\Blockchain 2020 公链年度回顾：比特币、以太坊、Polkadot 和 Fileco

前言：2020年即将结束。今年对区块链行业印象最深的是什么？是公链生态的爆发式增长吗？还是区块链应用的繁荣？还是主要的政策利益？ 2020年底，万向区块链推出《公链》、《应用》、《服务实体经济》四大年度回顾系列文章

前言：2020年即将结束，这一年，你对区块链行业印象最深的是什么？是公链生态的爆发式增长吗？还是区块链应用的繁荣？还是主要的政策利益？ 2020年底，万向区块链推出《公链》、《应用》、《服务实体经济》、《监管》四篇重磅年度回顾系列文章，记录了一个乘风破浪的区块链发展之年。

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。一起来看看，公链今年风起云涌。

2020 年即将结束。疫情虽然席卷全球，但并没有影响到区块链行业的进步。过去一年，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的回顾，特别是公链的进展，重点介绍了比特币、以太坊、波卡和Filecoin四大公链。

比特币

比特币今年最大的技术进步是Taproot/Schnorr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，相关提案序列号为BIP 340-342，现已正式发布并入比特币代码的主分支。这是自闪电网络上线以来比特币最大的技术扩展。

(一）Schnorr升级

比特币目前使用的ECDSA签名算法和即将采用的Schnorr签名算法都是椭圆曲线数字签名算法。曲线都是 secp256k1 和哈希函数 SHA256比特币有多少个节点，所以在这个级别具有相同的安全性。

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。在假设椭圆曲线离散对数问题难度的Random Oracle模型和假设Preimage Resistance和Second Preimage Resistance的一般组模型下，Schnorr签名算法在Chosen Message Attack (SUF-CMA)下具有很强的不可伪造性。换句话说，如果你不知道 Schnorr 签名的私钥，即使你对任何消息都有一个有效的 Schnorr 签名，你也无法推导出其他有效的 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签名算法具有不可延展性。签名延展性 意思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消息的另一个有效签名。 ECDSA 签名算法具有内在的可能性。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，使得多个合作方能够生成对其公钥总和也有效的签名。这个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，还可以帮助保护隐私。在 ECDSA 签名算法下，如果没有额外的见证数据，批量验证对一一验证没有影响。提高效率。

最后，Schnorr签名算法兼容当前比特币公私钥生成机制，因为它使用相同的椭圆曲线secp256k1和哈希函数SHA256。

(二）Taproot 升级

Taproot升级可以看成是默克尔化抽象语法树（MAST）的一种应用，而MAST与Pay-to-Script-Hash（Pay-to-Script-Hash，简称P2SH）有关。

P2SH 是 2012 年推出的一类新交易，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，称为赎回脚本。当后续交易尝试花费这个 UTXO 时，它必须包含一个匹配哈希的脚本并同时解锁该脚本。

P2SH的主要优点包括：第一，在交易输出中，复杂的脚本被哈希值代替，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，除了收款人之外，没有任何一方可以知道赎回脚本中包含的支付条件。例如，在多重交易中，发送方可能不知道与多重签名地址关联的公钥；公钥仅在接收者花费资金时才会显示。但P2SH也有不足之处：首先，所有可能的消费条件最终都必须公开，包括那些实际上没有被触发的。其次，当有多种可能的消费条件时，P2SH会变得复杂，增加计算和验证的工作量。

但P2SH在性能上与常见的Pay-to-Public-Key-Hash (P2PKH)不同，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、 采用 MAST 形式表示“非合作性支出”脚本；2、 表示“协作性支出”脚本花费”脚本）“花费”脚本，使用基于 Schnorr 签名的多重签名算法； 3、将“合作消费”和“非合作消费”组合成P2PKH形式； 4、“协同消费”的表现就像P2PKH交易一样，有一个公钥和一个对应的私钥，不需要透露底层的MAST，只有在“非合作消费”的情况下，需要披露 MAST 的存在，但只需要披露执行的那个。脚本的一部分。

图 1：主根

以太坊

可扩展性一直困扰着以太坊的发展问题，尤其是 2020 年 DeFi 应用的爆发，网络拥堵导致高额手续费。性能不足使得以太坊难以满足“世界计算机”的要求，也影响了用户体验。扩展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扩容计划的制定，其中Rollup路线是最突出的。

(一）以太坊2.0进度和路线

在以太坊的发展路线中，转换为 PoS 公链是“安静”阶段的目标，即以太坊2.0。之后，ETH的产出将从挖矿转为Staking，成为Staking节点需要抵押32个ETH。在原计划中，以太坊2.0将分为三个阶段推出，分别是Phase 0、Phase 1和Phase 2。 Ethereum2.0是beacon的多链结构链加分片，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成员。阶段 0 将启动信标链并开始 Staking，阶段 1 将启动分片链。最初的计划是总共有 64 个分片。 ，但不支持智能合约和转账。智能合约将在第二阶段启动，以太坊2.0的部署将正式完成。在以太坊2.0的路线图中，整个解决方案将于2022年推出，2018年完成。

以太坊2.0 网络的启动条件是超过16384个验证者质押32个ETH，即至少需要16384个节点参与。以太坊2.0 12月1日开启Phase 0阶段质押，目前活跃节点数为26861，未来还会增加。这些参与 Staking 的 ETH 仅在以太坊的第 0 阶段可用 2.0 只有在第 2 阶段完成后才能进行转移。以太坊2.0是以太坊的长期战略目标，但是以太坊创始人Vitalik已经发表了很多文章支持rollup在以太坊中的应用。

在近期以太坊开发团队和Vitalik的公开演讲中，他们承认以太坊2.0的路线发生了变化，包括以下几点：1、未来路线图将以Rollup为中心，第一阶段将被简化为可供 Rollup 使用的数据分片。由于最初设想的优势尚未实现，因此不再强调eWASM路线； 2、简化以太坊1.0和2.0阶段的合并，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 作为分片，这样合并会缩短； 3、工作是并行化的，轻客户端、数据分片、1.0和2.0的合并都是独立完成的，只要各部分准备好就可以实现。

从以太坊2.0的变化可以看出，整体正在朝着更快实现的方向发展。 Rollup 方案的推出，不仅是为了解决当前迫切的扩容需求，也有利于创新。以太坊原来的路由2.0并没有完全放弃，只是不再拥有最高优先级。

(二）以 Rollup 为中心的路由

Layer 2通过将主链上的行为操作转移到链下来解决可扩展性问题，从而在不影响公链本身的情况下节省主链资源。 Layer 2 主流解决方案包括状态通道、侧链、Plasma 和 Rollup。但是前三者近几年在发展中遇到了各种瓶颈，比如中心化和用户操作复杂、不支持智能合约、退出机制复杂等。 Rollup 方案的实现就是对交易数据进行打包到一个链下并转移到链上，同时确保与第 1 层相同的安全性。

对于如何实施 Rollup，不同的团队给出了不同的解决方案。 Optimistic Rollup 和 ZK Rollup 是目前使用最广泛的两个开发团队。 Optimistic Rollup 通过防欺诈机制确保节点不会作恶。 ZK Rollup 采用零知识证明，保证与主网相同的安全性。这两种方案也各有优缺点。 Optimistic Rollup 支持智能合约，但是提现周期比较长，会影响资金的利用率。 ZK Rollup Short 的提现周期对比，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在不同的 Rollup 测试网上进行测试，例如 Curve、Synthetix 和 Uniswap 等，还有一些已经基于 Rollup 程序推出的 DeFi 项目。

波卡

(一）技术和治理进展

2020 年 8 月，Polkadot 上线 DOT 转账功能，标志着主网上线阶段正式结束。 Polkadot 是一种异构多链架构，使用中继链和并行链进行跨链，让链交互并提高可扩展性。其中，Substrate 框架起着非常重要的作用。 Substrate 可以理解为综合各种功能的通用模板。开发者可以选择调用不同的模块（托盘）来节省开发时间。目前Substrate推出2.0版本，新增70多个托盘和脱链工作机功能。

Kusama 测试网在波卡主网上线后依然存在，作为主导网络，Kusama 的代币 KSM 也保留了与 DOT 类似的功能。有风险的功能将在主网上启动之前在 Kusama 网络上运行反馈。例如，即将在 Kusama 启动实际测试后，将在波卡上启动平行链插槽拍卖。洛可可专为测试平行链推出的测试网，平行链V1.0版本已经上线，意味着主网平行链又近了一步。

在治理方面，Polkadot 的链上治理已经开启，但仍然存在算力大、公众投票率低的问题。 Polkadot 的理事会是通过投票选出的。本次投票与公投和 Staking 不冲突，即大户可以选举出符合自己意愿的理事会成员，然后使用自己的 DOT 参与公投。虽然这种方法允许治理结果表达最大利益相关者的意愿，但它会提出治理集中化的问题。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。低投票率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，也可能是因为用户不了解提案内容，无法做出选择。

(二）生态进步

虽然波卡主网的功能还不完善，但生态中已经出现了很多应用。据 PolkaProject 统计，Polkadot 相关项目已达近 300 个，包括基于 Substrate 开发的项目、工具、论坛、钱包等。下图 2 是 PolkaProject 总结的 Polkadot 生态系统概览。

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

Polkadot 的生态应用主要集中在 DeFi，这是目前业界最火的领域。其他包括数据、隐私和资产桥梁类。与其他公链平台相比，Polkadot 几乎没有与游戏、预测和社交网络相关的应用。这和波卡刚刚上线有关，也因为一些应用在其他公链上被篡改或者跨链意义不大。在 DeFi 领域，流动性释放和 DEX 是最受欢迎的板块。 Polkadot 中 DOT 的流动性锁定方式有很多，包括 Staking、治理和卡槽拍卖（锁定治理和其他功能不冲突），所以有流动性释放。 DEX是链上价值交换的必备应用。

目前几乎所有的波卡生态应用都需要基于平行链进行业务，而未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，所以这些项目都必须参与到slot拍卖平行链。

Polkadot 的网络资源有限，目前最多支持 100 条平行链。项目方需要租用平行链卡槽。卡槽由波卡官方按顺序放开，每隔一段时间开一个，时间间隔不固定。租卡槽需要锁住DOT，等待租期到期。租用的 DOT 将在租用期间释放。期满后归还，所以租金只是DOT的机会成本。 Polkadot 允许他人为项目方存入 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机制来吸引 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行（PLO）。同样，对于用户来说，参与 PLO 的 DOT 的成本就是锁定 DOT 的机会成本。 DOT目前的场景包括Staking、治理、交易和平行链租赁，未来还会有一些应用场景。对于 DOT 的长期持有者，如果项目方给出的代币价值高于参与 Staking（目前在 10% 以上）或者一些 D eFi 的收益会更加优惠。

在官方信息中，除了最初的平行链拍卖分配外，Web3还将赞助一些公益链，包括有基础设施的链或传输桥。例如，与智能合约相关的平行链可以直接由 Web3 辅助使用卡槽。如果没有成功获得卡槽，有几种选择参与跨链，使用并行线程和部署到其他已经获得卡槽的平行链。如果你已经有自己的主网，也可以通过跨链桥进行转账。在 Polkadot 上收到。

(三）Polkadot 生态系统中的问题

平行链的卡槽会被租用，这意味着大多数波卡项目都需要支付成本（抵押DOT）来换取波卡上的跨链资源，所以借助平行链发行的门槛Polkadot 中继链的安全性提高了很多。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使用波卡，否则，你将不得不自己部署节点，这会增加早期项目的启动难度。目前，项目方采用的 PLO 方案存在可持续性问题。如果 Token 分发完成，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，项目方必须在上线前进行大规模的宣传活动，在波卡生态中冷启动将难以存在。如果未来竞争激烈，由于跨链资源的争夺，在项目上线前会出现“优胜劣汰”的局面。

不过，Polkadot 上还有其他的跨链解决方案，比如 Parathreads 或者集成到其他项目有平行链卡槽也可以选择在 Kusama 网络上发行，以降低成本。目前，平行链和平行线程的可用性差异，以及其他方式对团队的跨链负担也需要上线后继续观察。

Polkadot 的 Kusama 功能和测试网差别不大，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。虽然两者在技术上升级时不会分叉，但一开始两个社区是分开的，导致了社区在无形中的分裂。

Polkadot 的目标是平台的平台，公链之间它解决的问题之一是 Polkadot 的跨链。对于公链来说，默认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获胜还有待观察。观察到。 Polkadot 还具有提升单链性能的优势。还有各种提高性能的解决方案，例如第 2 层网络。 Polkadot 的作用也需要时间来检验。

Polkadot 用于企业平台和公共机构。区块链、企业平台和企业平台之间跨链的想象空间比较大，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对接并不急。

文件币

Filecoin 为分布式存储 IPFS 提供激励机制，其核心成员还包括 IPFS 成员，这两个成员都是由 Protocol Lab 创建的，一经推出就引起了全世界的关注。在 57 亿美元的融资中占比 10%，创下当时的记录。上线的过程远没有融资那么顺利。计划在2018年上线的测试网和主网一拖再拖，终于在2020年正式上线10份。虽然Filecoin项目已经推迟了两年，但相关社区的热情依然存在，尤其是矿工社区.

(一）当前进度

In the Filecoin consensus, block generation adopts the expected consensus (EC) model, which refers to the election of one or more members in each round Miners create new blocks, and the probability of miners winning elections is proportional to the miners'当前存储容量。矿工的存储容量由时空证明（PoSt）和复制证明（PoRep）证明。并且时间戳证明矿工存储数据一定时间，即使验证者不在线，也可以在未来验证矿工在这段时间内生成了证明链，有效防止临时数据生成攻击。复制证明可以证明数据已经存储在某个特定扇区中创建成功。并防止三种攻击：一是女巫攻击；二是女巫攻击。二、外部数据源攻击；获得额外奖励。

矿工奖励线性释放，每6年减半。目前Filecoin的存储容量已经超过1 EiB（Exbibyte），现在已经达到1.27EiB，活跃矿工数为789。虽然Filecoin浏览器显示矿工分布在亚洲、欧洲、北美、大洋洲和非洲比特币有多少个节点，从标签和披露信息中不难看出，产能参与主体为中国矿工。矿工的有效算力 在权力分配方面，还没有出现类似比特币矿池的中心化情况。

图3：矿工有效算力分布（图片来源：filfox.info）

(二）经济机制及现状

Filecoin 经济模型中有两个市场：存储市场和检索市场，其中有客户和矿工。 Filecoin经济模型生态除了以上两个角色外，还有开发者和投资者。

在存储市场，矿工可以通过三种方式获得奖励：一是交易手续费；区块奖励；第三是网络消息交易费用。交易费用和网络交易加速费用由客户提前支付，系统产生区块奖励。 Filecoin 和比特币网络的区别主要在于所提供服务的性质：存储是一项长期服务。 Filecoin 需要矿工长期保持网络的稳定性，不像比特币网络，矿工可以自由进出。存储市场也引入了质押机制，即矿工惩罚机制，保证Filecoin存储市场客户的数据不会丢失。

在用户和矿工之间的每个存储协议中，存储市场矿工将客户提供的数据存储在网络中，称为扇区。每个矿工添加的扇区都会包含 Store 文件内容和承诺的存储时间，以确保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，矿工需要锁定一个资金。锁定资金由两部分组成：矿工自己的 FIL 代币和部分区块奖励。如果矿工在承诺的存储时间内离线，他会失去一部分锁定的资金。如果矿工完全停止存储，他可能会丢失所有锁定的代币。锁定的资金在矿工完成存储协议后解锁，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。另外，FIL的价格过高，上线初期波动较大，线性释放时间长。许多矿工不愿意支付高额抵押所需的 FIL。在“罢工”的情况下，由于FIL不足，很多存储容量无法进入Filecoin网络，但这与超卖的矿工有很大关系。矿工没有治理渠道，所以他们选择与项目方对抗。最终的结果是项目方妥协，将挖矿奖励从180天线性释放改为25%，剩下的75%线性释放。另外，为了解决FIL的短缺问题，市场上的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 的高度复杂性及其企业集中决策，很多矿工不满，所以和其他公链项目一样，已经分叉了项目，比如 Filecash、FileStar 等。

不难看出，Filecoin 目前在挖矿市场非常火爆，FIL 的价格也与之相关。但在最初的设计中，FIL Token 的供需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 代币是线性逐步释放的，所以预计供给侧增长缓慢，增速呈指数级下降。由于服务需求，需求侧将逐渐增加。 ，这就决定了市场上的所有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，存储和检索交易费用的价格都需要锚定在法币或稳定币上。当 FIL 价格上涨时，客户将支付更少的 FIL 单位交易费和网络加速费，矿工块奖励将作为收入的比例增加。当 FIL 价格下跌时，客户将支付更高的 FIL 单位交易费和网络加速费，矿工区块奖励将占收入的比例假设仅考虑服务需求因素，当 FIL 价格上涨时，费率客户在二级市场购买 FIL 的速度会放缓，当 FIL 价格下跌时，客户在二级市场购买 FIL 的速度会增加，这可以调整二级市场的 FIL 速度。功能。

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。比特币 PoW 矿工的参与是由利润决定的，所以随着币价的上涨，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。但是，Filecoin 在上线之前已经生产和销售了大量的矿机。挖矿很难维持现金流。如果挖矿收益不理想，也会影响矿机厂商的利益。目前，Filecoin 网络的存储市场不仅有客户和矿工参与。未来，Filecoin 中的市场机制可以发挥作用。用户需要继续观察。 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。

思考与总结

目前，除了Filecoin在存储方面，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。公有链虽然没有应用场景，但是链上应用的融合意味着它们处于竞争关系。未来应用在以太坊2.0阶段的迁移和波卡生态应用的发展，是下一个公链领域的热点。

对于公链本身，性能、安全性、去中心化如何？平衡仍然是它面临的问题，比如以太坊的 Rollup 方案和以太坊的 2.0 方案中存在的各种问题，找到三者的平衡仍然是公共链接的突破口。

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