它可以将 Polkadot 吞吐量提高 8 倍，为波卡 2.0 打好基础？“异步支持” 是什么

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Polkadot 的一项重大优化 —— 异步支持（Asynchronous Backing）已经上线至 Rococo 测试链，预计年底上线至 Kusama。它通过优化平行链区块的验证过程，有望将 Polkadot 的吞吐量提高 8 倍，并为波卡 2.0 的敏捷核心时间打下基础。

那么 Polkadot 的异步支持的原理是什么？为什么它对 Polkadot 的性能和扩展性有重要的影响？它什么时候可以上线？本文将尝试回答这些问题。

什么是 Polkadot 的异步支持？

平行链区块验证机制

我们都知道 Polkadot 是一个跨链网络，由中继链负责平行链的共享安全性。为了实现这一目标，Polkadot 需要一种高效和可靠的共识协议，来确保平行链的状态和交易能够被中继链验证。

在 Polkadot 中，平行链区块由收集人（Collator）在平行链上生成，然后发送给中继链上的验证人（Validator）来进行支持（backing）。

“支持” 指的是平行链区块由一组验证人（支持组）进行验证的过程，平行链区块只需要被一个验证人支持即可，但支持并不能保证平行链区块的有效性。

经过支持后的平行链区块会被发送到其他验证人那里，然后被包含到中继链上。每个平行链区块在生成时，必须锚定到一个叫 “中继链父块” 的中继链区块上。而中继父块又是生成下一个平行链区块的必备上下文。要注意的是，一个平行链区块的中继父块，和将它包含到中继链上的中继链区块不是同一个。

同步支持

在正式理解异步支持之前，我们先来看看原来的运行模式，也就是同步支持（Synchronous Backing）。

在同步支持中，平行链区块的生成和中继链的进程紧密相关：

• 只有在上一个平行链区块被中继链包含后，才能生成一个新的平行链区块。

• 构建下一个平行链区块的上下文，是从最新包含的平行链区块的祖先提取的。

• 中继父块必须是最新的中继链区块。

在这些条件的约束下，每个平行链区块要花 6 秒（一个中继链区块）来获得支持，再花另外 6 秒来被包含。因此一个平行链区块从出块到被包含到中继链上，需要 12 秒的时间。

而且，虽然整个过程需要 12 秒，但留给收集人生成区块的时间却最多只有 0.5 秒，因为平行链区块需要在剩下的 5.5 秒内完成支持和散布消息（gossip）。

异步支持

在异步支持中，支持和包含可以发生在同一个中继链区块内。而且可以使用较旧的中继父块来创建新的平行链区块。

同步支持 vs 异步支持，来源：Polkadot Wiki

从上图可以清楚地看异步支持带来的优势。

在左边的同步支持模式下，一个平行链区块先需要 6 秒来支持，另外 6 秒来包含，这一套全部完成后才能开始生成下一个平行链区块，因此每 12 秒才能包含 1 个平行链区块。

在右边的异步支持模式下，在 6 秒内既可以包含上一个区块，又可以为下一个区块做支持，因此每 6 秒就能包含 1 个平行链区块。

另外，由于异步支持允许使用较旧的中继父块来创建新的平行链区块，这让收集人有了更多时间去生成平行链区块，平行链区块的生成时间从原来的 0.5 秒增加到 2 秒。

一个比喻 —— 厨艺比赛

如果你觉得上面这些解释还是有点抽象，那么可以看看 Web3 基金会的 Filippo Franchini 给出的一个形象化的比喻。

我们可以把平行链出块过程比喻成一场厨艺比赛，平行链是厨师，中继链是评委。

在同步支持中，每 12 秒揭晓一本新菜谱（中继父块），厨师（平行链）需要在 0.5 秒内火速收集食材（数据）并且做好菜（填充区块）。

在异步支持中，厨师们可以从更多的菜谱（中继父块）中挑选，一些菜谱比较旧了，但是也很有价值。这样一来，厨师就有更多时间（2 秒）来选择最合适的食材（数据）并且做好菜（填充区块）。

也就是说，同步支持看重的是做菜速度和使用最新的菜谱。而异步支持看重的是精心准备，和充分利用资源。

在这两种情况下，厨师都需要按照特定的菜谱来做菜，也就是平行链需要锚定父块来生产平行链区块。但是在同步支持中，厨师只能选择最新菜谱，而在异步支持中，厨师也可以从更旧的菜谱中做选择。

另外，在同步支持中，一次只能端上来一盘菜，每 12 秒才能展示（支持）和评价（包含）完一盘菜（平行链区块）。

而在异步支持中，可以一边评价一盘菜，一边展示下一盘菜，这样每 6 秒就能评价完一盘菜。

异步支持能将 Polkadot 的性能提高多少？

总结一下，异步支持带来的最显著的好处是：

• 执行时间提升了 4 倍：执行时间从 0.5 秒增加到 2 秒

• 平行链出块时间缩减一半：平行链区块出块时间从 12 秒缩短到 6 秒。

两项叠加，就让平行链的吞吐量提升到了原来的 8 倍，同时不影响网络的安全性。

在早些发布的 Polkadot 路线图中估计，异步支持可以让 Polkadot 的总体 TPS 达到 10 万 - 100 万。

短期来看，异步支持上线后，Polkadot 本身以及平行链的性能都会显著提升，让区块空间的利用得到优化。

长期来看，异步支持作为一项重要的基础能力，将为 Polkadot 2.0 升级打下基础。有了异步支持，才能实现 “敏捷核心时间 (agile coretime)” ，从而以更灵活、更高性价比的方式来分配和管理区块空间，让 Polkadot 2.0 能够成为 Web3 中的 “云计算” 服务基础设施。

当前进展

目前异步支持功能已经部署到了 Rococo 测试网上，可供测试，预计在今年年底上线 Kusama，之后在通过审计、测试和治理的批准后将上线至 Polkadot。详情见《Parity：已在 Rococo 上部署异步支持并启动 Coretime 功能！》。

总结

异步支持是自平行链共识协议推出以来，Polkadot 共识的首次重大优化，它可以将 Polkadot 的吞吐量提高 8 倍左右，让 Polkadot 的性能和可扩展性达到新的高度，从而为 Web3 的各种使用场景提供更好的支持。

另外，异步支持还支持创建平行链区块队列，让区块空间可以更灵活地调度，为 Polkadot 朝 2.0 迭代打下基础。

参考资料：

• https://wiki.polkadot.network/docs/learn-async-backing

• https://www.polkadot.network/blog/elevating-polkadots-performance-and-scale-with-asynchronous-backing

• https://www.polkadot.network/blog/polkadot-roadmap-roundup

• https://polkadot-blockchain-academy.github.io/pba-book/polkadot/async-backing-deep/page.html

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