公链与区块链应用都有哪些未来发展怎么样

2020年即将结束。这一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吗？还是区块链应用正在蓬勃发展？还是重大利好政策？看，今年公链风起云涌。[X][X]2020年即将结束。虽然疫情席卷全球，但并没有影响区块链工业的进步。这一年，公链和生态应用取得突破，各国关于区块链和加密资产的政策逐步完善。本文是对这一年区块链产业进展的回顾，尤其是公链的进展，重点介绍了比特币、以太坊、Polkadot和Filecoin这四种流行的公链。

一、比特币

(一)Schnorr升级

比特币目前使用的ECDSA签名算法和将要采用的Schnorr签名算法都是椭圆曲线数字签名算法。他们使用的椭圆曲线是secp256k1和哈希函数SHA256，所以在这个级别上具有相同的安全性。

Schnorr签名算法有以下优点。

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困难性的随机预言模型和假设前像抵抗和第二前像抵抗的一般群模型下，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，如果不知道Schnorr签名的私钥，那么即使对于任何消息都存在有效的Schnorr签名，也无法推导出其他有效的Schnorr签名。而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。可扩展性意味着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BIP 62和BIP 146的问题。

第三，Schnorr签名算法是线性的，这样多个伙伴可以生成对其公钥之和也有效的签名。这个特性对于多重签名、批量验证等应用非常重要，不仅可以提高效率，还有助于保护隐私。然而，在ECDSA签名算法下，如果没有额外的见证数据，批量验证相对于逐个验证没有效率提升。

最后，Schnorr签名算法因为使用了相同的椭圆曲线secp256k1和哈希函数SHA256，所以可以兼容目前的比特币公私钥生成机制。

(二)Taproot升级

Taproot升级可以看作是默克抽象语法树(MAST)的一个应用，与付费到脚本哈希(P2SH)相关。

P2SH是2012年推出的一种新型交易，它让复杂脚本的使用变得像直接支付到比特币地址一样简单。在P2SH中，复杂的锁定脚本被它的哈希值所取代，这被称为redempt脚本。当后续事务试图花费这个UTXO时，它必须包含一个与哈希值匹配的脚本，同时解锁该脚本。

P2SH的主要优势包括：第一，在事务输出中，复杂的脚本被哈希值代替，使得事务代码更短。第二种是将构建脚本的负担转移给接收者，而不是发送者。第三，隐私保护更好。理论上，除了接收方，其他任何一方都可以不知道交换脚本中包含的支出条件。例如，在多次交易中，发送方可能不知道与多重签名地址相关的公钥；公钥只有在接收者花钱的时候才被公开。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被触发的支出条件。 第二，当可能的支出条件很多时，P2SH会变得复杂，增加计算和验证的工作量。

但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在链中看起来一样(图1): 1。对于“非合作支出”的脚本，采取MAST的形式；2.“协同支出”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”合并成P2PKH形式；4.“协作消费”的行为类似于P2PKH交易，具有公钥和相应的私钥，而不公开底层的MAST。只有当“非协作支出”发生时，才需要披露MAST的存在，但只需要披露脚本的执行部分。

图1:主根

II。以太坊

(一)以太坊2.0的进展和路线

在以太坊的发展路线中，“安静”阶段的目标是切换到PoS公链，也就是以太坊2.0。之后ETH的输出将由挖矿变为跑马，32 ETH抵押成为跑马节点。在最初的规划中，以太坊2.0将分三期推出，分别是0期、1期和2期。以太坊2.0是一个区块链多链结构，为信标链添加了额外的补丁。所有补丁用信标链连接，信标链负责补丁之间的通信，并为每个补丁链选举验证委员会成员。阶段0将启动信标链并开始标桩，阶段1将启动碎片链。初始计划中有64个碎片，但不支持智能合约和转移。只有2期会推出智能合约，以太坊2.0的部署才会正式完成。在以太坊2.0的路线图中，整个方案将在2022年完成。

以太坊2.0网络的启动条件是16384个以上的验证者抵押32个ETH，即至少需要16384个节点参与。以太坊2.0第0期于12月1日开始。目前活跃节点数为26861，未来还会增加。这些参与跑马圈地的ETH只有在以太坊2.0第二阶段完成后才能转让。以太坊2.0是以太坊的一个长期战略目标，但以太坊创始人Vitalik已经发布了多个文件支持rollup在以太坊的应用。

在近期以太坊和Vitalik的开发团队的公开声明中，他们承认以太坊2.0的路线有所改变，包括以下几点：1。未来的路线图将专注于Rollup，第1阶段将简化为Rollup的数据切片。由于最初设想的优势尚未实现，因此不再强调电子政务路线；2.简化以太坊1.0和2.0的合并，将以太坊1.0的事务直接存储在信标链上，而不是作为片段存在于以太坊2.0中，这样合并的过程会缩短；3.工作并行处理，轻客户端，数据碎片化以及1.0和2.0的结合都是独立进行的，只要各部分准备好就可以实现。

从以太坊2.0的这些变化可以看出，整体是朝着更快落地的方向发展。Rollup的解决方案不仅解决了产能扩张的迫切需求，也有利于创新。以太坊2.0的原有路线并没有被完全抛弃，但已经不再具有最高优先级。

(二)以Rollup为中心的路由

第二层解决可伸缩性问题的方法是将主链上的行为操作转移到链上，以节省主链资源，同时不影响公共链本身。2层的主流方案有态道、侧链、等离子和卷缩。然而，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、不支持智能合约、退出机制复杂等。 Rollup方案通过将事务数据打包到链下的一个事务中，然后传输到链上来实现，同时保证与第1层一致的安全性。

对于如何实现Rollup，不同的团队给出了不同的解决方案。最优汇总和ZK汇总是目前开发团队使用最广泛的两种。最优Rollup通过防欺诈机制保证节点不会作恶，而ZK Rollup使用零知识证明保证和主网一样的安全性。两种方案也各有利弊。最优滚存支持智能合约，但回笼周期长会影响资金利用率。ZK Rollup退出期短，但难以支持一般的智能合约。

目前以太坊中的很多应用已经或者将要在不同的Rollup测试网络上进行测试，比如Curve、Synthetix、Uniswap等。也有一些DeFi项目是基于Rollup方案启动的。

三。Polkadot

草间弥生试验网在波尔卡多特主上线后依然存在，充当先锋网。草间弥生的token KSM也被保留了下来，功能和DOT差不多。在主网上线前，有风险的功能会在草间弥生网上运行反馈，比如即将上线的平行链卡槽拍卖，在草间弥生上实际测试后会在Polkadot上上线。洛可可是专门为测试平行链而设计的测试网络。目前平行链V1.0版本已经上线，意味着距离主网平行链的上线又近了一步。

在治理方面，波尔卡多特的链式治理已经启动，但家族势力大、公众投票率低的问题依然存在。Polkadot的董事会由投票选举产生，与公投和跑马圈地并不冲突，即大户可以选出符合自己意愿的董事会成员，然后用自己的dot参与公投。这种方法虽然可以使治理的结果表达最大利益相关者的意愿，但会导致治理的中心化。另外，在公投中，点票者的投票率很低。在波尔卡多特，星化和治理投票互不影响。目前星际争霸的认捐率在70%左右，但公投投票率在个位数。投票率低会影响治理的分布式程度，不能真实反映所有人的意愿。这可能是因为重复投票操作过于复杂，也可能是因为用户不知道提案的内容，无法做出选择。

(二)生态的进步

虽然Polkadot主网的功能还不完善，但是在生态学上已经出现了很多应用。据PolkaProject统计，与Polkadot相关的项目有近300个，包括项目、工具、论坛、钱包等。基于衬底开发。下图是PolkaProject总结的Polkadot的生态概况。

图2:圆点生态概述

圆点的生态应用主要集中在DeFi，这也是目前整个行业最热门的领域。其他的是数据、隐私和资产桥梁。与其他公链平台相比，Polkadot几乎没上述文章内容就是于游戏、预测、社交的应用，这与Polkadot刚刚上线上述文章内容就是，也因为一些应用在其他公链平台上被证伪或者跨链意义不大。在DeFi领域，流动性释放和DEX是最热门的板块。Polkadot中DOT锁定流动性的方式有很多，包括跑马圈地、治理和卡槽拍卖(治理和其他功能的锁定并不冲突)，所以需要释放流动性，DEX是链条中价值交换的必要应用。

目前Polkadot几乎所有的生态应用都需要基于平行链开展业务。没有的应用程序

Polkadot的网络资源有限。目前，它支持多达100个并行链。如果要用平行链，需要项目方租用平行链卡槽。槽位由Polkadot官方依次发布，每隔一段时间开放一个槽位。时间间隔不固定。租赁卡槽需要锁定DOT，等待租期结束后释放。锁定的DOT会在租期结束时返还，所以租赁成本只是DOT的机会成本。Polkadot允许他人为项目方存放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token奖励给帮助其进行平行链拍卖的用户，也称为平行链租赁要约(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的场景包括跑马圈地、治理、交易、平行链租赁，未来还会有一些应用场景。对于DOT的长期持有人来说，如果项目方给予的token的价值高于参与赌注的收入(目前超过10%)或一些DeFi，将是有利的。

在官方的信息中，除了原本以拍卖方式分发的平行链之外，Web3还会赞助一些公益链，包括包含基础设施或者转桥的。比如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。如果没有成功拿到卡槽，有几种方案可以参与跨链，使用并行线程，部署到其他已经拿到卡槽的并行链上。如果已经有自己的主网，也可以通过跨链桥转移到Polkadot。

(三)Polkadot生态存在的问题

平行链的卡槽会被租赁，这意味着大部分Polkadot项目都要付出成本(抵押点)来换取Polkadot上的跨链资源，所以借助Polka DOT干线链安全的平行链发行门槛提高了不少。对于大多数项目来说，只有那些能够负担租用跨链资源的成本的项目，才能利用Polkadot的安全性，否则，节点将自行部署，这将增加早期项目的启动难度。目前项目方采用的PLO方案会有可持续性的问题。如果派发代币，必须采取其他方式吸引用户协助拍卖。平行链上线后项目方令牌的价值捕捉能力也存在风险。在平行链槽拍卖的激烈竞争下，项目方上线前必须进行大规模的宣传活动，冷启动将很难在Polkadot生态中存在。如果未来竞争激烈，由于跨链资源的竞争，项目会出现在上线之前。“优胜劣汰”的局面。

不过在Polkadot上存在有其他的跨链方案，例如平行线程或者集成到其他拥有平行链卡槽的项目中，也可以选择在Kusama网络发行来降低成本。目前平行链和平行线程的可用程度的区别，以其他方式跨链对团队的负担还需要在上线后持续观察。

Polkadot和测试网的Kusama功能差别不大，所以追求不同稳定性的团队会有不同选择，但是会造成用户和社区分散的情况。虽然两者在技术升级时不会产生分叉，但在最开始两个社区就分隔开来，这在隐形中造成了社区的分裂。

Polkadot的目标为平台的平台，公链之间的跨链是其解决的问题之一。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出现，Polkadot怎么样在众多跨链解决方案中胜出是有待观察的。Polkadot还有提高单链性能的优势，现在同样存在多种提高性能的方案，例如layer 2网络，Polkadot发挥的作用也需要时间考验。

Polkadot在企业平台与公链、企业平台与企业平台之间跨链的想象空间比较大，但是跨链的成本与意义也需要进一步考察，目前联盟链与公链之间的连通需求并不急迫。

四、Filecoin

Filecoin为分布式存储IPFS提供了激励机制，核心成员也包括了IPFS成员，两者均由Protocol Lab创建，一经推出便引起了全世界的关注。在2017年就以10%的份额获得了2.57亿美元的融资，创下了当时的最高纪录。上线的进程却远没有融资这么顺利，本计划2018年上线的测试网和主网一拖再拖，最终于2020年10份正式上线。虽然Filecoin项目已经推迟了两年的时间，但相关的社区热度依旧存在，尤其是矿工社区。

(一)目前进展在Filecoin共识中，出块采用预期共识(EC)的模式，指的是每一轮选举一名或者多名矿工来创建新的区块，矿工赢得选举的可能性跟矿工当前的存储能力成正比。矿工的存储能力则是利用时空证明(PoSt)及复制证明(PoRep)来证明。时空证明可以利用证明链及时间戳证明矿工在一定时长内存储数据，即使验证者不在线，也能够在未来去验证矿工在该段时间内生成了证明链，有效防止临时生成数据攻击。复制证明可以证明数据已经在一个特定的扇区创建成功。并且防范三种攻击: 一是女巫攻击; 二是外部数据源攻击; 三是生成攻击。复制证明避免让矿工可以透过不同方法让自身存储数据小于承诺存储数据，以获得额外报酬。

矿工的奖励将线性释放，每6年产量减半。目前Filecoin的存储容量已经突破1 EiB(Exbibyte)，现在达到了1.27EiB，活跃矿工的数量为789。虽然在Filecoin浏览器显示矿工分布在在亚洲、尚力财经小编2022欧洲、北美洲、大洋洲和非洲，但从标签和披露信息上不难看出占有多数容量的参与者为中国矿工。矿工的有效算力分布上，还没有出现像比特币矿池类似的中心化局面。

图 3：矿工有效算力分布

(二)经济机制及现状

在Filecoin经济模型中存在两方市场：存储及检索市场，两个市场中分别存在客户及矿工。除了上述两个角色外，Filecoin经济模型生态中有开发者及投资者。

在储存市场中，矿工可以通过三个方式获得奖励: 一是交易费;二是区块奖励;三是网络交易加速费(Networking Message Transaction Fees)。交易费及网络交易加速费为客户事前支付，区块奖励为系统所生成。Filecoin与比特币网络不同的地方主要在于提供服务性质差异：存储是长时间的服务，Filecoin需要矿工长时间维持网络的稳定，而非像比特币网络一样，矿工可以自由进出。储存市场中还引入了质押机制，这是一个矿工惩罚机制，目的是保障Filecoin存储市场客户的数据不被丢失。

每一笔用户与矿工的存储协议中，存储市场矿工会将客户提供的数据存放于网络中，称为扇区(Sector)。每个矿工添加的扇区会包含存储文件内容及承诺存储时长，确保客户在约定存储时长中，可以自由运用自身存储的数据。当矿工添加一个扇区至Filecoin网络时，矿工需要质押一笔锁定资金。锁定资金由两个部分组成: 矿工自身的FIL代币以及部分区块奖励。如果矿工在承诺的存储时长中离线，他会损失尚力财经小编2022一部分的锁定资金。如果矿工完全停止存储行为，他可能将失去所有锁定代币。锁定资金会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。

这就意味着矿工需要质押FIL以获得区块奖励，但FIL代币为线性逐步释放。目前有效算力的增长过快，加之上线初期FIL价格过高且波动较大，线性释放时间周期长，许多矿工不愿意在高位自掏腰包购买抵押所需要的FIL，所以在上线初期引起了矿工“罢工”的事件，许多存储容量由于没有足够的FIL而无法进入Filecoin网络，但这与矿机被超卖有很大关系。矿工没有治理渠道所以选择与项目方对峙，最后的结果为项目方妥协，将挖矿的奖励由180天线性释放改为了以及释放25%，剩余75%再线性释放。除此之外，为了解决FIL的短缺问题，官方和市场中的相关服务商都在筹备或已经上线了FIL借贷服务。

(三)未来发展

由于Filecoin的复杂程度高而且是公司化集中决策引起了众多矿工不满，所以像其他公链项目一样，目前已经上线了分叉项目，例如Filecash，FileStar等。

目前很容易看出现在Filecoin目前挖矿市场热度较高，FIL的价格也与之相关。但在最初的设计中，FIL的供需和价格是靠市场服务调节的。矿工需要质押FIL以获得区块奖励，且FIL代币为线性逐步释放，因此预期供给端缓慢增长而增长率指数递减。需求端则因为服务需求逐步增长，决定了市场各参与方必须持续购买FIL。由于要维持服务价格的稳定性，无论FIL上涨或下跌，存储及检索交易费的价格需锚定法币或稳定币。当FIL价格上涨时，客户会支付较少FIL单位的交易费及网络加速费，矿工区块奖励占收益比例上升。当FIL价格下跌时，客户会支付较高FIL单位的交易费及网络加速费，矿工区块奖励占收益比例下降。假设只考虑服务需求因素，FIL价格上涨时，客户在二级市场购买FIL的速率会趋缓，FIL价格下跌时，客户在二级市场购买FIL的速率会上升，达到调节二级市场的功能。

但目前矿工数量远远大于使用者数量，储存容量的供给大于需求，这一平衡就被打破。比特币的PoW矿工的加入与否是由利润决定的，所以随着币价的上升越来越多的矿工和算力加入到比特币网络中，是一个循序渐进的过程。然而Filecoin在上线前就已经有大量矿机生产和销售，如果矿机无法进入网络进行挖矿就难以维持现金流，如果挖矿收益不理想也会影响矿机厂商的利益，目前Filecoin网络的存储市场已经不止由客户与矿工参与。未来Filecoin中的市场机制能够发挥作用，是否存在真实用户使用还需要继续观察。Filecoin存储的抗审查性是否会制约其在全球市场的发展也是需要观察的。

五、思考与总结

目前来看，除了Filecoin涉及到存储，现在公链项目大多采用以PoS基础的共识机制，他们的不同点在于PoS的具体实现方法、治理机制和经济模型等，未来以太坊也将采用PoS共识。虽然公链没有应用场景的限制，而链上应用趋同意味着他们处于竞争的关系。未来应用在以太坊2.0阶段的迁移和Polkadot生态应用的发展是公链领域接下来的热点。

对于公链本身而言，性能和安全、去中心化三者怎么样平衡还是其面临的问题，例如以太坊的Rollup方案和以太坊2.0方案存在的种种难题，寻找三者的平衡点仍然是公链接下来的突破口。

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