浅谈马蹄——曾经的Matic,现在的Polygon
0xa46d
December 22nd, 2021

前言

上一篇文章主要讲了ZK Rollup中的ZkSync和StarkWare,今天来浅谈一下老牌扩容项目Polygon。

Polygon是一家印度公司,于2017年底由Kanani、Sandeep Nailwal和Anurag Arjun创立,而著名的 以太坊开发者MahaloGelek是其第四个联合创始人。最初起步时名为Matic网络,随着项目范围从单一的Layer2解决方案扩展为“network of networks”,最终更名为Polygon。

Polygon是一种框架,用于创建与以太坊兼容的区块链扩展网络,目前主要有两种扩容方案,独立链和安全链。

独立链
独立链

"独立 "链是不依赖以太坊的共识来保证安全的区块链,侧链、企业链就属于独立链。这种解决方案面向那些已经拥有自己的验证节点或正在寻求实施另一种可扩展性解决方案的项目。这些独立链拥有自己的验证者池,完全负责自己的安全性,通常由企业网络或希望与 Polygon-Ethereum生态系统整合的成熟链使用。

安全链
安全链

"安全 "链是指没有自己的验证网络,而是依靠 Polygon 安全层的链,比如Matic Plasma、Optimistic Rollups、zkRollups以及Validium等方案。Polygon 拥有极高水平的安全性,同时允许开发者在各种安全解决方案中进行选择,这些安全链旨在帮助那些需要可靠安全系统的初创企业和项目。

无论是独立链还是安全链,部署在 Polygon上的区块链都在同一个架构框架内运行,对于开发者来说,部署起来都比较简单。这种部署的简易性给开发者提供了更多的选择,以满足其用户的需求。

Polygon框架

Polygon架构图
Polygon架构图

Polygon的架构有四个组成部分:以太坊层、安全层、Polygon 网络层和执行层。

以太坊层

Polygon使用以太坊作为其基础层。这一层由以太坊上的一组智能合约组成,通过验证节点、质押节点以及在 Polygon 和以太坊生态系统之间传递信息来进行结算。这一层负责解决最终在以太坊上的处理流程。虽然这一层是可选项,但架构的这一组成部分是Polygon的优势所在。它通过利用以太坊作为终结点,Polygon 可以很好的利用以太坊的安全性作为最终的护盾,并从中受益。

安全层

第二个架构层是一个可选的安全层。这一层被称为 "验证即服务",因为它允许开发者利用几种安全解决方案来验证交易。用户可以采用欺诈证明或 PoS 侧链(以及其他解决方案)来保证安全。

到目前为止,最受欢迎的安全解决方案是 PoS 侧链。 PoS 侧链利用一组大约 100 个验证节点来保证区块链项目的安全(会收取一定验证费用),并进行验证节点管理。另外,这一层可以采用以太坊的矿工(最终验证节点)来达成共识。

同样,这一层是可选的。一般来说,远离第 1 层的结构层往往在安全性上有所欠缺,但会提高交易吞吐量,以及用户体验。不是所有的链都需要利用 Polygon 的安全层。有些项目,例如链游,甚至可能希望减少安全性,以换取更快的结算速度,从而让玩家获得良好的用户体验。

Polygon网络层

Polygon网络层是一个由独立区块链组成的网络,它负责确定交易、生产区块,并决定各自链的共识。这些链可以是独立链,也可以是安全链。这些链的区块生产者将他们各自的交易分组,根据安全解决方案,网络层将发布一个Merkle根作为第一层的检查点。

执行层

最后还有执行层。执行层解释并执行由 Polygon 网络层确定的交易。

该层有两个组成部分。

执行环境 – 由虚拟机实现。类似于 EVM,它可以跟踪区块链的状态。

执行逻辑 – 实现特定 Polygon 区块链的状态转换。这种逻辑用于定义过渡到下一个区块链状态,而以太坊可以被认为是一个 "无限的状态机"。(与有限状态机(英语:finite-state machine,缩写:FSM)相对,有限状态机通常简称状态机,是表示有限个状态以及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学计算模型。)

然而,在所有这些层中,对开发者来说,关键的增值点是安全层,因为这使得 Polygon 框架的灵活性能够真正发挥出来。开发人员可以选择适合他们项目的安全解决方案,如果他们选择改变方向,可以交换解决方案。其目的是为开发者提供一套工具,以达到定制区块链项目的作用。

Polygon Family

虽然低交易成本和高处理效率是 Polygon 快速发展的主要动力,但如果没有 Polygon 的模块化安全解决方案,这些增长都是不可能的。这些 "安全即服务 "的解决方案包括 Polygon 的 PoS 侧链和欺诈证明机制,而像通用数据可用性层 Avail 和 Hermez ZK-rollups 这样的新解决方案仍在开发中。其中一些解决方案可以混合使用,但都依赖于 Polygon SDK。

Polygon SDK

Polygon SDK(软件开发工具包)是一套框架,供项目推出自己的 EVM 兼容链。这个 SDK 实现了 "安全即服务",允许开发者为其项目选择理想的扩展解决方案。

如上图所示,Polygon框架分离了功能,允许开发者选择自己的共识机制,或开发自己的共识机制,同时保持与Polygon生态系统内其他链的互操作性。

这种互操作性使具有不同扩展解决方案的Polygon链能够相互沟通,允许开发者选择定制的安全解决方案。Polygon还计划增加更多开箱即用的共识机制、数据库实现和其他辅助服务。

Polygon Hermez (ZK-rollup) Security

Polygon收购了 Hermez ,Hermez是一个 ZK-rollup 解决方案。Hermez 正在开发一个相当于 EVM 的 ZK-rollup ,这是一个非常有前途的二层解决方案,旨在使资产转移变得更加安全、同时成本更低。 ZK-rollup 将成批的交易压缩成少量的有效性证明(或 zk-SNARK )形式的数据。然后,这些数据被发布到链上,以便对证明的正确性进行验证。与以太坊相比, Hermez 拥有 133 倍的吞吐量,交易成本只有十分之一。

这种解决方案没有 plasma 的缺点,即七天的提款等待时间,因为不需要通过欺诈证明来挑战数据,因为 SNARK 证明在计算上很容易验证。然而,有效性证明的结构仍然是计算密集型。目前用户所期待的真正的解决方案还需要等待一段时间,与 Avail 一样,ZK-rollup 的未来看起来也是一片坦途。

Polygon Miden

Polygon最近还宣布了一个新的 ZK 项目,叫做 Miden ,是一个基于 STARK 的、与 EVM 兼容的 rollup 。该项目由 Bobbin Threadbare 领导,他是其他 ZK 技术 Distaff VM (一个基于 STARK的虚拟机)和Winterfell(一个高性能的STARK验证器)的核心开发者。

这个解决方案将纯粹基于STARK,支持任意交易并自动生成执行证明。Miden将把Solidity代码编译成Miden Assembly,Miden VM将使用它来执行交易并生成零知识证明。

Hermez的目标是与EMV完全兼容(在代码层面),Miden 将从使用 Solidity 编译开始,然后转向其他语言。

Polygon Zero

Polygon 以 4 亿美元收购了以太坊扩展初创公司 Mir Protocol。Mir 是一家利用零知识证明(ZK-proof)技术的以太坊扩容初创公司。Polygon 表示,Mir 协议拥有最快的 ZK 证明技术,这意味着它可以更快地生成证明并在一个证明中验证更多交易,Mir 将团队投入了大量时间设计和优化他们的 ZK-proof 技术 Plonky2。Plonky2 是一种基于 PLONK、FRI 和专有 Mir 技术的新证明系统,可将以太坊上的证明速度提高 100 倍。它是完全透明的,不需要受信任的设置。

作为Polygon的一部分,Mir 将更名为 Polygon Zero,该项目将基于其 ZK-proof 技术构建一个 ZK-rollup,目标是允许开发人员编译他们现有的 Solidity 代码并在 zkEVM 上运行它,Polygon Zero ZK-rollup 应该会在明年某个时候准备就绪。

Polygon Nightfall

全球专业服务和技术公司EY与Polygon展开合作,安永和Polygon将共同搭建Polygon Nightfall,这是一个以隐私为重点的公共Rollup,它有效地将Optimistic Rollup的主干概念与zk Rollup中常用的零知识密码学相结合,从而实现了两种流行的可扩展和私有混合技术。

Polygon 和 EY 估计 Polygon Nightfall 可以将标准的 ERC20 代币转移 gas 费用降低多达 86%,同时提供更好的隐私。它还通过实现可替代代币、不可替代代币 (NFT) 和多代币标准来支持 ERC21 和 ERC1155 代币的转移。

Polygon Avail

Avail旨在为独立链、侧链和链下提供扩展解决方案,AVail将事务执行和有效性从共识层进行分离,Avail的目标是允许具有任意执行环境的独立链或侧链来引导验证器安全性,而不需要通过保证交易数据的可用性来创建和管理它们的验证器集,Validiums通过使用Avail作为链下数据可用层可以提供更高的可扩展性吞吐量。但目前Polygon Avail还处于开发阶段,并推出了一个测试网。

总结

没有人可以预测未来,但是我们可以合理的假设未来,Polygon作为一种框架,一种集成了多种与以太坊兼容的区块链扩展解决方案,其生态系统也呈现出了完整的图谱,前两天Uniswap V3也增加了Polygon支持。可以想象,在不久的将来,随着Polygon在技术方面取得进一步的突破,有望吸引更多以太坊以及其他区块链上的项目。

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