Polkadot 的技術堆疊：Substrate、中繼鏈 (Relay Chain) 和橋接器 (Bridges)
重點總結
• Substrate提供了一個可程式化的框架，簡化了區塊鏈的開發過程。
• 中繼鏈為平行鏈提供共享安全和高效的區塊生產機制。
• XCM實現了不同鏈之間的原生互動，提升了跨鏈操作的安全性。
• 桥接器如Snowbridge連接Polkadot與外部生態系統，強調安全性。
• Polkadot在2024-2025年將持續演進，提升效能和開發者體驗。
Polkadot 的架構旨在使區塊鏈具備模組化、互通性和可升級性，且無需硬分叉。如果您正在 Web3 中開發，或是關心效能、安全性和跨鏈體驗的進階用戶，理解其技術堆疊——Substrate、中繼鏈和橋接器——是做出明智決策最快捷的途徑。
本文將深入探討這些組件如何協同運作，該技術堆疊在 2024-2025 年將如何演進，以及這對開發者、驗證者、平行鏈團隊和用戶意味著什麼。
Substrate：用於自訂區塊鏈的可程式化框架
Substrate 是一個使用 Rust 編寫、編譯為 WebAssembly 的區塊鏈建構框架。它抽象化了複雜的部分——網路、資料庫、共識掛鉤——讓您可以專注於運行時邏輯和鏈特定的功能。其設計目標是盡可能簡化啟動一個獨立鏈或一個與 Polkadot 相容的平行鏈的過程。
關鍵概念及其重要性：
- FRAME 和 Pallets：FRAME 允許您從狀態（balances）、治理（governance）和質押（staking）等 Pallets（模組）函式庫組合您的運行時，或編寫您自己的領域特定邏輯。這種模組化可以縮短上線時間並有助於審計。參考：Substrate 開發者文件深入解釋了如何組合運行時和建構 Pallets（請參閱本節末尾的官方文件）。
- 可插拔的共識：Substrate 鏈無需硬分叉即可交換區塊生產和最終確定引擎，利用 Wasm 運行時升級。
- Cumulus 和平行鏈相容性：使用 Substrate 建構的鏈可以透過 Cumulus 與 Polkadot 整合，成為平行鏈並繼承 Polkadot 的共享安全。
- 開發者人體工學：確定性建構、權重/費用計量、SS58 地址格式以及對 SR25519/ED25519 簽名的支援，開箱即用地提供了生產級的基礎。
透過官方資源了解更多並開始建構：
- Substrate 開發者中心和教學：在 Substrate 網站上的官方文件（參閱 Substrate 文件）中，了解架構、FRAME 和範本的標準入口點。
- Cumulus 用於平行鏈整合：Cumulus 將您的 Substrate 運行時橋接到 Polkadot 平行鏈協議，讓您可以連接到中繼鏈並參與跨鏈通訊（有關詳細資訊，請參閱 Cumulus 儲存庫）。
參考資料：
- Substrate 文件和教學：Substrate 文件
- Cumulus（平行鏈框架）：GitHub 上的 Cumulus
中繼鏈 (Relay Chain)：核心的共享安全與最終確定
中繼鏈是 Polkadot 的基礎層，為連接的平行鏈提供共享安全、區塊生產和最終確定。每個鏈無需自行招募驗證者集並從頭開始引導安全，而是將平行鏈接入中繼鏈的驗證者集。
重要機制：
- 共識分離：Polkadot 使用 BABE 進行區塊生產，並使用 GRANDPA 進行最終確定，在惡意條件下實現高效的區塊時間和快速、概率到最終的確認。Polkadot Wiki 提供了關於架構和共識角色的入門介紹。
- 平行鏈納入：平行鏈的 Collator 生產候選區塊；中繼鏈的驗證者檢查並納入這些區塊，強制執行整個網絡的有效性。
- XCM 和 HRMP：跨鏈訊息透過 XCM（跨共識訊息格式）傳輸，而 HRMP（水平中繼路由訊息傳遞）則透過中繼鏈在平行鏈之間提供傳輸通道。
深入了解：
- 中繼鏈的運作方式和 Polkadot 的架構：Polkadot 架構
- 共識細節：Polkadot 共識
- 平行鏈概覽：平行鏈說明
XCM：互通性作為協議，而非橋接器
XCM 是跨鏈訊息傳遞的語言，這些鏈可能具有不同的運行時和治理。XCM 讓鏈能夠原生互動——轉移資產、執行遠端調用以及協調跨網域的複雜邏輯——而不是透過託管橋接器來包裝資產。
為何這很重要：
- 可組合性：DeFi 協議和應用鏈可以使用訊息語義，而非臨時的轉接器合約，安全地協調多鏈操作。
- 安全性：XCM 透過盡可能避免外部託管者，並依賴中繼鏈的共享安全模型來處理生態系統內的訊息，從而降低信任假設。
了解更多：
- XCM 設計和功能：XCM 概覽
橋接器 (Bridges)：將 Polkadot 連接到外部生態系統
即使有了用於內部互通性的 XCM，許多用例仍然需要連接到以太坊等外部網絡。Polkadot 採取了安全第一的橋接方法，強調輕客戶端設計和系統級基礎設施。
現有技術：
- Snowbridge（以太坊 ↔ Polkadot）：這是一個生產級的輕客戶端橋接器，可在兩端驗證共識，旨在最大程度地減少對比多簽名設計的信任和智能合約風險。Snowbridge 已上線連接以太坊主網和 Polkadot，透過鏈上驗證支援代幣和訊息傳輸。有關架構和當前功能，請參閱該專案的官方文件和 Polkadot 的公告。
- Bridge Hub：Polkadot 的系統平行鏈，旨在託管和協調橋接器，為網絡內的外部連接提供一個標準化的位置。
資源：
- Snowbridge 技術文件：Snowbridge 文件
- 橋接器和 Bridge Hub 概覽：Polkadot 橋接器
- 上線公告和背景：Snowbridge 已在 Polkadot 上線
安全提示：輕客戶端橋接器非常複雜；在轉移大量價值時，請務必驗證特定的信任模型、升級路徑和監控實踐。像 Snowbridge 這樣的系統級橋接器旨在減少外部信任，但營運風險仍然存在。
Polkadot 2024–2025：新動態與其重要性
Polkadot 的核心架構持續演進，重要的升級影響著效能、經濟和開發者體驗。
值得關注的趨勢和更新：
- 效能改進和吞吐量：諸如異步備份（asynchronous backing）和更好的調度策略等優化，提高了平行鏈的納入率和最終確定時間。您可以透過架構和共識文件以及生態系統論壇中的效能討論來追蹤網絡不斷發展的功能。
- OpenGov 的成熟：Polkadot 的鏈上治理已整合為 OpenGov，實現了更靈活的財庫管理、基於軌道的決策制定以及社群主導的運行時升級排程。這改變了協議功能和資金提案從想法到主網的推進方式。開放政府的概覽和參與細節記錄在 Polkadot Wiki 的 OpenGov 部分。
- 系統平行鏈和資產中心 (Asset Hub)：資產中心統一了整個生態系統的資產發行和管理，簡化了多鏈代幣的使用者體驗和工具。
- 路線圖和未來研究（Polkadot 2.0 和 JAM）：社群已討論了資源市場（核心時間）以實現更靈活的平行鏈調度，以及 JAM（Join-Accumulate Machine）作為下一代通用、可驗證的計算環境。雖然細節仍在完善中，但其方向表明在執行、調度和互通性方面將有更多的模組化和開發者選擇。
參考資料：
- OpenGov 概覽和參與：Polkadot OpenGov
- 系統平行鏈和資產：系統平行鏈 和 資產
- Polkadot Wiki（路線圖和學習部分）：Polkadot Wiki
這對開發者意味著什麼
如果您正在規劃一個新的協議或應用鏈，該技術堆疊為您提供了一條清晰的路徑：
- 選擇您的執行模型：
- 獨立的 Substrate 鏈（完全控制，擁有自己的安全和網路）
- 透過 Cumulus 的平行鏈（繼承 Polkadot 的共享安全和原生的 XCM 互通性）
- 使用 FRAME Pallets 組合您的運行時，並在需要時添加自訂邏輯。
- 為跨鏈操作整合 XCM，而不是建構一次性的橋接器。
- 如果您需要外部連接，請評估 Snowbridge 或其他系統級橋接器，並為您的使用者記錄信任模型。
- 在部署到主網之前，使用 Rococo 等測試網進行端到端的平行鏈測試。請參閱 Polkadot Wiki 獲取 Rococo 指南。
開發者資源回顧：
- Substrate 文件和教學：Substrate 文件
- 平行鏈和架構：Polkadot 架構
- XCM：XCM 概覽
- 橋接器：Polkadot 上的橋接器
安全性、質押和用戶操作
對於在 Polkadot 上運營的用戶和團隊：
- 質押和提名池：Polkadot 的質押系統提供跨鏈的提名池和流動性質押選項。參與前請了解鎖定、罰款條件和獎勵機制。請參閱官方質押文件獲取當前參數。
- 治理參與：透過 OpenGov，投票權和特定軌道的規則至關重要。如果您無法積極參與，請謹慎委託。
- 金鑰管理：SR25519 簽名和 SS58 地址在 Substrate 鏈中廣泛使用。請使用硬體設備保護長期金鑰，為財政部操作使用多簽名，並在進行大額轉帳前在設備上驗證地址。
指南和參考資料：
- 質押：Polkadot 質押
- OpenGov：Polkadot OpenGov
為何硬體錢包對 Polkadot 參與者很重要
Polkadot 的鏈上升級和治理功能鼓勵頻繁簽名——質押、投票、XCM 操作和多簽名確認。硬體錢包透過隔離私鑰並啟用 SS58 地址和 extrinsics 的設備上驗證，增加了重要的安全層。
如果您活躍於多個基於 Substrate 的網絡上的質押、治理或財政管理，OneKey 是一個實用的選擇：
- 開源韌體和工具，允許社群驗證程式碼庫。
- 對基於 Substrate 的網絡和 SR25519/ED25519 帳戶的廣泛支援，適用於 Polkadot、Kusama 和許多平行鏈。
- 在設備上審查目標地址和有效載荷，以最大程度地減少網路釣魚和簽名錯誤的風險。
最後一點：Polkadot 的技術堆疊——Substrate、中繼鏈、橋接器和 XCM——為建構獨立但又互通的系統提供了一條統一的路徑。隨著生態系統在 2024-2025 年間發展，擁有成熟的治理、像 Snowbridge 這樣的生產級橋接器，以及持續的調度與吞吐量改進，與這些基礎原語保持一致的團隊可以更快地發布產品，減少信任假設，並為使用者提供更好的體驗。
如需更深入的探索，請從官方文件和技術指南開始：
- Substrate：Substrate 文件
- Polkadot 架構和學習頁面：Polkadot Wiki
- XCM：XCM 概覽
- 橋接器：Polkadot 橋接器
- Snowbridge：Snowbridge 文件
