从柏林到平行世界—Sub0.1见闻
Editor's Note
分享一点pLIBRA参加柏林sub0.1开发者峰会的感受
The following article is from PolkaBase Author Marvin Tong
第一届Substrate开发者社区大会的详情将由我来详细介绍。我是Phala Network的CEO佟林。我们是substrate开发者和积极参与者，比如Phala网络的第一个公链组件pLIBRA就是Web3 grant项目，我的合伙人尹航也是Polkadot大使。因此在12月5日到6日，我们团队受邀参加了德国柏林由Parity和web3基金会主办的substrate开发者社区会—Sub0.1，分享给大家一些收获和比较有意思的经历。
什么是 Sub0.1?
Sub0是substrate开发者社区活动，Sub0.1是第一期活动。Sub0.1通过组织substrate开发者聚集到一起，学习、交流、分享，可以理解为一个生态集会。
这次盛会汇集了来自世界各地的Substrate开发者和生态参与者，共享自己的项目成果和进度。作为大会的主角，Substrate作为区块链的搭建框架和方便易用的SDK（软件开发套件）吸引了很多分布式网络、分布式应用开发者的兴趣。我们在现场也看到很多柏林本地的以太坊原生开发者也来参加大会。
基础概念科普，老司机可跳过
在这里解释下波卡、Substrate、Parity、Web3基金会的关系，以及Gavin Wood在里面的位置（:-D ：
1
Parity是位于德国的一家创新科技开发公司，由Gavin创立。被人所熟知是因为该公司早年开发了以太坊客户端，以及这几年一直在开发Polkadot网络。理论上Gavin并不是Parity的CEO或CTO，但是他本人在Parity贡献了相当足量的代码。
2
Parity核心产品是波卡，衍生出Substrate，由Gavin创立。被人所熟知是因为该公司早年开发了以太坊客户端，以及这几年一直在开发Polkadot网络。理论上Gavin并不是Parity的CEO或CTO，但是他本人在Parity贡献了相当足量的代码。
3
Parity的另一个产品是substrate，一个区块链开发框架。基于这个框架不仅可以轻松地搭建区块链，还可以轻松地接入波卡网络。substrate也是主要由Parity公司开发的。
4
Web3基金会是波卡募资后成立的一家基金会，Gavin在该基金会担任主席。可以理解为波卡的开发实体目前在Parity、但是运营实体在web3基金会，基金会主要负责推广、市场、运营、管理等等。web3基金会和parity是各司其职的亲密战友。比如利于推广波卡生态和substrate使用的“grant计划”，就是主要由web3基金会策动的。
综上，大家应该理解了：substrate和波卡有着巨大的交集，但功能上又不完全重叠。这是Parity非常明智的产品矩阵：substrate能吸引想独立开发区块链且对跨链没那么感兴趣的开发者，polkadot又能吸引对跨链感兴趣的生态入驻，最终使得web3生态越来越强大。
Sub0.1的议程和观察
是什么能让上百名开发者从世界各地来到寒冷而…朴素的柏林？
和几十名参会者聊天后，我们发现：
一部分参会者是有意成为平行链的substrate开发者，例如我们团队，这部分开发者主要是想了解波卡主网的开发进展和更多细节（后面章节详述）
一部分参会者是想用substrate搭建区块链的开发者！这里面既有想使用substrate原生开发一条链的，而也有很多是已经有成熟的demo或产品，想迁移到substrate的。这部分参会者甚至可能是主流。
部分是波卡社区、粉丝
部分是投资者，比如IOSG、LongHash等
比较惊喜的是，我们发现柏林作为以太坊爱好者的聚集地之一，已经开始有一部分开发者在调研substrate了。基于其友好性、完备性 & 波卡跨链大饼，substrate真的前途无量。因此，sub0.1也是一个对外窗口：瞅瞅我们已有的生态项目，瞅瞅我们的开发进展，瞅瞅我们的future！
Sub0.1共进行了两天，在一个叫Betahaus的建筑院子里。该建筑位于柏林的东南角，略显荒凉，有点像十年前北京的798。据德国友人介绍，这个区域是一个「科技新区」，因为房租廉价、氛围多元化而吸引了全欧洲的开发者聚集，因此在这里办workshop性价比不错。
在Betahaus里，分为主会场和workshop会场，两个会场在两天内是并行进行主题活动的：既可以去听别人分享，也可以在Parity工程师带领下直接动手，两边的活动质量都很高。
主题内容分为几类：
01
Deep Dive
由Parity各大高工引领分享的“深潜”内容，主要是Substrate的核心特性的（core）设计思路和细节。比如Wasm与Substrate、Offchain Workers、Fees、Storage等。
02
Features
这类内容是惊喜最多的，突出一个“进展”。比如Cumulus、ink!等，也都是substrate的功能组件，Parity工程师会分享更多的产品思路和开发进展出来。
01
Community
展示使用了substrate的优秀项目，主要是grant项目。这部分具有秀肌肉和立标杆的双重作用：对于在观望substrate的开发者来说，展示优秀项目可以让他们看到使用这个框架的价值；对于已经入坑的开发者来说，这些台上的项目就是下一期的自己哦（暴露心声）
主要收获：平行世界的那些事
简单来说，波卡实现跨链的基本网络结构是轮辐型。网络中心是Relay Chain 中继链，外围是众多的 Parachain 平行链，后来Gavin又提出了 Parathread 平行线程的设计，旨在解决平行链拍卖费用与规模增长之间的平衡关系。网络的参与者有四种角色：Validator 验证人、Nominator 提名人、Collator 收集人或者核对人，Fisherman 钓鱼人。Polkadot 采用混合共识协议，出块协议的是 BABE；敲定协议的是 GRANDPA。
跨链永远不是简单的任务。跨链的概念最早源自于比特币侧链，起初人们希望实现资产在比特币主链与侧链上的双向转移，并按照这个逻辑设计了多种方案，然而由于比特币主链功能有限，且开发难度高，最终没有落地。有了侧链的经验，人们逐渐意识到跨链需要基础设施的支持，Cosmos和波卡就在这个背景下诞生。
与其他项目相比，波卡野心更大。不仅要实现资产跨链，更要实现通用的数据交换。简而言之，波卡把自己定位为区块链之间的高速网络。资产跨链尚且困难，波卡为了实现通用于高效，则必须采用极为精密的设计。上层的中继链、平行链，中间层的Cumulus、XCMP，以及底层的Substrate等组件都为此而生。
业界公认跨链的难点，在于保持安全性、性能的前提下实现真正的互操作性：这一部分的难点是需要实现跨链数据通信，因为资产跨链其实有不少可用解法。
对于基于substrate的开发者而言，bonus奖励就是我们预期可以低成本的接入波卡中继链，实现跨链通信和操作。因此，parachain 平行链 如何实现跨链，是一个预期很高的需求。
而从Web3基金会 & Parity的开发进展来看，关键里程碑也在于如何实现平行链接入。此前我们只知道：
1
可以借助 Cumulus 部署平行链，Culumlus是一个Substrate的插件。
2
获得平行链的槽位需要通过蜡烛式拍卖来赢得，这也是Dot的应用价值。
3
而对于不那么需要常驻槽位的链来说，Parathread 平行线程 是一个性价比更高的与波卡共享安全性和跨链操作的方案。
4
平行链可以调用跨链消息机制，并与波卡共享安全性。
平行链与平行线程的经济设计细节
这部分的内容是由 Shawn Tabrizi 演讲的，主题是《How to become a parachain》。
这位小哥是Parity的工程师，但却是所有演讲嘉宾里给我印象最深刻的：
分享时语速最快，信息量最大
激情澎湃，讲代码时好像在CX一样，引人入胜
略过背景知识，他分享了作为一个parachain实现的能力和深层次价值：
平行链可以把最晚区块头同步到中继链。
深层次价值：为平行链敲定确定性实现了基础。
平行链提交的区块将会被validators用wasm runtime来验证，同时平行链有能力使用它储存在中继链。价值：平行链共享了安全性。
借由抽象信息传输系统，平行链获得与其他平行链的通信能力。价值：平行链可以证明信息传递与去信任化的互操作性。
这么牛逼的特性，是不是谁都可以成为平行链？
答案是否定的：因为波卡的资源是稀缺的，或者说至少说是有限的。
面临n的二次方的网络通信复杂度网络容量、延迟、区块大小
因此现在可以乐观的说，波卡中继链可能最多会支持每个区块分配给100个平行链。分配比例（划重点！）
大约是：
10-30个分配给系统级别的常驻链，比如：桥、Nested Relays、系统
40-90个分配给slots
最多50个分配给平行线程执行
平行线程和平行链有什么异同？
相同点：开发者API
平行线程和平行链不需要分别开发，对于开发者来说是一致的
你使用substrate开发完一条链，甚至还可以在平行链/线程两者间自由切换！
不同之处：
准入流程
确认速度/吞吐量
· 平行链：全吞吐量支持
· 平行线程：按需支付，
英文是 pay as you go
经济上
· 平行链：长期价值投资
· 平行线程：不退钱
极为直白
如何实现
首先，我们来说下波卡与之相关的模型
Q
注册模型：管理注册业务、管理平行链/线程ID、追踪平行链/线程行为、平行线程拍卖
平行链模型：验证人逻辑和实际执行、通信传递、同步最晚的平行链/线程区块头和runtime代码
Slots模型：执行平行链拍卖、管理平行链槽位
众筹模型：允许社区为平行链拍卖投资、追踪社区贡献值
平行链拍卖模型
使用蜡烛拍卖
玩法：在拍卖结束期使用VRF模式（参考Arogorand）追溯结束区块
好处1：鼓励健康的拍卖价格被发现；不鼓励定向狙击
好处2：帮助减轻恶意区块生产者的影响
好处3：不需要强制“承诺和展示”范式
由治理发起
一次只能拍卖一回
每次拍卖的是两年的槽位使用权：分成4期，每期6个月
使用完成后全部DOT返还
根据这样的机制，平行链拍卖策略实现出来的效果：
可以看到，这个拍卖结果（Alice获胜）是综合租期、出价、锁仓数多个权重实现的。
一个用户可以对同一个槽位使用不同的租期范围多次竞拍
租期范围必须重叠：比如第一笔投标是Q1、Q2、Q3、Q4，第二笔可以是Q1、Q2、Q3或Q2、Q3、Q4，第三笔可以是Q1、Q2，那么第四笔就不能是Q3、Q4—必须和第三笔有重叠部分
每一个租期必须是连续的：比如只竞拍Q1和Q3不可行，要连起来
平行链众筹：
允许社区支持你的平行链
奖励使用你原生代币的用户
众筹逻辑自动在拍卖流程中执行
众筹的逻辑设计：
必须存一笔存款
任何人都可以参与贡献，但是至少要达到一个基准贡献度
新众筹者发起拍卖
众筹在指定截止时间（提前设置好的）结束
众筹可以跨越多个拍卖周期
如图，child trie模块负责追踪社区用户的贡献
结果状态只有成功或失败
当你的链退休后，会有一个退休周期让人们可以重启收集资金
平行线程拍卖（划重点！）
使用英式拍卖法。
平行线程名义上需要锁定一笔可被退还的存款。
每次出块都会举行拍卖。
赢家数量与线程总数正相关。
拍卖使用的DOT会被消耗掉，而不会被退还。
赢得槽位后，你会被安排到提交下一个区块头的队列中。
如果你错失了槽位，你在接下来的出块时会获得三次额外机会。
总结下平行链/线程经济学
对平行链经济来说：
锁仓DOT并不免费
理想情况下，参与锁仓可以通过增加网络价值，这对DOT是很好的投资回报
对平行线程经济来说：
如图，激励 collators 用平行线程链的原生token结算
Collators负责收集转账费用
使用原生token激励
当平行线程的拍卖费比原生token结算更低时，区块自然的被平行线程生产出来
因此，总体来看平行链/线程的生命周期：
当平行链拍卖的槽位到期或卖出槽位的时候，平行链降级为平行线程；当平行线程追求全吞吐量时通过拍卖槽位的方式成为平行链。
是不是很想成为一个平行链？
Cumulus就是一个用substrate来轻松实现平行链的代码库。下面会重点讲解平行链的技术部分。
如何用Culumus部署平行链
在波卡的设计中，平行链通过中继链通信，因此成为平行链是跨链的前提。直到今年秋季，基于Substrate开发的链还只能独立运行，但随着Cumulus的出现，任何Substrate链都只需要极少的修改，就可以变身成一个平行链，加入波卡生态。
Cumulus就是连接平行链和中继链的核心组件。为了理解Cumulus，我们需要简要回顾一下Substrate的共识算法是如何运行的。
Substrate内部高度模块化，一个显著的特征就是它实现了共识算法与其他组件的分离。换句话讲，Substrate开发的链，共识算法是可以被任意替换的。为了实现这种抽象，Substrate定义了Collator用于产生区块，ImportQueue用于接受区块，以及Finalizer用于接受和确认区块。Substrate默认的共识算法GRANDPA实际上只负责区块的确认，BABE共识负责甄选区块的验证人，他们组合成了BABE+GRANDPA共识模块。
当一条链成为平行链时，会产生三个变化：
1
波卡验证人会接管平行链的验证
2
平行链节点不仅要独自产生区块，还需侦听中继链与其他平行链，保持状态同
3
平行链从其他平行链收集传入的消息，从而实现消息跨链
这就要求平行链节点不仅要处理好自己的链，还需要兼顾波卡主链，从而保持链间的连接状态。引入Cumulus后，Cumulus会全面接管Substrate的共识模块，同时进行区块产出，启动一个轻节点跟随中继链，并允许波卡验证人加入网络参与共识。
Cumulus Workshop：实际上手体验
在Sub0.1第一天，波卡公布了Cumulus的实际上手Workshop，开发者已经可以在本地网络上运行起平行链。
部署平行链分为两步。第一步，在Substrate链上引入Cumulus，接管共识模块。第二步，编译出平行链并部署到中继链上。在Substrate的高度模块化设计中，每一条链都被抽象成了状态与Runtime的组合。状态保存在链上，而Runtime也编译为WASM模块，保存在链上。中继链上既部署了自身Runtime，也保存了全部的平行链Runtime。
Substrate默认采用GRANDPA共识，如果共识模块没有改动，通常只需要数十行代码的改动即可适配Cumulus。引入了Cumulus后，即可准备加入平行链。
一切就绪后，跟从Workshop的说明，启动一个本地波卡中继链网络。在本地测试网络中，开发者拥有链的Sudo权限，可以如下图所示，在Sudo模块中执行交易提交平行链。成功提交后可以从网页控制台上观察到平行链上线、出块。
在这次Workshop中，短短的一个小时内，参与者们成功的编译、注册，并部署了两条平行链，在活动监视器Telemetry上也可以实时看到所有参与者的节点。虽然这次Workshop并没有涉及到平行链插槽竞拍等经济设计，但可以相信，波卡的平行链已经距离发布越来越近了。
跨链通信的新进展：XCMP、SPREE
如果不能充分利用波卡的跨链能力，仅仅成为平行链是没有意义的。当一条平行链连接到波卡之后，就意味着它得到了平行链之间的通信能力。XCMP（跨链消息传递）协议实现了链间的通信，波卡的共识算法就主要为它服务。
平行链可以向另一条链发送消息，XCMP确保消息依照次序、准确无误的投递到目的地。收到消息的链可以采取任意的逻辑来解读。波卡创造性地实现了链间“共享安全性”，不仅确保平行链区块的产生与接受，更重要的是保持整个网络状态的一致性。在没有共享安全性的网络上，任何操作都需要大量的区块确认时间（就像中心化交易所一样）。网络的确定性是XCMP能够得以实施的关键。
XCMP是非常底层的基础设施，直接使用XCMP实现应用层的跨链依然是很繁重的工作，因为XCMP只负责消息的发送，但没有定义接受方如何响应。波卡提出的解决方案称为SPREE（共享安全区），在Sub0.1上给出了更多细节：SPREE允许在每个平行链上开辟一块与平行链独立的安全区，在里面执行公认安全的代码，确保这份代码不会受到平行链的干扰，从而解决接收方不可信的问题。利用SPREE可以实现非常高效的跨链资产转移。
有趣的项目
在柏林，我们见到了几个好玩的项目，介绍给大家。
pLIBRA上镜！
SubstraTEE
和Phala Network一样，SubstraTEE也是希望将可信执行环境赋能区块链的项目，但是该兄弟项目的定位和目标和我们完全不同。Phala Network的目标是为所有区块链提供可信智能合约平台的服务，第一个用例是将Libra与波卡主网桥接的pLIRBA。SubstraTEE是基于具体需求的产物，他们服务的目标是实现Encointer项目：一个数字货币UBI（全球基本收入）！
下面概括下这个项目的逻辑：
实现UBI的基础假设：
开放型区块链
能够自我掌控的去中心化的无国界身份ID
实现的挑战是：
如何只让人类获得UBI收入？
如何保证每个人类只获得一次UBI？
如何让收入拥有真正的价值？
投放策略：
每隔41天在太阳高日照区域的集会上进行一次随机的密钥签署（物理意义的集会）
此处关键假设：
每个人一次只能在一个地方出现
人类总是能够透露出于其他人会面的信息
这里的集会的设计很有意思：
根据每个人可接受的范围和位置，系统将3到12个人物理上随机的组成线下面基群
这样就形成了一个POL：位置证明
每个当地社区可以根据定义它们自己的本地数字货币
基于本地的NCTR（项目token）可以提供本地去中心化交易
因为在一条链上实现，因此网络安全性仍然是全球范围的保证
Encointer项目是基于substrate开发的，他们发现要实现该项目愿景，必须保证隐私性和基于非真实身份的可验证性。而NCTR货币必须支持默认匿名交易。
因此他们决定实现一个基于TEE环境的substrate…
简单来讲，substraTEE是一个substrate的魔改版本，改动部分是他们将所有的计算和节点都跑在TEE环境里面。因此实现出来的效果是由一群可信矿工来提供区块链计算的substrate，如果你想创造一条完全由可信设备矿工运行的区块链，可以使用substraTEE开发。而Phala Network实现的是可以跨链的机密智能合约layer，可以叠加在任何一个区块链上被调用，不需要实现机密合约原生链的矿工拥有特殊设备、也不需要区块链进行定制化改造开发。
Phala Network和该项目经常接触，可能会有部分组件是合作完成的。
MXC极域物联网
我们在柏林也与我们的老朋友「MXC极域智慧城市」CEO胡莘顺利会师， MXC极域同样也是获得Web3奖金的项目，总部就位于Sub0.1举办地柏林，因此也算是与Substrate生态项目的“东道主”汇合了。
和“土著”胡莘老板午餐
优秀的胡老板也是毕业于当地的柏林工业大学，是MXC极域CEO，MatchX柴火物联的创始人，是德国MoneyGram创新奖唯一获奖华人，MXC IoT和MatchX智慧城市产品获得柏林政府颁发的年度创业产品奖，在德国累计获得数千万欧元融资，智慧城市产品在全世界六十几个国家广泛应用。
胡莘老板带领的MXC极域是一家AI物联网算法核心技术提供商。
于2016年成立，致力于低功耗广域物联网（LPWAN）与区块链技术在智慧城市的研发应用。
目前客户有德国铁路，博世，德国柏林科技局，美国卡内基梅隆大学，加拿大Canadian Tires，韩国Enlink，韩国国家电网，纽约Citiesense，日本M2B，上海杨浦区智慧城市项目，江苏爱康科技等。
12月9日，之前来自于Polkadot和DAPS项目，新加入MXC极域的核心工程师Luke Schoen也对Web3和Polkadot发表了见解：认为运用Web3技术能更好地在区块链产品上进行实验，比如去中心化应用方面 （DApps）, 以及探索背后的加密世界。
从以前的开发钱包应用的经历到现在，能使得我转向MXC IoT生态的原因是，MXC钱包的开发和效用，在Polkadot中继架构中， 通过平行链和桥接链，连接到所有不同的区块链，只需要建立在统一的polkadot平台上。我们的机器端到机器端钱包(machine-to-machine wallet)，从而促成IoT网络连接方式的进化和带来更多的创收。
链内数据市场(interchain data market)会是Luke的下一个任务，首先将MXC极域钱包以一个demo呈现，吸引更多的开发者组成一个技术社区、扩展更多在开源技术上搭建的核心开发者基数。
写在结尾
虽然柏林和北京一样寒冷，但是我感受不到web3.0世界的寒冬：国内热火朝天的大炼联盟链，去token化，交易所、公链、defi都变得小心翼翼，甚至公链及其生态社区（一共也就几百个人）还有“站队”之分：以太坊2.0、天王layer1项目、Polkadot、Cosmos各自水火不融。
在柏林感受到的确是比国内更务实的气氛（不可思议）。这里的开发者没有论证“公链必要性”的话题，只有使用什么工具在什么场景下解决什么问题的逻辑，因此以太坊开发者会来substrate看看，波卡开发者们讨论技术问题热火朝天，指责“推迟”“币价”“经济设计”的几乎没有。
另一点感受就是，KUSAMA在短期内的实用价值可能被大大低估了：虽然大家都知道它是一个波卡“BETA”版，但是对于到底要用它到什么程度是未知的。聊天过程中几瓶啤酒下肚，我们感受到core对于KUSAMA的态度有着不小的期待：短期内（6个月）波卡的核心特性，都会在KUSAMA先上线，beta期稳定之后再集成到波卡。因此，平行链/线程开发者如我们，少不了先在金丝雀做集成调试，也就有少不了囤积一些物资:-D
在可预见的未来里，不会有哪个公链独占市场：web3.0的世界中，很有可能不存在100亿公司，但是很有可能拥有100个1亿公司。以太坊2.0、Filecoin、Near、Celo、Dfinity、Solana、Nervos、Confulx、Harmony等等，都有自己独当一面的特性，跨链的需求也无需论述。layer1、跨链设施的玩家已经基本锁定，接下来玩家们需要角逐的空间比上述天王们更大：服务&协议层、应用层。服务&协议层、应用层开发者们挑选生态的逻辑，无非是：- 功能是否完备 - 开发者友好度 - 是否有协同效应 - core是否给力，能持续迭代和修复，且不会跑路倒闭 - 是否能获得支持
在这个前提下，站队Cosmos还是波卡的问题没有什么价值：既然两者同时存在可能性很高，那就比拼以上几个决策点用脚投票，或者“我全都要”。目前看到的是国内使用substrate的开发者越来越多，社区氛围非常好：生态内的“竞争”几乎不存在，每个项目的定位都有明确错位，这也是web3基金会操刀指导的好处。
套用一句俗话，局域网和互联网的价值天差地别：如果不参与到全球化的、自下而上的革新，做区块链和摆摊卖煎饼有什么区别？可能挣得还不如人家多（泪目）
作者 / Marvin Tong
编辑 / Emily Yang
ShawnRingLin
关于PolkaBase