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边肖：记得要集中注意力。
来源：趣链科技橙
本文是Polkadot系列的开篇之作。通过介绍Polkadot的角色、结构和事务流程，可以对Polkadot有一个初步的了解。涉及的技术点，比如混合共识，有效性验证，XCMP协议等。将由以下Polkadot系列文章详细分析，敬请关注。
文末福利：跨链公开课实战演练来了！
波尔卡多特
提到Polkadot，人们首先想到的可能是它是一个非常热门的跨链项目，它和Cosmos在网络上也被称为跨链“双雄”。但实际上，如果Polkadot仅仅定位为一个跨链项目，就说明对Polkadot的了解还不够。
Polkadot更准确的解释应该是一个可扩展的异构多链区块链，跨链只是其系统的一个功能。Polkadot的复杂度远大于目前常见的跨链项目，既考虑了跨链的基本功能，又保证了跨链交易的有效性。
另外，通过共享安全技术来保证平行链的安全性，这是目前大多数类似项目都不具备的功能。
四种类型的角色
为了更好地解释Polkadot的整体结构，我们先来解释一下Polkadot中的四个角色：收集者、验证者、被提名者和渔夫。它们的具体关系如图1所示：
图1
收藏家
并行链的所有节点负责并行链中事务的收集和块的打包。注意，这里打包的块只是候选块，不代表确认块。中继链负责确认并行链中的块。
验证者
中继链的所有节点，中继链会通过在验证者池中随机分组，将验证者分配到不同的并行链上。验证者将接受收集者打包的块并验证其有效性，然后结合一致性算法确认收集者提交的块。
被提名人
Polkadot中数字货币dot的持有者会选择自己信任的验证者来质押DOT，然后分享验证者的收益。至于为什么需要提名人这个角色，需要了解Polkadot的经济模型，这里就不做过多解释了。
渔夫
其主要功能是监督系统，通过举报非法交易赚取奖金。虽然验证者通过随机分配服务于不同的并行链，从某种角度来说，增加了验证者联合作恶的成本，但仍然需要渔夫的角色来监督验证者的行为。
整体架构
图2
有了以上对Polkadot四个角色的定义和解释，下面我们来介绍一下整体架构：
如图2所示，Polkadot是一个树状的网络结构，中继链可以看作一个树根，然后外接一定数量的并联链。因为中继链可以接入的并行链数量有限，所以中继链也可以以树的形式接入子中继链进行规模扩张。同时，子中继链也可以用同样的方式扩展。
在绿色标记的平行链中，收集者将收集和广播交易。对于打包好的块，收藏者不仅会广播给其他收藏者和钓鱼者，还会将块提交给自己的验证者。每个并行链也将有一个访问队列。如果块中有跨链事务，收集器会将跨链事务放入退出队列，然后收集器或验证器会将跨链事务路由到目标并行链。
最后，除了接入平行链，中继链还可以桥接成一些不能直连的异构链或者区块链，比如上图中的以太坊。桥接链是具有桥接功能的平行链。
对于那些不熟悉Polkadot的人来说，仅仅从上面的架构图来看，可能仍然不清楚事务的工作流程。为了让大家对Polkadot有更深入的了解，下面介绍一下Polkadot中一个事务的“生命之旅”，即一个并行链中的事务是如何打包的，在中继链中是如何确认的，跨链的事务是什么时候处理的
注意，这里不涉及桥接链的情况。为了不混淆块打包和确认的概念，这里稍微解释一下它们之间的区别。块打包就是把多个事务收集起来，打包成一个块。此时，该块不是最终的，并且有一定的概率被丢弃。方块确认是指方块被最终确认，不会被推翻和丢弃。这种把块的打包和确认分开的共识算法一般被称为混合共识，Polkadot就是这样一种共识算法。具体的技术细节我就不在这里细说了，留给后面的文章详细讲解。
平行链阶段首先，平行链中的收集者收集到足够多的交易后，会将交易打包成一个块，提交给验证者(该块尚未确认)。收集器提交给验证器的数据实际上不仅仅是一个块，而是一个POV数据。POV包括块、有效性证明数据和跨链数据。有效性认证数据主要是提供给验证者验证块的有效性，因为采集器封装的块可能包含无效的交易。
验证者收到POV数据后，会将其同步到同一组的验证者，同时会根据有效性证书数据和块进行有效性验证。验证完成后，验证者将根据纠删码技术对POV进行分块和签名，并广播给其他验证者进行备份。
这里备份的目的主要是保证中继链确认块后，即使恶意收集器丢弃了块，并行链也能从验证者那里恢复块。
中继链阶段的验证者广播POV块签名后，将生成候选回执并广播给其他中继链的验证者。候选接收包含并行链块的关键信息，例如块散列和父块散列。在剩余的验证者收集了足够数量的通过检查的POV块后，他们会将候选收据放入块列表中。接力链的共识阶段会选出一个领队，领队负责区块。此时，该块(中继链的块)包括先前的候选收据。
在块确认阶段，其他验证者首先需要收集足够的POV块以恢复POV数据，然后验证候选人收据的有效性。此时，如果验证者无法收集足够的POV块，将要求并行链验证者提供POV。如果并行链验证器不能提供POV，该块将无效，相关的并行链验证器将受到惩罚。
在跨链事务转移到并行链的阶段，收集器在打包块的同时，也会将跨链事务放入并行链的队列中。跨链事务通过XCMP协议传输。根据采集器与校验器之间的网络连接，具体有三种传输方式：
源链收集器直接发送给目的链收集器；
源链验证器将其发送到目的链收集器；
源链收集器将它发送给源链验证器，源链验证器将它传递给目的链验证器，目的链验证器将它传递给目的链收集器。
跨链事务被传递到目的链后，将被放入并行链条目队列中。通过以上步骤，完成了链间跨链交易的转账功能。
总结虽然Polkadot架构比较复杂，而且有很多新的术语，比如POV block、XCMP协议、候选回执等。即使是并行链的块也必须经过中继链确认，中继链还包括有效性验证、POV数据分块、签名和备份等步骤。这些复杂的设计也使整个系统更具可扩展性和安全性。
