万向区块链年度回顾：2020乘风破浪——公链

前言：

2020年即将结束。 今年区块链行业给你印象最深的是什么？ 是公链生态的爆发式增长？ 还是区块链应用的繁荣？ 还是重大的政策利好？ 2020年底，万向区块链推出了《公链》、《应用》、《服务实体经济》和《监管》四篇重要的年度回顾系列文章，记录了区块链乘风破浪发展的一年。 评测文章每周三发布，请锁定我们的微信公众号，尽快获取。

以下为年度回顾系列——公链，作者：万向区块链首席经济学家办公室。 让我们来看看今年公链的风波。

2020年即将结束。 虽然疫情席卷全球，但并未影响区块链行业的进步。 这一年，公链和生态应用取得突破，各国对区块链和加密资产的政策逐步完善。 本文是对今年区块链行业进展，尤其是公链进展的回顾，重点关注比特币、以太坊、波卡和Filecoin这四大热门公链。

一

比特币

比特币今年最大的技术进步是Taproot/Schnorr的升级，由比特币开发者Pieter Wuille提出，并作为比特币改进提案（BIPs）发布。 在代码的主分支中。 这是比特币自闪电网络推出以来最大的一次技术扩张。

(1) Schnorr升级

比特币目前使用的ECDSA签名算法和即将推出的Schnorr签名算法都属于椭圆曲线数字签名算法。 他们使用的椭圆曲线都是secp256k1和散列函数SHA256，所以他们在这个级别上具有相同的安全性。

Schnorr签名算法主要有以下优点。

首先，Schnorr 签名算法具有可证明的安全性。 在假设椭圆曲线离散对数问题难度的随机寓言（Random Oracle）模型和假设原像阻力（Preimage Resistance）和第二原像阻力（Second Preimage Resistance）的一般群模型下，Schnorr签名算法具有选择消息攻击下的强不可伪造性 (SUF-CMA) 选项。 也就是说，在不知道 Schnorr 签名私钥的情况下，即使任何消息存在一个有效的 Schnorr 签名，也不可能推导出其他有效的 Schnorr 签名。 ECDSA 签名算法的可证明安全性依赖于更强的假设。

其次，Schnorr 签名算法是不可延展的。 签名延展性的含义是第三方可以在不知道私钥的情况下，将对某个公钥和消息的有效签名转换为对那个公钥和消息的另一个有效签名。 ECDSA 签名算法具有固有的可扩展性，这是 BIP 62 和 BIP 146 解决的问题。

第三，Schnorr 签名算法是线性的，允许多个协作方生成对他们的公钥之和也有效的签名。 该特性对于多重签名和批量验证（Batch Verification）等应用非常重要，不仅可以提高效率，还有助于保护隐私。 在ECDSA签名算法下，如果没有额外的见证数据，批量验证的效率与逐一验证相比并不会提高。

最后，由于Schnorr签名算法采用了相同的椭圆曲线secp256k1和哈希函数SHA256，因此兼容目前比特币公私钥生成机制。

(2) 主根升级

Taproot 升级可以看作是 Merkelized Abstract Syntax Tree (MAST) 的应用，而 MAST 又与 Pay-to-Script-Hash (P2SH) 有关。

P2SH 是 2012 年推出的一类新型交易，它使使用复杂的脚本就像直接向比特币地址付款一样简单。 在 P2SH 中，复杂的锁定脚本被它们的哈希值取代，称为兑换脚本。 当后续交易尝试花费此 UTXO 时，它必须包含与哈希匹配的脚本，同时解锁脚本。

P2SH 的主要优势包括：首先，在交易输出中，复杂的脚本被哈希值取代，使得交易代码更短。 第二个是将构建脚本的负担转移给接收者，而不是发送者。 三是更好的隐私保护。 理论上，除了接收方，任何其他方都可以不知道兑换脚本中包含的消费条件。 例如，在多重签名交易中，发送方可能不知道与多重签名地址关联的公钥； 公钥仅在收款人花费资金时显示。 但 P2SH 也有缺点：首先，所有可能的支出条件最终都必须公开，包括那些实际上没有触发的条件。 其次，当有多种可能的支出条件时，P2SH 会变得复杂，增加计算和验证的工作量。

但是，P2SH在性能上不同于常见的Pay-to-Public-Key-Hash (P2PKH)，仍然存在隐私保护问题。 Taproot 解决的问题是让 P2SH 和 P2PKH 在链上看起来一样（图 1）： 1. 对于“非合作支出”脚本，采用 MAST 形式； 2、对于“合作消费”脚本，采用基于Schnorr签名的多重签名算法； 3.将“合作支出”和“非合作支出”合并为P2PKH表格； 4.“合作支出”行为类似于P2PKH交易，有公钥和对应的私钥， 不公开底层MAST，只有“非合作支出”才需要MAST的存在，但只是部分执行的脚本。

图 1：主根

二

以太坊

可扩展性一直是困扰以太坊发展的问题，尤其是在 DeFi 应用爆发的 2020 年，网络拥堵导致交易手续费居高不下。 性能不足使得以太坊难以满足“世界计算机”的要求，同时也影响了用户体验。 扩容是以太坊网络的重中之重。 2020年以太坊的进展主要集中在扩容上，分为两部分：一是以太坊2.0的准备和上线，二是Layer 2扩容方案的开发。 突出。

（一）以太坊2.0的进展与路线

在以太坊的发展路线中，转向PoS公链是“静”阶段的目标，即以太坊2.0。 之后，ETH的产出将从挖矿转化为Staking，需要抵押32个ETH才能成为Staking节点。 在最初的计划中，以太坊2.0将分三个阶段推出，即Phase 0、Phase 1和Phase 2。以太坊2.0在信标链上增加了区块链多链结构。 所有分片链都连接到信标链。 信标链负责分片链之间的通信，并为每个分片链选举验证委员会成员。 在第 0 阶段，将启动信标链并启用质押。 在第一阶段，将启动分片链。 初步计划有64个分片，但不支持智能合约和转账。 智能合约将在 Phase 2 上线，正式完成以太坊 2.0 的部署。 在以太坊 2.0 的路线图中，整个计划将在 2022 年完成。

以太坊2.0网络的启动条件是超过16384个验证者抵押32个ETH，即至少需要16384个节点参与。 以太坊 2.0 Phase 0 于 12 月 1 日上线，目前活跃节点数为 26,861，未来还会增加。 这些参与 Staking 的 ETH 只能在以太坊 2.0 的 Phase 2 完成后才能转移。 以太坊2.0是以太坊的长期战略目标，但以太坊创始人Vitalik多次发文支持rollup在以太坊的应用。

在最近以太坊开发团队和Vitalik的公开演讲中，他们都承认以太坊2.0的路线发生了变化，包括以下几点： 1. 未来的路线图将以Rollup为中心，Phase 1将简化为可用的数据Rollup使用的sharding由于最初设想的优势还没有实现，所以不再强调eWASM路线； 2、简化以太坊1.0和2.0阶段的合并，将以太坊1.0的交易直接存储在信标链上，而不是在以太坊2.0中作为分片存在，因此合并的过程会缩短； 3. 工作并行处理，轻客户端，数据分片，1.0和2.0的合并都是独立进行的，只要每一部分都准备好就可以实现。

从以太坊2.0的变化可以看出，整体的发展是朝着更快的落地和使用的方向发展。 Rollup 方案的引入，不仅是为了解决当前迫切的扩展需求，也是为了方便创新。 以太坊 2.0 原有的路线并没有完全放弃，只是不再具有最高优先级。

(2) 以Rollup为中心的路由

Layer 2 解决可扩展性问题的方式是将主链上的行为和操作转移到链下，从而在不影响公链本身的情况下节省主链的资源。 Layer 2 的主流解决方案包括状态通道、侧链、Plasma 和 Rollup。 但是，前三者近年来在发展中遇到了各种瓶颈，如中心化、用户操作复杂、缺乏对智能合约的支持、退出机制复杂等。 Rollup方案的实现是将链下的交易数据打包成一笔交易再传输到链上，同时保证与Layer 1一样的安全性。

对于如何实现 Rollup，不同的团队给出了不同的解决方案。 Optimistic Rollup 和 ZK Rollup 是目前开发团队最多、应用范围最广的两种类型。 Optimistic Rollup采用欺诈证明机制保证节点不会作恶，ZK Rollup采用零知识证明保证与主网同等安全。 这两种解决方案也各有优缺点。 Optimistic Rollup 支持智能合约，但是退出周期比较长，会影响资金利用率。 ZK Rollup 的退出周期相对较短，但很难支持一般的智能合约。

目前，以太坊上的很多应用已经或将要进行不同的Rollup测试网实验，比如Curve、Synthetix、Uniswap，也有一些DeFi项目已经基于Rollup方案上线。

三

波尔卡圆点

（一）技术与治理进展

2020年8月，波卡上线DOT转账功能，标志着主网上线阶段正式完成。 Polkadot 是一种异构的多链架构，使用中继链和平行链进行跨链，让链间进行交互，提高可扩展性，其中 Substrate 框架扮演着非常重要的角色。 Substrate 可以理解为一个集成了各种功能的通用模板。 开发者可以选择调用不同的模块（pallets）来节省开发时间。 目前，Substrate 已经推出了 2.0 版本，新增了 70 多个 pallet 和 off-chain worker 功能。

Kusama测试网在Polkadot主网上线后仍然存在，作为主导网络，Kusama的代币KSM也被保留，其功能与DOT类似。 有风险的功能将在主网上线前运行在 Kusama 网络上进行反馈。 例如，即将上线的平行链卡槽拍卖会先在Kusama上线进行实测，然后再上线Polkadot。 Rococo是专门为测试平行链而推出的测试网络。 目前平行链V1.0版本已经上线，距离主网平行链上线又近了一步。

在治理方面，波卡的链上治理已经启动，但权力大、公众投票率低的问题依然存在。 Polkadot 的理事会通过投票选举产生。 这种投票与公投和质押不冲突，即大户可以选出符合自己意愿的理事会成员，然后用自己的DOT参与公投。 这种方式虽然让治理结果表达了最大利益相关者的意愿，但会造成治理的中心化。 此外，DOT 持有者在公投中的投票率很低。 在 Polkadot 中，质押和治理投票不会相互影响。 目前 Staking 的质押率在 70% 左右，但公投的投票率在个位数左右。 投票率低会影响分布式治理的方式，并不能真正反映所有人的意愿。 这可能是由于重复投票操作的复杂性，也可能是由于用户不理解提案内容而无法做出选择。

（二）生态文明

虽然波卡主网的功能还不完善，但生态中已经涌现出很多应用。 据 PolkaProject 统计，与 Polkadot 相关的项目有近 300 个，包括基于 Substrate 的项目、工具、论坛、钱包等。下图 2 是 PolkaProject 总结的 Polkadot 生态概览。

图 2：Polkadot 生态概览（来源：PolkaProject.com）

Polkadot 的生态应用主要集中在 DeFi，这是目前业界最热门的领域。 其他包括数据、隐私和资产桥梁。 与其他公链平台相比，Polkadot 几乎没有游戏、预测和社交应用。 这与波卡刚刚上线有关，因为一些应用在其他公链或跨链上被篡改。 在 DeFi 领域，流动性释放和 DEX 是最热门的板块。 DOT在波卡中锁定流动性的方式有很多，包括staking、治理、卡位拍卖（锁定治理和其他功能不冲突），所以有流动性释放的DEX是在波卡上进行价值交换的必要应用链。

目前几乎所有的波卡生态应用都需要基于平行链开展业务。 没有上线主网的应用也需要波卡中继链上的验证人来保证安全。 因此，这些项目必须参与平行链的插槽拍卖。

Polkadot 的网络资源是有限的。 目前，它最多支持 100 个平行链。 如果要使用平行链，需要项目方租用平行链卡槽。 卡槽由波卡官方按顺序发布，每隔一段时间开一个，时间间隔不固定。 租用卡槽需要锁定DOT，租期结束后释放。 锁定在租约中的 DOT 将在租期结束后返还，因此租赁成本只是 DOT 的机会成本。 Polkadot 允许其他人为项目方存入 DOT，以帮助项目方赢得拍卖，这就需要项目方设置有效的激励措施来吸引 DOT 持有者。

一般来说，项目方会将自己的代币奖励给帮助其进行平行链拍卖的用户，也称为平行链租赁发售（PLO）。 同样对于用户来说，参与 PLO 的成本就是锁定 DOT 的机会成本。 目前DOT的场景包括Staking、治理、交易、平行链租赁，未来还会有一些应用场景。 对于长期持有 DOT 的人来说，如果项目方给予的代币价值高于参与 Staking 的价值（目前在 10% 以上）或一定的 DeFi 收益，将会更加有利。

根据官方信息，除了最初的平行链以拍卖方式分发外，Web3 还将赞助一些公益链，包括带有基础设施或转接桥的链。 例如，与智能合约相关的平行链在卡槽的使用上可能会直接得到Web3的帮助。 如果没有拿到卡槽，还有几种方式可以参与跨链，使用并行线程，部署到其他已经拿到卡槽的平行链上。 如果你已经有自己的主网，也可以通过跨链桥进行转账。 连接到 Polkadot。

（三）波卡生态存在的问题

平行链的卡槽会采用租赁的方式，这意味着大部分波卡项目需要付出成本（抵押DOT）来换取波卡上的跨链资源，所以平行链发行的门槛与波卡中继的安全性链已被提出。 很多。 对于大多数项目来说，只有能够负担得起租用跨链资源成本的项目，才能利用到波卡的安全性。 否则节点必须自己部署，会增加早期项目的启动难度。 目前项目方采用的PLO方案会存在可持续性问题。 如果分发 Token，则必须通过其他方式吸引用户协助拍卖。 平行链上线后项目方Token的价值捕获能力也存在风险。 在平行链插槽拍卖竞争激烈的情况下，项目方在上线前必须进行大规模的宣传活动，波卡生态中几乎不存在冷启动。 如果未来竞争激烈，由于对跨链资源的争夺，在项目上线之前就会出现“优胜劣汰”的局面。

不过，Polkadot 上还有其他的跨链方案，比如并行线程或者集成到其他有平行链卡槽的项目，也可以选择在 Kusama 网络上发行，以降低成本。 目前平行链和平行线程可用性的差异，以及其他方式对跨链团队的负担，需要在上线后持续观察。

Polkadot 和测试网的 Kusama 功能没有太大区别，所以追求不同稳定性的团队会有不同的选择，但会造成用户和社区的分散。 虽然在技术升级的时候两者不会分叉，但是一开始两个社区就分开了，造成了社区的分裂。

波卡的目标是平台的平台，公链之间的跨链是它解决的问题之一。 对于公链来说，默认的跨链问题只存在于主流公链之间，目前的解决方案不断涌现。 Polkadot 将如何在众多跨链解决方案中胜出，还有待观察。 Polkadot 还具有提高单链性能的优势。 还有各种提高性能的解决方案，例如二层网络。 Polkadot 的作用也需要时间的考验。

Polkadot对于企业平台与公链、企业平台与企业平台之间的跨链有着比较大的想象空间。 然而，跨链的成本和意义还需要进一步研究。 目前，联盟链与公链的互联互通需求并不迫切。

四

文件币

Filecoin为分布式存储IPFS提供激励机制，核心成员也包括IPFS成员，均由Protocol Lab创建比特币矿机的外接天线是什么，一经推出便引起全球关注。 2017年以10%的股份获得2.57亿美元融资，创当时纪录。 启动过程远没有融资那么顺利。 原定于2018年上线的测试网和主网一拖再拖，终于在2020年10月正式上线。Filecoin项目虽然推迟了两年，但相关社区的热情依然存在比特币矿机的外接天线是什么，尤其是矿工社区。

（一）目前进展

在Filecoin共识中，区块生成采用预期共识（EC）模型，即每一轮选出一名或多名矿工创建新区块。 The possibility of a miner winning the election is proportional to the current storage capacity of the miner . 矿工的存储能力通过时空证明（PoSt）和复制证明（PoRep）来证明。 时空证明可以使用证明链和时间戳来证明矿工在一定时间内存储了数据。 即使验证者不在线，也可以在未来这段时间内验证矿工是否生成了证明链，有效防止临时数据生成攻击。 复制证明可以证明数据已在特定扇区成功创建。 并防范三种攻击：一种是女巫攻击； 二是外部数据源攻击； 三是代攻。 复制证明防止矿工使用不同的方法使自己的存储数据小于承诺的存储数据，以获得额外的奖励。

矿工奖励线性释放，每6年产量减半。 目前Filecoin的存储容量已经超过1EiB（Exbibyte），现在达到了1.27EiB，活跃矿工数量为789。虽然Filecoin浏览器显示矿工分布在亚洲、欧洲、北美洲、大洋洲和非洲，从标签和披露信息不难看出，产能占多数的参与者是中国矿工。 在矿工的有效算力分配方面，目前还没有出现类似比特币矿池的中心化情况。

图 3：矿工的有效算力分布（来源：filfox.info）

（二）经济机制与现状

Filecoin经济模型有两个市场：存储市场和检索市场，分别有客户和矿工。 除了以上两个角色，Filecoin经济模型生态中还有开发者和投资人。

在存储市场中，矿工可以通过三种方式获得奖励：一是交易手续费； 另一种是区块奖励； 第三个是网络消息交易费用。 交易手续费和网络交易加速费由客户预付，区块奖励由系统产生。 Filecoin与比特币网络的主要区别在于所提供服务的性质不同：存储是一项长期服务，Filecoin需要矿工长期维持网络的稳定，不像比特币网络，矿工可以自由进出的地方。 存储市场也引入了质押机制，这是一种矿工惩罚机制，保护Filecoin存储市场客户的数据不丢失。

在用户和矿工之间的每一个存储协议中，存储市场矿工都会将客户提供的数据存储在网络中，称为一个扇区（Sector）。 每个矿工添加的扇区会包含存储文件的内容和承诺的存储时间，保证客户在约定的存储时间内可以自由使用自己存储的数据。 当矿工将一个扇区添加到 Filecoin 网络时，矿工需要质押锁定的资金。 锁定资金由两部分组成：矿工自己的FIL代币和一部分区块奖励。 如果矿工在承诺的存储时间内下线，他将损失一部分锁定资金。 如果矿工完全停止存储，他可能会丢失所有锁定的代币。 锁定资金在矿工履行存储协议后解锁，矿工可以在短暂的锁定期后收回所有资金。

这意味着矿工需要质押FIL才能获得区块奖励，但FIL代币是线性逐步释放的。 目前有效算力增长过快。 此外，FIL价格偏高，上线初期波动较大，线性释放时间周期长。 很多矿工不愿意高价购买抵押所需的FIL。 在“罢工”事件中，大量存储容量因FIL不足而无法进入Filecoin网络，但这与超卖矿机有很大关系。 矿工没有治理渠道，所以选择与项目方对抗。 最终结果是项目方妥协，将挖矿奖励由180天线性释放改为25%释放，剩余75%线性释放。 此外，为解决FIL短缺的问题，市场上官方及相关服务商正在准备或已经推出FIL借贷服务。

（三）未来发展

由于Filecoin复杂度高，企业集中决策导致很多矿工不满，与其他公链项目一样，分叉项目相继推出，如Filecash、FileStar等。

目前不难看出，目前Filecoin的挖矿市场比较火爆，FIL的价格也与之相关。 但在最初的设计中，FIL 的供给、需求和价格是由市场服务来调节的。 矿工需要质押FIL才能获得区块奖励，而FIL代币是线性渐进释放的，因此预计供给端增长缓慢，增速呈指数级下降。 在需求端，由于服务需求逐渐增加，所有市场参与者都必须继续购买FIL。 为了保持服务价格的稳定，无论FIL涨跌，存储和检索交易手续费的价格都需要锚定法币或稳定币。 当FIL价格上涨时，客户为FIL单位支付的交易费用和网络加速费用将减少，矿工的区块奖励占收入的比例将增加。 当FIL价格下跌时，客户将支付更高FIL单位的交易手续费和网络加速费，矿工的区块奖励占收益的比例将下降。 假设只考虑服务需求因素，当FIL价格上涨时，客户在二级市场购买FIL的速度会放缓，而当FIL价格下跌时，客户在二级市场购买FIL的速度会增加，达到规范二级市场的作用。

但目前矿工数量远大于用户数量，存储容量供给大于需求，这种平衡被打破。 PoW矿工参与比特币是由利润决定的，所以随着币价上涨，越来越多的矿工和算力加入比特币网络，这是一个渐进的过程。 然而，Filecoin在上线之前就已经生产并销售了大量的矿机。 如果矿机不能进网挖矿，就很难维持现金流。 如果挖矿收益不理想，也会影响到矿机厂商的利益。 市场不再局限于客户和矿工。 未来Filecoin中的市场机制能否发挥作用，是否有真正的用户还需继续观察。 Filecoin存储的审查阻力是否会限制其在全球市场的发展也需要观察。

五人制

思考与总结

目前，除了涉及存储的Filecoin，大部分公链项目现在都采用基于PoS的共识机制。 它们的区别在于 PoS 的具体实现方式、治理机制和经济模型。 未来，以太坊也将采用 PoS 共识。 虽然公链对应用场景没有限制，但应用在链上的汇聚意味着它们处于竞争关系。 以太坊2.0阶段未来应用的迁移和波卡生态应用的发展是公链领域下一个热点。

对于公链本身来说，如何平衡性能、安全和去中心化仍然是一个问题。 比如以太坊的 Rollup 方案和以太坊 2.0 方案都存在各种问题。 找到三者之间的平衡仍然是突破口的公共链接。

“公链”讲完了，下一期“应用”将带大家回顾一下2020年区块链应用的发展历程，看看今年有哪些区块链应用在全球掀起了波澜。 我们从中学到了什么。 《申请》将于下周三（12月16日）发布，敬请期待！

结尾