Polygon 2.0：協議愿景和架構

2023-07-01 16:07:15

作者：Polygon 編譯：白話區塊鏈

今天，Polygon Labs 的工程團隊正在分享 Polygon 2.0 的擬議架構，旨在提供無限的可擴展性和統一的流動性，並實現 Polygon 作為互聯網價值層的愿景。

在其整個歷史中，Web3 一直面臨着棘手的擴展問題。雖然可以不斷添加新的鏈來滿足區塊空間的需求，但這不可避免地要付出代價：流動性碎片化和用戶體驗不佳。

Polygon 2.0 就是解決方案。就像互聯網是一個可彈性擴展、統一的信息訪問環境一樣，Polygon 2.0 也是一個可彈性擴展、統一的價值訪問環境：互聯網的價值層。

我們相信該提案可以而且應該指導所有 Polygon 協議开發工作向前發展，既作為概念性的北極星，又作為正式的开發框架。

背景：發散與趨同

自 Polygon 成立以來，其开發人員和社區一直秉承實驗精神。我們積極鼓勵構建下一代區塊鏈基礎設施的多種途徑，而不是試圖預測未來並押注於單一方法。這與創造性解決問題的典型過程相一致，其中探索許多想法和方法的發散階段之後是收斂階段，其中這些想法和方法鞏固並產生問題的解決方案。鑑於區塊鏈是一個年輕且非常有活力的行業，這種方法是一個顯而易見的選擇。

在最初的分歧階段，Polygon 开發團隊在整個技術堆棧上進行了實驗。僅舉其中一些努力：

各種區塊鏈架構：側鏈、rollups、validiums等；
構建 ZK 支持的執行環境的多種方法：zkEVM 類型 1-3、Polygon Miden；
多個區塊鏈客戶端：Polygon Edge、現有以太坊客戶端和定制客戶端，例如 Polygon zkEVM rollup 目前使用的客戶端；
針對堆棧其他部分的各種解決方案，例如跨鏈消息傳遞、質押等。

這個階段非常有用。嘗試了各種方法和技術，並吸取了許多重要的經驗教訓。是時候开始過濾和整合想法和努力了。

在融合階段，Polygon 協議團隊和貢獻者逐漸在特定的協議架構（即技術堆棧）上保持一致，我們現在很高興將其作為互聯網價值層的最佳基礎設施。

協議架構

Polygon 2.0 架構被形式化為協議層的集合，旨在一起運行。這種分層架構最突出的例子可能是互聯網協議套件，它的四層（鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層）為互聯網提供動力。每個協議層都有一個特定的子流程，這種邏輯分離簡化了架構的推理、實現和升級。

Polygon 2.0 由四個協議層組成，每個協議層都支持網絡內的一個重要進程：

質押層
互操作層
執行層
驗證層

質押層

質押層是基於 PoS（權益證明）的協議，它利用 Polygon 的原生代幣為參與的 Polygon 鏈提供去中心化。它通過一個通用的、高度去中心化的驗證者池和內置的重新抵押模型來實現這一目標。

質押層通過兩種類型的智能合約在以太坊上實現：

驗證器管理器：驗證器管理器是一個智能合約，用於管理所有 Polygon 鏈都可以利用的公共驗證器池。它執行以下操作：

維護驗證者的注冊；
處理驗證者的質押和解除質押請求；
允許驗證者訂閱，即重新抵押任意數量的 Polygon 鏈；
處理削減事件。

Chain Manager： Chain Manager 合約管理各個 Polygon 鏈的驗證器集。每個 Polygon 鏈都有其 Chain Manager 合約，執行以下功能：

定義所需的去中心化級別，即驗證者的數量；
（可選）定義驗證器的附加要求（例如 GDPR 合規性、除了 Polygon 原生代幣之外還持有其他代幣等）；
（可選）定義削減條件。

如上所述，Stake Layer 提供了“开箱即用”的 Polygon 鏈去中心化，從而使這些鏈的團隊能夠專注於用例和社區，而不是基礎設施。對於驗證者來說，它提供了 Polygon 代幣的保證獎勵，以及通過從他們驗證的鏈中收取交易費和額外代幣獎勵來獲得額外收入流的機會。

互操作層

互操作層促進了 Polygon 生態系統內安全、無縫的跨鏈消息傳遞。它抽象了跨鏈通信的復雜性，並使整個 Polygon 網絡對用戶來說就像一條鏈，通過啓用：

對原生以太坊資產的共享訪問：跨鏈橋通常要求用戶鑄造以太坊代幣的合成版本——這是用戶體驗的噩夢。互操作層提供了通往以太坊的共享橋梁，並允許本地以太坊資產的無縫跨鏈傳輸。
無縫可組合性：互操作層可以支持近乎即時的原子跨鏈交易，這是Polygon 2.0統一流動性愿景的核心部分。

互操作層擴展了 Polygon zkEVM rollup 目前使用的LxLy 協議的設計及其消息隊列的概念。每個Polygon鏈都以預定義格式維護一個本地出站消息隊列，其中包含：消息（數字資產，即代幣或任意消息）、目標鏈、目標地址和元數據。消息隊列有相應的ZK證明。一旦引用特定隊列的 ZK 證明在以太坊上得到驗證，來自該隊列的任何消息都可以由其接收鏈和地址安全地使用。

以此設計為基礎，我們建議引入一種獨一無二的聚合器組件，以進一步改進跨鏈交易，使它們接近即時和原子。聚合器定位於 Polygon 鏈和以太坊之間，並提供兩項服務：

接受 ZK 證明和消息隊列的表示（例如 Merkle 根）；
將 ZK 證明聚合為單個 ZK 證明並將其提交給以太坊進行驗證。

一旦 ZK 證明被聚合器接受，接收鏈就可以开始樂觀地接受入站消息（知道最終的全局一致性是由 ZK 證明保證的），這使得跨鏈交互變得無縫。通過聚合 ZK 證明，聚合器極大地減少了用於證明驗證的以太坊 Gas 消耗。

為了確保活躍性和抗審查性，聚合器應由上述公共驗證器池中的 Polygon 驗證器以去中心化的方式運行。

執行層

執行層使任何 Polygon 鏈都能夠生成批量的有序交易，也稱為區塊。該協議層相對商品化；大多數區塊鏈網絡（以太坊、比特幣等）都以類似的格式使用它。

執行層有多個組件，例如：

P2P：使節點（驗證者和全節點）能夠發現彼此並交換消息；
共識：使驗證者能夠就單一世界觀（即區塊鏈）達成一致；
Mempool：收集用戶提交的交易並在驗證器之間同步；
數據庫：存儲交易歷史記錄；
見證生成器：生成ZK證明者所需的見證數據。

鑑於該層已商品化，但實現起來相對復雜，現有的高性能實現（例如 Erigon）應盡可能重用。

驗證層

證明層是一種高性能、靈活的 ZK 證明協議。它為每個 Polygon 鏈的所有交易（內部和外部（即跨鏈））生成證明。

證明層具有以下組件：

通用證明器：高性能 ZK 證明器，由 Polygon 的 ZK 研究人員开發，作為 Plonky2 的後繼者，Plonky2 是一種遞歸 SNARK，它本身將證明效率的界限提高了兩個數量級，並展示了 Polygon ZK 團隊的專業知識。證明者提供了一個幹淨的接口，旨在支持任意交易類型，即狀態機格式。此外，使用單個證明者可以使證明聚合和驗證變得簡單且非常高效。

（可選）狀態機構造器：用於定義狀態機的框架，由 Polygon 的 ZK 研究人員开發，作為 PIL 的繼承者，該框架用於構建初始 Polygon zkEVM 實現。構造函數抽象了證明機制的復雜性，並允許开發人員通過易於使用的接口構造狀態機。它是模塊化的；允許开發人員定義可參數化的狀態機，從而更輕松地構建、測試和審核大型且復雜的狀態機。