在 2020 年头,我写下了这个设计,而且和人人讨论,我们注重到了一些问题,我想出了一个叫 「Two-phase inclusion」 的技巧。也就是说在真正最先之前,平行链中继链必须知道一个区块,验证人必须说这个区块是有用的。

之后我们最先做纠删码,然后最先做真正的检查它的事情。这样做的利益之一是,由于有人在这个历程中投入了许多亲身利益,从而会限制其可以实验的次数。从而做到若是你要攻击它,那么你也会毁掉你自己。它不是加密学平安性,而是漫衍式系统平安性,然则是合理的。

Joe:对于不熟悉分片的人来说刚刚说的可能有点抽象。实在就是,我们有一千个验证人,当你想要包罗这些平行链区块中的一个时,你实在需要把数据块发给所有验证人,涉及到用度、庞大性、网络、存储等,让所有人都得处置这个新闻,以是你想要真准确保这些新闻是有用新闻,而且是有理由的。

Jeff:是的。纠删码实在挺老了,有差异类型的纠删码。不外一样平常来说当若是你用密码学的话,一样平常是使用一些基于拉格朗日插值法或者里德-所罗门码之类的。缘故原由是它的阈值很陡峭,以是我们可以从任何三分之一的碎片,来恢复全貌。

那我们怎么做呢?我们有平行链区块,叫做候选区块,我们有 3f+1 个验证人。那么我们把这些器械纠删码为 3f+1 个碎片,你只要有了任何的 f+1 个碎片,就可以重构原始区块。也就是说只要比 1/3 多一点点的碎片,你就可以重构原始区块。

这是一种很古老的数学方式,现实上是让我们的速率更快。凭证我们现在的验证人数目,我们必须找到一些对照新的论文,来举行优化。这就是我们今年做的事 —— 去大大优化纠删码。我们让它的运行速率快了 400 倍,渐进地看实在更快。从 O(N²) 算法到了 O(log n) 算法。这让盘算变得没有那么的有肩负。之后我们可能还会做得更好。这是我们最近的一个突破,固然了若是我们能在更早就解决的话就好了哈哈哈。

Joe: 把这些研究酿成代码,实在也是很大的挑战。我们去年年中上线了 Rococo 测试网,Rob 可以谈谈这个协议的实现早期遇到的一些挑战吗?

Rob:我记得第一次跟平行链相关的代码提交是在 2018 年下半年,2019 年中有了我们所说的 V0 协议的初稿,在最初的几年中,我们更多地投入在 BABE、GRANDPA 共识上,也就是出块和区块确认方面,那时刻实在还没有真的深入研究平行链的器械,由于平行链的部门更庞大,需要更多的开发时间。

从 2019 年中后期到 2020 年头左右,事情有了很大的希望,就像刚刚 Jeff 提到的,研究团队最先真正把协议确定下来了,像是可用性确保了平行链区块仍然存在,以便其他人可以检查它们,来举行分外的检查,从而确保平安性。

我以为实现所有的这些研究实在异常难题。若是你在构建任何类型的系统,那么你每向系统添加一点分外的庞大性,那么确立该系统所需的时间就会指数级增添。这个规则也同样适用于代码,由于一旦你到达了一定的代码量,实在真的很难再添加更多的器械,由于新的器械一定会扰乱、损坏之前做好的一些器械。

以是说有一个好的设计和设计是很主要的,在我们迭代协议的时刻,我们一定会来往返回做一些研究。然则 2020 年的时刻,我们把精神放在了《实现者指南》上,在那内里举行迭代,而不是在代码里。我可以和 Jeff 和 Al (Alistair) 通话,来讨论论文草案里的内容,然后写一个页面来说明 「我们会这样写代码」,而不是直接就去写代码,我们用这种方式节约了几周的时间,之后我可以把这些写代码的事情分配给许多个开发者。

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以是我以为在建设这样的系统的时刻,有一个很好的设计很主要。另有就是有一个模块化的系统,这样的话你可以添加一个自力部门的代码,你可以把这些代码整理成小的包,而不是一整个系统,由于一小我私人很难搞定一整个庞杂的系统。

Joe:说到现在的阶段。现在 Kusama 已经上线了 Shell 空缺链,Rococo 上已经有了 12 条平行链,然则 Kusama 的出块时间在 12 秒左右,我们正在解决这个问题。为了将出块时间提高到 6 秒,而且在 Kusama 上上线更多的链,短期内我们面临的挑战是什么?

Rob:我以为这一切本质上说都归结到网络。Kusama 有 900 个验证人,这些验证人都是一些拥有 KSM 的人,在全球部署了节点来同步链。这件事很酷,这可能是全球最大的验证人集之一。

然则当你向这个网络添加一些庞大性,好比添加平行链的时刻,一定就会增添许多负载。实在我们之前也在 Rococo 上用相同的参数测试过,然则在 Kusama 上的效果却完全差异,由于在 Kusama 上验证人节点在全球各地运行,以是最主要的挑战就是让网络代码尽可能平稳地运行。我们写网络代码的时刻,做了许多反作弊的机制,这种器械就是,若是没人捣乱的时刻你都注重不到它的存在,然则若是有人作恶,你就会发现这些防御机制异常主要。

Jeff:没错。当我们添加越来越多的平行链的时刻,会泛起更多的盘算负载,我们会看看到时刻会若何生长,我们会若何在这个历程中发展。实在考察这些操作会若何影响网络,也是一个渐进的学习历程。

Joe:这就是 Kusama 存在的意义,不是吗?

Rob:没错。随着平行链变多,验证人的负载一定会变多的。由于验证人要验证一个区块,而且要把自己的币抵押在区块背后,其他的一些验证人就会自我选择去做检查。平行链越多,你要做的盘算就会越多,虽然盘算量应该比平行链增添的数目慢,这也是为什么这个网络是可扩展的,而不是像其他一些区块链一样不能扩展。然则作为验证人,你可能照样需要在每秒内验证几十个区块。

Joe:我们聊点更现实的吧,聊下接下来一年波卡和 Kusama 的设计吧。我们有一个平行线程的设计,实在现在在 UI 内里已经能看到了,由于链在升级为平行链之前,都是以平行线程的形式注册的。然则之后我们会让平行线程加倍的适用,你们可以谈谈平行线程的设计、实现,为了实现它还剩下哪些事情待完成吗?

Rob:平行线程跟平行链差不多,主要区别在于它被调剂的方式差异。我们有一个调剂程序,若是你是平行链,那么每个区块都市被放置到;若是你是平行线程,那么你需要举行拍卖,平行线程网络人可以相互竞争,来获得写入区块的的权力。这会带来网络方面的网络改变,当你是平行线程出块人的时刻,你需要让验证人知道你有区块要提交。

以是总的来说挑战有三点:调剂程序、拍卖、网络方面的改变。

Jeff:实在那时做平行线程有种设计,然则最后我们选择了有拍卖的这个。由于这个设计可以更好地防止作弊,然则对于平行线程来说,若是它们出于某些缘故原由无法提交区块的话,它们可能会丢失资源。以是我们还得再看看一些经济方面的问题。

平行线程、嵌套中继链等,未来将若何生长?

Joe:我们说过会把一些焦点功效从中继链中释放出来,下放到平行链中,来进一步实现可扩展性,和实现嵌套中继链(Nested relaychain)的想法。你们想谈谈为什么要这样做吗?

Jeff:实在相比 「嵌套中继链」 的说法,我更愿意称其为 「中继链分片」,由于嵌套中继链听起来像是某一条链是主导职位。

从某种意义上说,中继链的分片比我们现在已经做到的(平行链分片)还要简朴一些。不外我以为可能会在跨越 3000 个验证人的时刻来做这个事,我想告诉人人现在还不用急着去实现它。在这之前,我们希望能先让中继链的功效尽可能简朴,我以为这样对于开发者来说事情量是最小的。

Rob:现在来看,Staking 和选举模块和一些治理功效实在是对照重的,会给中继链带来较大的负载。所有中继链上发生的事,中继链验证人都需要去执行。而凭证设计,发生在平行链上的事情只需要验证人的子集来处置。以是这就是可扩展性的泉源,把每个验证人机械都需要执行的事情得尽可能少。

我以为平安地去提炼出 Staking 和治理之类的器械实在挺难的。由于波卡有一些故障模式,好比一个机制是在举行争议剖析的时刻的时刻,链可能会被阻止出块。你可能无法举行 Slash 生意,验证人集无法更新生意等。这些都是很棘手的挑战。

不外这个实在也不是很紧要。在这之前,我们应该会优化节点那里,好比若那边理平行链和网络新闻,来获得更高的扩展性,和运行更多的平行链。

Jeff:我以为我们的目的应该是,虽然这个目的可能无法到达,然则目的应该是到达一致水平,让每条平行链有一个验证人。这个可能无法实现,然则当我们到达这个情形的时刻,我们应该知道这个极限的存在,然后朝其他的偏向起劲。

平行链可扩展性的极限在那里?

Joe:刚刚你说 3000 个验证人,意味着 3000 条平行链。Rob 你作为实现者,怎么评价这个目的?

Rob:(笑)暂时还做不到,这是一定的。我以为代码经由一轮优化之后能运行 80-100 条平行链,我就很开心了,而且这对社区来说也绰绰有余了。

Jeff:是的。最终我们可能会到达一个点,用户耗尽了,我们得最先说服更多的人来使用,以是我猜可能会有许多次这样的发作。

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