Polkadot 安全机制揭秘：保障多链生态的互操作性与安全性

作者：Filippo Franchini，Web3 Foundation
原文：https://x.com/filippoweb3/status/1806318265536242146
编译：OneBlock+

Polkadot 是一个创新的多链区块链平台，旨在实现不同区块链之间的互操作性和共享安全性。本文将详细探讨 Polkadot 的安全机制，特别关注其核心（core）和链上（on-chain）系统如何为 rollups 提供共享安全，以及平行链协议如何确保整个网络的可用性和有效性。

Polkadot 的安全架构

Polkadot 的安全机制依赖于其独特的核心和验证者（validators）系统。Polkadot 的平行链（parachains）通过核心与中继链（relay chain）连接，每个核心由一个由 5 个验证者（dots）组成的小组守护，这些小组每分钟在核心之间轮换，并每 4 小时更换一次成员。
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一级链（L1）向核心发送带有一些证明的区块候选（block candidates）。当核心中的 3/5 验证者接收并验证数据后，L1 区块候选被备份到 Polkadot 中继链。（图中：橙色，R1）
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此后，核心被占用（图中：红色），备份者会分发一些纠删码（用于重构信息以便进一步检查和处理争议）和区块候选回执（CR，记录到中继链中）给核心外的验证者。
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Polkadot 的 BABE（区块生产算法）会选择一个区块作者，将区块候选回执包含在后续的中继链区块中（图中：蓝色，R2），核心变为可用状态，用以接收后续候选信息进行备份。
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在没有异步支持的 Polkadot 1.0 版本中，L1 区块每 12 秒被纳入中继链，核心验证者执行时间为 0.5 秒。
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在Polkadot 1.0中，一个 L1 链可以占用一个核心最多 2 年。
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平行链协议概述

原文：https://wiki.polkadot.network/docs/learn-parachains-protocol
平行链协议通过一个可以重复并行进行的过程，将一个平行链的区块从创建到纳入中继链。该协议允许网络高效分片，同时保持强大的安全性保证。Availability and Validity（AnV）协议从可用性和有效性的角度描述了 Parachain 协议。
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主要角色

验证者（Validators）：负责验证平行链区块的有效性证明（PoV），确保在指定时间段内 PoV 的可用性。验证者在链上有保证金，行为不端时可能被部分或全部没收。
收集者（Collators）：创建 PoV 供验证者检查。创建 PoV 需要熟悉特定 parachain 的交易格式和区块创作规则，并拥有完整的状态访问权限。

Parachain 协议的主要阶段

纳入流程（Inclusion Pipeline）：收集者将平行链区块（parablocks）连同 PoV 发送给验证者。验证者检查 parablocks 是否遵循状态转换规则，并签署结果。获得足够正面结果后，区块被备份并纳入中继链，但仍需批准。
审批过程（Approval Process）：验证者进行额外检查，如果通过，平行链区块会被批准。
数据可用性和有效性协议（AnV）
AnV 协议从另一角度审视 Parachain 协议，强调 parablock 在纳入最终中继链前必须是可用和有效的。分为五个阶段：
纳入流程中的三个阶段：平行链阶段、中继链提交阶段、可用性和不可用性阶段。
批准流程中的两个阶段：任务分配和二级（有效性）检查、链选择。