波卡运行原理系列（三）组件字典

Substrate

• Parity 开发的区块链基础框架
• 开发者可以定制一个区块链的各个模块，自定义开发主要关注 State Machine，Substrate 中称之为 Runtime
• Polkadot 的 Relay Chain 和 Parachain 都是基于 Substrate 框架开发的

Full node 全节点

• 同步和保存所有区块数据

Light node 轻节点

• 仅同步和保存区块头数据

Relay Chain 中继链

• 类似 ETH 2.0 的信标链或 Cosmos 的 Hub
• 块中记录的是各个 Parachain 的 Candidate Receipts 和 Erasure Coding
• 基于 NPoS 共识
• 为 Parachain 提供安全保证
• 提供 Parachain 之间消息通信的可靠性凭证

Parachain 平行链

• 也叫应用链
• 数量 10-100
• 基于 Substrate 开发的 runtime
• 需要通过拍卖的方式获得插槽 Slot 才能成为 Parachain，如果未获得插槽则可以用 Parathread 方式的方式接入 Relay Chain
• 需要组建 Collator

Collator 收集人

• Parachain 的 Full node、Relay Chain 的 Light node
• 哪个 Collator 生成块，由 Parachain 自定义，可以通过类似 POS 或者 POW 的机制来选定（但不提供验证和共识），可以设置激励机制
• 生成 Candidate Receipts 和 Erasure Coding 发给 Validator
• 细分的话存在两种 Collator: Polkadot Collator & Cumulus Collator

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Validator 验证人

• 数量 250-1000，由 DOT 持有者投票选出
• 每个 Parachain 会被随机分配 10 个 Validator
• 与 Collator 交互验证 Parachain 新的区块数据
• 需要5-7个 Validator 来验证和签署 Parachain 中新产生的区块
• 生成 Candidate Receipts 和 Erasure Coding，写入 Relay Chain 交易队列
• BABE 出块 Validator 选择 Candidate Receipts 构建 Relay Chain 区块
• 在 GRANDPA 中对区块进行投票，超过三分之二则最终确认

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Fishermen 钓鱼人

• Fishermen 需要抵押 DOT（Collator不需要抵押 DOT）
• Fishermen 是 Parachain 的 Full node
• 出块（BABE）与最终确定（GRANDPA）之间，Fishermen 进行有效性检查，防止 Validator 合谋

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Bridge 桥

• 一种特殊的 Parachain，通过运行一个 Sovereign Chain（BTC、ETH等非 substrate 构建）的轻节点，完成资产的跨链
• 再通过 XCMP 将资产传递到其它 Parachain
• Sovereign Chain 和 Parachain 的一个简单的区分方法是 Sovereign Chain 自己提供共识，Parachain 由 Relay Chain 提供共识（验证 Parachain 数据需要跑一个 Relay Chain 轻节点）

Nominator 提名人/投票人

• 一般指 DOT 的投票人（Parachain 可以有自己的Staking机制，所以也可能有 Nominator）
• 最多投票给 16 个 Validator, 系统会自动分配票数，使得票数尽量分散
• Stake 解委托：Kusama 是7天
• 参与治理投票：自定义 Conviction，不同锁定期产生不同的投票权重

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Merkle 树

• 特性：如果某些值发生更改，则可以通过查看新的值和树中受其影响的路径来验证更改
• 基于此属性，Validator 可以验证状态转换，而无需访问整个状态

Parachain Block

Parachain 区块，由 Collator 生成，Validator 验证后将 Parachain Block 的 Candidate Receipts 和 Erasure Coding 写入 Relay Chain 交易队列

Relay Chain Block

Relay Chain 区块，由 Validator 生成

Candidate Receipt 候选回执

Validator 通过签名为 Parachain 区块构造 Candidate Receipt：

• Parachain ID
• Collator ID 和签名
• 父块 Candidate Receipts 的哈希值
• 区块 Erasure Coding 的 Merkle 根
• 跨链消息的 Merkle 根
• 区块的哈希散列
• 执行区块之前的 Parachain 的状态根
• 执行区块之后的 Parachain 的状态根

Erasure Coding 纠删码

• 解决数据无法获得的问题：Validator 和 Fishermen 谁犯错
• 三分之一的 Validator 获得了区块编码了的数据片段时，即可重新构建出这个 Parachain 的区块
• Grandpa 共识机制是一种拜占庭容错的共识算法，也就是说仅在大于三分之二的 Validator 投票验证通过了之后，才完成区块的最终确认，所以可以获得三分之二的有 Erasure Coding 数据片段后，重构 Parachain 产出的区块并进行最终确认
• Erasure Coding 也用于 Fishermen 来报告区块是否无效时的复核，额外的 Validator 会需要取得这个区块，或者通过数据片段来重组出这个区块并再次检查

Parathread

• 本质是将部分 Parachain 插槽以类似出租、非独占的方式开放，使得更多基于 Substrate 的链可以接入
• Parathread 需要激励特定的 Collator 来帮助自己打包区块并提交给 Validator，这里的 Collator 如何组建目前还未看到明确的资料
• Parathread 通过支付 DOT + TIP 的方式让 Validator 将自己的 Candidate Receipts 写入 Relay Chain
• Parathread 和 Parachain 的安全性相同，但出块时间稳定性上会比 Parachain 差

Cumulus

• 本质是一个 Substrate Pallot
• 为 Substrate 的 Runtime 链提供 Polkadot 共识的工具库
• 同步 Relay Chain 到 Parachain，从而确定目前已敲定的 Parachain 区块
• 运行 Collator node 并生成 Parachain 区块数据
• 发送和接收跨链消息 XCMP 的工具

XCMP

• Parachain 之间通信的机制
• 本质上 Parachain 之间直接建立网络连接传递消息
• 消息的安全性通过 Relay Chain 验证

SPREE（也叫 Trust Wormhole）

• Relay Chain 解决了 Parachain 被51%攻击的情况，SPREE 解决 Parachain A 由治理的修改对 Parachain B 造成某种意义上攻击的情况。
• 解决方法是把约定的执行操作的代码wasm放到 Relay Chain 上，单个 Parachain 不能通过自己的治理机制修改该操作。

Hermit Relay Chain 隐继链

• 将 DOT 的转让、抵押、管理等事务放到一条单独的 Parachain 中，以接入的方式加到 Relay Chain
• 这样做的好处是 Relay Chain 中将仅包含 Candidate Receipts

2nd Layer Relay Chain 二级中继链

• Parachain 本身变成一个二级的 Relay Chain
• 安全性更低、出块敲定速度更慢、跨链消息传递速度更长
• 接入成本更低，满足安全性要求更低的 Parachain 需求
• 可以继续往下级联实现无限的拓展性

其它

• Collator、Validator、Fishermen 只是经济角度定义的角色，实际运行中一个节点可以扮演了多个不同的角色

原文：

http://blog.boka.network/2020/02/29/bo-ka-yun-xing-yuan-li-xi-lie-san-zu-jian-zi-dian/