公共链：比特币、以太坊、波尔卡多和filecoin

前言：2020年即将结束。今年区块链行业给你留下最深刻印象的是什么？是公链生态的爆炸式增长吗？或者区块链应用正在蓬勃发展？还是一项重大政策？2020年底，万象区块链推出了公链、应用、服务实体经济、监管四大重量级年审文章，记录了区块链发展的一年。
以下是万象区块链首席经济学家办公室撰写的年审系列——公链部分。加在一起，今年的公共公链一直在激增。

2020年即将结束。尽管这**行病席卷全球，但并未影响区块链产业的发展。这一年，公链和生态应用取得突破，各国区块链和加密资产政策逐步完善。本文回顾了今年区块链产业的进展，特别是公链的进展，重点介绍了比特币、以太坊、波卡和filecoin四大热点公链。

比特币

今年，比特币**的技术进步是taproot/Schnorr的升级，由比特币开发者Pieter wuille提出，并作为比特币改进建议（BIPS）发布。提案编号为BIP340-342，已正式纳入比特币代码的主要分支。这是自闪电网络推出以来比特币**的技术扩展。

（1） Schnorr升级

比特币目前使用的ECDSA签名算法和将采用的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是secp256k1和散列函数sha256，因此在这个级别上它们具有相同的安全性。

Schnorr签名算法具有以下优点。

首先，Schnorr签名算法具有可证明的安全性。在随机预言模（假设椭圆曲线离散对数问题的困难性）和一般群模（具有前映像抵抗和第二预映像抵抗）下，Schnorr签名算法在选择消息攻击（suf-cma）下具有很强的不可伪造性。换句话说，如果Schnorr签名的私钥未知，即使任何消息都存在有效的Schnorr签名，也不能推断出其他有效的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签名算法具有非延展性。签名扩展性的含义是第三方可以在不知道私钥的情况下，将公钥和消息的有效签名转换为公钥和信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bip62和bip146的问题。

第三，也就是使多个合作伙伴的签名的线性和也是有效的。这一特性对于多重签名、批量验证等应用非常重要。它不仅可以提高效率，而且有助于保护隐私。在ECDSA签名算法中，如果没有额外的见证数据，批量验证会相对一个一个地进行，从而增加了无效率。

**，Schnorr签名算法由于使用了相同的椭圆曲线secp256k1和散列函数sha256，所以与当前比特币的公钥和私钥生成机制兼容。

（2） 主根升级

Taproot升级可以看作是MERCk抽象语法树（MAST）的一个应用，它与pay-to-script hash（p2sh）相关。

P2sh是2012年推出的一种新交易，使用复杂的脚本就像直接向比特币地址支付一样简单。在p2sh中，复杂的锁脚本被它的散列值替换，这个散列值称为赎回脚本。当后续事务尝试使用utxo时，必须包含与哈希值匹配的脚本，并且该脚本将被解锁。

p2sh的主要优点包括：首先，在事务输出中，将复杂的脚本替换为哈希值，从而使事务代码更短。第二种方法是将构建脚本的负担转移给接收方，而不是发送方。第三，隐私保护更好。理论上，除了收款人以外，没有任何一方可以知道赎回脚本中包含的费用条件。例如，在多个事务中，发送方可能不知道与多重签名地址相关的公钥；只有当接收方支付了钱时，才会公开密钥。但p2sh也有缺点：首先，必须披露所有可能的支出条件，包括那些实际上没有触发的情况。其次，当存在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的性能不同于普通的pay-to-public-key-hash（P2P-KH），p2sh仍然存在隐私保护问题。Taproot解决了使p2sh和p2pkh在链上看起来相同的问题（图1）：1。对于“不合作支出”脚本，采用mast格式。对于协同支出脚本，采用基于Schnorr签名的多重签名算法。将“协作支出”脚本更改为“协作支出”脚本4“协作支出”被表示为一个P2P KH事务，它有一个公钥和相应的私钥，不需要公开底层mast。它只需要公开mast的存在，而且只需要显示脚本执行的部分。

图1：主根

以太坊

的可扩展性一直是困扰以太坊发展的一个难题，特别是在2020年，网络拥塞导致服务费用过高。性能的不足使得以太坊难以满足“世界计算机”的要求，这也影响了用户体验。扩容是以太坊网络的重中之重。2020年以太坊的进展主要中心化在扩容上，分为两个部分：一是以太坊2.0的筹备和推出，二是二层扩展方案的制定，其中上卷路线最为突出。
（1）以太坊2.0的进展和路线。在以太坊
的发展路线中，以太坊2.0的目标是变成POS的公链，之后ETH的输出将从挖矿转移到STARKING，32个ETH需要抵押成为一个分段节点。在最初的计划中，以太坊2.0将分三个阶段推出，即第0阶段、第1阶段和第2阶段。以太坊2.0是一个区块链多链结构，带有信标链和碎片。所有的碎片链都与信标链相连。信标链负责碎片链之间的通信，并为每个碎片链选举验证委员会成员。在第0阶段，信标链将启动并开始STARKING，第1阶段将在线和分段链。初步计划有64个部分，但不支持智能合约和转账。智能合约将在第二阶段推出，以太坊2.0的部署也将正式完成。在以太坊2.0的路线图中，整个项目将于2022年完成。
以太坊2.0网络的启动条件是16384个以上的验证器抵押32个ETH，即至少需要16384个节点参与。以太坊2.0的第0阶段于12月1日开始。活动节点数为26861个，以后还会增加。这些参与STARKING的ETH只有在以太坊2.0的第二阶段完成后才能转移。以太坊2.0是以太坊的长期战略目标。然而，以太坊的创始人维塔利克（vitalik）已经发了几篇论文来支持汇总在以太坊中的应用。
在以太坊开发团队和维塔利克最近的公开演讲中，他们承认以太坊2.0的路线已经改变，包括以下几点：1。未来的路线图将中心化于汇总，阶段以太坊1.0.0的优势并没有直接在以太坊1.0.0中实现，不会在以太坊1.0和2.0的合并过程中简化，而是分为两个阶段：一是简化以太坊1.0.0的流程，另一个是简化以太坊碎片化的过程，1.0和2.0的合并是独立的，只要每个部分准备好就可以实现。
从以太坊2.0的变化可以看出，整体是朝着更快落地的方向发展。推出汇总解决方案，不仅解决了当前迫切的扩张需求，而且有利于创新。以太坊2.0最初的路线并没有被完全抛弃，只是不再拥有**优先级。
（2）以上卷为中心的路由
Layer2通过将主链上的行为操作转移到链下，从而在不影响公链自身的情况下节省主链资源，解决了可伸缩性问题。Layer2的主流解决方案包括状态通道、侧链、等离子和卷取。但近年来，智能合约支持机制的发展出现了各种瓶颈，如前三个。rollup方案的实现是将事务数据打包成链中的一个事务，然后将其传输到链中。同时保证了与第一层一致的安全性。对于如何实现汇总，不同的团队给出了不同的解决方案。优化汇总和ZK汇总是目前开发团队中使用最广泛的两种。**上卷通过防欺诈机制保证节点不会作恶，而ZK-rollup则使用零知识证明来保证与主网相同的安全性。这两种方案各有利弊。**上卷支持智能合约，但退出周期较长，影响资金使用率。ZK-rollup退出周期短，但很难支持一般智能合约。
目前，以太坊上的许多应用已经或将要进行不同的汇总测试网络测试，如curve、synthetix和Uniswap，也有一些基于rollup方案的DFI项目已经启动。

波卡

（1）技术与治理进展
2020年8月，Polkadot推出点传送功能，标志着主线阶段正式完成。Polkadot是一种异构的多链体系结构，它采用中继链和并行链的形式来交叉链，使链之间能够相互作用，提高了可伸缩性。其中基底起着非常重要的作用。摘要：摘要可以理解为集成了各种功能的通用模板。开发人员可以选择调用不同的托盘来节省开发时间。目前，基板已经在2.0版本中推出，增加了70多个托盘和离线机器功能。
Kusama试验网络在Polkadot的主网络启动后仍然存在，并充当主导网络。Kusama的权杖K也被保留下来，其功能与dot相似。有风险的职能部门将在进入主网络之前对Kusama网络进行反馈。例如，将要推出的并行连锁卡槽拍卖将在贵霜进行实际测试，然后在Polkadot推出。Rococo是一个专门为测试并行链而设计的测试网络。目前，并行链v1.0版已经推出，这意味着距离主网并行链的推出又近了一步。在
的治理方面，波卡的连锁治理已经启动，但权力大、公众投票率低的问题依然存在。波卡的董事会是通过投票选举产生的，这与公投和分期并不冲突。也就是说，大家庭可以选出符合自己意愿的理事会成员，然后带着自己的网点参加公投。虽然这种方法可以让治理结果表达**利益相关者的意愿，但会导致治理的中心化。此外，在公投中，网点持有人的投票率非常低。在波卡语中，赌注和治理投票互不影响。目前阶段性承诺率约为70%，但公投投票率约为个位数。低投票率会影响治理的去中心化程度，不能真实反映全体人民的意愿。这可能是由于重复投票操作的复杂性，或者用户可能因为不知道提案的内容而无法做出选择。尽管Polkadot主网的功能还不完善，但在生态学中已经出现了许多应用。据polkaproject统计，与Polkadot相关的项目已经达到近300个，包括基于底层开发的项目、工具、论坛和钱包。下面的图2是波尔卡项目的Polkadot生态学概要。

图2:Polkadot生态概况（图片来源：PolkaProject.com网站)目前在整个产业中应用最广泛的也是****的一个领域。其他包括数据、隐私和资产桥。与其他公链平台相比，Polkadot在游戏、预测和社交网络方面的应用很少，这与Polkadot刚刚推出有关，同时也因为有些应用在其他公链上被造假或跨链意义不大。在DeFi领域，流动性释放和DEX是****的行业。在Polkadot中锁定流动性有很多方法，包括STARKING、治理和槽位拍卖（锁定治理和其他功能并不冲突）。因此，有必要释放流动性。DEX是链上价值交换的必要应用。基于pol-031的生态链上的应用程序几乎都需要在pol-031的主链上进行并行验证，因此需要并行进行这些基于pol-031的网络应用程序的验证。
Polkadot的网络资源有限。目前最多支持100条平行链。如果你想使用平行链，你需要租用平行链卡槽。卡槽由Polkadot officer依次释放，并定期打开一个卡槽，时间区间不是固定的。租赁时段需要锁定点，等待租赁期结束后释放。租赁期结束后，租赁锁定点将被归还，因此租赁成本仅为运输部的机会成本。Polkadot允许其他人向项目方存入dot，以帮助项目方在拍卖中获胜，这就要求项目方建立有效的激励方法来吸引dot持有人。
一般来说，项目方会将自己的代币奖励给帮助他们进行平行链拍卖的用户，这也叫平行租赁报价（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的应用场景包括STARKING、治理、交易和平行链租赁，未来还会有一些应用场景。对于dot的长期持有人而言，如果项目方给出的代币价值高于参与分期（目前超过10%）或某些DFI的价值，则更为有利。
在官方信息中，除了最初通过拍卖方式分配的平行连锁外，Web3还将赞助一些公益性公链，包括那些包含基础设施或桥梁的公链。例如，与智能合约相关的并行链在卡槽的使用中可以直接得到Web3的帮助。如果没有成功获得卡槽，有几种解决方案可以参与交叉链，使用并行线程并部署到已经获得卡槽的其他并行链上。如果您已经拥有自己的主网络，您也可以通过跨链桥转接到Polkadot。
（3）Polkadot生态中的问题：
并行链的卡槽将被租用，这意味着大多数Polkadot项目必须支付成本（抵押点）来交换Polkadot上的跨链资源。因此，在polt-chain的并行发布中，kadt-chain的安全性得到了很大的提高。对于大多数项目，只有那些能够负担得起跨链资源租赁的项目才能使用Polkadot的安全性。否则，它们必须自己部署节点，这将增加启动早期项目的难度。目前，项目方采用的PLO解决方案存在可持续性问题。如果代币发行，必须采取其他方式吸引用户协助拍卖。并行链上线后项目方代币的价值获取能力也存在风险。在平行链槽拍卖竞争激烈的情况下，项目方必须在上线前进行大规模的宣传活动。冷启动在波卡生态系统中很难存在。如果未来资源竞争激烈，竞争将更加激烈。
，然而，在Polkadot上还有其他跨链解决方案，例如并行线程或集成到具有并行链槽的其他项目中。你也可以选择在Kusama网络上发行，以降低成本。目前，并行链与并行线程可用性的差异、跨链对团队其他方面的负担等都需要在线后不断观察。
polkadot和test network的贵霜功能没有区别，所以追求不同稳定性的团队会有不同的选择，但用户和社区会去中心化。虽然二者在技术升级过程中不会发生分歧，但两个共同体在一开始就被分离了，这就造成了共同体在无形中的分裂。
Polkadot的目标是平台化，公链之间的交叉链是其问题之一。对于公链，默认的跨链问题只存在于主流的公链之间，目前的解决方案不断出现。波卡如何在许多跨链解决方案中获胜仍有待观察。Polkadot还具有提高单链性能的优势。目前有很多提高网络性能的方案，如二层网络。波卡的角色也需要时间检验。
Polkadot在企业平台与公链、企业平台与企业平台之间的跨链中的想象空间相对较大，但跨链的成本和意义还需要进一步研究。目前，联盟链与公链的连接需求并不迫切。

文件币

filecoin为分布式存储IPF提供了一种激励机制，核心成员还包括IPFs成员。它们都是由协议实验室创建的，一旦推出，就引起了全世界的关注。2017年，该公司以10%的份额获得了2.57亿美元的融资，创下当时的历史新高。然而，在线过程远没有融资那么顺利。本计划2018年启动的试验网和主网一次又一次推迟，最终10个将于2020年正式启动。尽管filecoin项目已经推迟了两年，但相关的社区热仍然存在，尤其是矿工社区。
（1）
当前进展，在filecoin共识中，区块生产采用预期共识（EC）模式，即每轮选出一个或多个矿工来创建新区块。矿工在选举中获胜的概率与矿工目前的储存能力成正比。利用时空证明（posst）和**证明（porep）证明了矿工的存储容量。时空证明可以利用证明链和时间戳证明矿工在一定时间段内存储数据。即使验证器不在线，也可以验证矿工在未来这段时间内已经生成了证明链，可以有效防止临时生成数据的攻击。**证明可以证明数据已在特定扇区中成功创建。并防止三种攻击：一种是女巫攻击；另一种是外部数据源攻击；第三种是生成攻击。**证明避免了矿工通过不同的方法使自己的存储数据小于承诺的存储数据，从而获得额外的补偿。
名矿工的奖励将线性发放，产量将每六年减半。目前，filecoin的存储容量已经超过1 EIB（exbibyte），现在达到1.27 EIB。现役矿工人数为789人。尽管filecoin浏览器显示，矿工分布在亚洲、欧洲、北美、大洋洲和非洲，但从标签和披露信息不难看出，参与者大部分是中国矿工。在矿工有效算力的分布上，没有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公司)
（2）经济机制与现状
在filecoin经济模中有两个市场：存储市场和检索市场，其中分别有客户和矿工。除了上述两个角色之外，filecoin经济模的生态系统中还有开发者和投资者。
在存储市场上，矿工可以通过三种方式获得奖励：一是交易费；二是区块奖励；三是联网短信交易费。交易费用和网上交易加速费由客户预先支付，系统生成区块奖励。filecoin网络和比特币网络的区别在于服务性质的不同：存储是一项长期服务，而filecoin要求矿工长期保持网络的稳定性，而不是像比特币网络那样能够自由进出。存储市场还引入了质押机制，这是一种矿工惩罚机制，以确保filecoin存储市场的客户数据不会丢失。
在用户和矿工之间的每一个存储协议中，存储市场的矿工将客户提供的数据存储在网络中，这个网络称为扇区。每个矿工增加的扇区将包含存储文件的内容和承诺的存储时间，以保证客户可以在约定的存储时间内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，该矿工需要质押一笔锁定基金。锁定基金由两部分组成：矿工自己的fil代币和一些区块奖励。如果矿工在承诺的存储时间内下线，他将失去部分锁定资金。如果矿工完全停止储存，他可能会丢失所有锁定的代币。锁定资金将在矿主履行储存协议后释放，矿工可在短时间锁定后收回所有资金。
这意味着矿工需要保证fil才能获得区块奖励，但fil代币是线性的，并且逐渐释放。目前，有效算力增长过快。另外，fil的价格过高，上线初期波动较大，线性投放周期较长。许多矿工不愿支付高水平抵押贷款所需的资金。因此，“**”事件早在网上就已经引起了。由于fil不足，许多存储容量无法进入filecoin网络，但这与挖矿机的过度销售有关，这一点非常重要。矿工没有治理渠道，于是选择与项目方对峙，最终结果是项目方妥协，挖矿奖励由180天线释放改为25%释放，剩余75%线性释放。此外，为了解决国际金融租赁短缺的问题，官方和市场相关服务提供商正在准备或已经推出贷款服务。
（3）未来发展
由于filecoin的高度复杂性和公司化的中心化决策，引起了很多矿工的不满，因此与其他公链项目一样，也推出了分岔项目，如filecash、filestar等，目前不难看出
出现在filecoin中。目前矿业市场火爆，而矿产品价格也与之相关。但在最初的设计中，fil的供需和价格是由市场服务来调节的。矿工需要承诺fil才能获得区块奖励，而fil代币是线性逐步释放的，因此预计供给侧增长缓慢，增长率指数下降。在需求方面，由于服务需求的逐渐增长，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的涨跌，交易费用的存取价格都需要以法定货币或稳定币为基础。当fil价格上涨时，客户支付的fil单位交易费和网络加速费将减少，矿工区块奖励在收入中的比重增加。当fil价格下降时，客户将支付较高fil单元的交易费和网络加速费，奖励占矿工区块收入的比例降低。假设仅考虑服务需求因素，当fil价格上涨时，二级市场上客户购买fil的比率会下降；当fil价格下降时，二级市场的fil购买率会增加，这可以调节二级市场的功能。但目前，矿工数量远大于用户数量，储能供给大于需求。比特币的矿工加入与否取决于利润，因此随着货币价格的上涨，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，在filecoin上线之前，已经生产并销售了大量的挖矿机。如果采煤机不能进入网络进行挖矿，就很难维持现金流。如果矿业收入不理想，会影响挖矿机械Maker的利益。目前，filecoin网络的存储市场不仅有客户和矿工参与。未来，filecoin的市场机制能否发挥作用，是否有真正的用户使用仍需观察。对filecoin存储的反审查是否会限制其在全球市场的发展也需要观察。

的思考与总结

目前，除了涉及存储的filecoin外，目前大部分公链项目都采用基于pos的共识机制，不同之处在于pos的具体实施方式、治理机制和经济模式，以太坊未来也将采用pos共识。虽然公链中没有应用场景，但是链上的应用聚合意味着它们处于竞争关系中。以太坊2.0未来的应用迁移和Polkadot生态应用的开发是下一步公链领域的热点。
对于公链本身来说，如何平衡性能、安全性和去中心化性仍是其面临的问题。例如，以太坊的汇总方案和以太坊2.0解决方案存在各种问题。找到三者的平衡点，仍然是公共联系的突破口。