原文标题：《从数据角度解读 Polkadot 生态：波卡 2023 年度报告（一）》
撰文：Parity 数据团队
编译：Nona，Techub News
Parity 数据团队发布了 2023 年 Polkadot 年度数据报告，对推动生态系统的关键数据进行了深入分析。
由于报告全文较长，我们将其分为多个部分发布，本文是该报告的第一部分，主要包括亮点速览、Polkadot 介绍和网络安全相关的数据。剩余的部分将会在近期陆续发布在 PolkaWorld 公众号上，敬请期待。
一、亮点速览
Polkadot XCM v3 合并
2023 年 1 月，XCM V3 已在 Polkadot 正式发布，带来了复杂的可编程性、与外部网络的进一步桥接、跨链资产锁定、完善的费用支付系统以及对非同质化代币（NFT）的支持等增强功能。
OpenGov 在 Polkadot 上发布
2023 年 6 月 15 日，OpenGov 上线至 Polkadot。OpenGov 是 Polkadot 改进后的治理系统，通过专注于公投、取消理事会和技术委员会等独立机构、引入多个 “来源” 和 “轨道” （用于对提案进行分类）等功能来简化决策，并通过灵活的投票、敏捷的代理机制，以及增加对提案提交和管理的参与度，来实现更直接的社区控制。
2023 年，财政部登记了 182.5 万 DOT 流入
Polkadot 1.0 - 完成 Polkadot 白皮书并移交给社区
2023 年 7 月，Polkadot 1.0 发布，实现了波卡最初的愿景，包括异构分片、跨链通信等功能，同时引入了对稳定性的长期支持，并将所有 runtime 代码转为社区管理，这标志着去中心化和的重要一步，以及未来由社区驱动的发展。
原生 USDC 在 Polkadot Asset Hub 系统平行链上启动
2023 年 9 月，引人注目的是 Polkadot 资产中心推出了原生 USDC，增强了 Polkadot 生态系统的稳定币功能，到 12 月中旬，已有超过 450 万 USDC 可供流通。
大量 DOT 解锁
从 2021 年 10 月开始，从最初的五次平行链拍卖解锁以来，近 1 亿 DOT 代币被锁定了近 2 年。世界标准时间 10 月 24 日 01:59，这些代币被解锁，导致质押总额上涨超过 5%。
Polkadot 平行链到达 50 条
平行链数量全年不断增长，第四季度，由 Polkadot 保护的 L1 区块链达到了 50 条
去中心化指标领先 - Polkadot 的中本聪系数为 93
截至 2023 年 11 月，Polkadot 的中本聪系数为 93，表明其去中心化程度很高，因为需要这么多验证者的 “勾结”，才能控制网络三分之一以上的 stake。
异步支持在 Rococo 测试网上上线
2023 年 10 月，Polkadot 中的异步支持升级通过使验证者能够同时处理多个平行链区块来增强网络性能和可扩展性，从而提高吞吐量和效率、去中心化区块生产并加快区块时间。这一对 Polkadot 共识机制的重大修改目前正在 Rococo 上进行测试，很快将在 Kusama 上部署，预计到 2024 年底将显着扩展网络以支持约 1,000 个验证者。
Web3 基金会推出「去中心化未来」计划
提供 2000 万美元和 500 万 DOT 来启动团队和各类计划，推动 Polkadot 的成功。
生态系统活动：
•Polkadot 中继和平行链发送了 1 亿笔付费交易，平均每月约 912.4 万笔
•独立地址数量在 2023 年稳步增长，增长了 44%，从 1 月份的 316.2 万增加到 11 月的约 454 万
•XCM 活动激增，第 4 季度 XCM 平行链活动环比增加 60%
•Polkadot 的开发者活动一直表现出色，2023 年，每周都有超过 800 名不同的开发者对代码库进行贡献
二、Polkadot 简介
2.1. 为无界创新而生的区块空间生态系统
Polkadot 是一个具有共享安全性和互操作性特征的异构多链平台。它旨在使多个区块链能够以无需信任的方式传递消息，包括价值。其架构的关键组成部分包括中继链、平行链和桥。
中继链：Polkadot 的中心链，负责网络的共享安全性、共识和跨链互操作性。它在功能上刻意保持最小化（例如，不支持智能合约），专注于协调整个系统，包括平行链。
平行链 - 专用和按需使用：Polkadot 是一个分片网络，其中交易可以并行处理。平行链是连接到中继链的特定应用的 Layer 1 区块链，拥有自己的代币，可以针对特定用例进行优化。连接到 Polkadot 的 Layer 1 链从其共享安全模型中受益，包括提名证明权益（NPoS）机制，为每条链提供即插即用的安全性，无需每条链自行启动。平行链可以通过链上拍卖获得专用插槽（当前模型），或者以更灵活的按需方式，通过购买批量或即时核心时间来交易区块空间，并只使用每次出块所需的特定数量的区块空间（新模型）。
跨共识消息格式（XCM）：促进平行链之间无需信任的消息传递，增强互操作性。
桥：使 Polkadot 与外部区块链（如以太坊）建立连接，允许数据和 token 的转移。
Polkadot 的技术栈包括：
•Polkadot Runtime：核心状态转换逻辑，可在无硬分叉的情况下升级。
•Polkadot Host：执行 runtime 的环境，涉及网络（Libp2p）、状态存储、共识引擎（GRANDPA 和 BABE）、Wasm 解释器和基础区块链原语等组件。
•WebAssembly (Wasm)：用作 runtime 的编译目标，确保平台无关性和高效执行。
Polkadot 的主要特点包括：
•无分叉升级：通过在链上存储 runtime 并使用 Wasm，Polkadot 可以在无硬分叉的情况下升级。
•共识机制：采用提名权益证明（NPoS），混合共识（结合 BABE 用于出块和 GRANDPA 用于最终确定性），以及 BEEFY 用于与非 Polkadot 网络的桥接。
Polkadot 生态系统的利益相关者包括验证人（中继链出块者）、提名人（支持验证人的质押者）和收集人（维护平行链并向验证人提供证明）。
2.2. 无处不在的计算引擎
基于 Gavin Wood 博士在 2023 年 Polkadot Decoded 活动上的演讲，Polkadot 1.0 的发展方向，体现了向更抽象和通用的区块链功能的转变，超越了其白皮书中的原始概念。
Polkadot 作为计算资源
Polkadot 是一个用于构建应用程序的平台，使用称为区块空间的底层资源。它提供了一个弹性的通用连续计算功能，并像多核计算机一样运作，其中平行链并行运作。它不仅仅是托管链的平台，还是人们使用这些应用程序的平台。
截至 2023 年 11 月底，Polkadot 拥有 50 个独立核心。
Polkadot 正在从以链为中心的生态系统转变为以应用为中心的模型，核心是共享资源。以前的模型使用插槽拍卖来确保平行链插槽，但随着向核心时间市场的转变，应用程序现在可以按需购买或预订核心时间，显著降低了开发者的进入门槛。
新模型引入了敏捷的核心使用和核心时间分配，确保根据应用程序的需求，有效利用 Polkadot 的计算和区块空间，无浪费。"协议" 旨在改善跨链通信和 XCM 消息的安全性。此外，Polkadot 计划通过将链上逻辑卸载到系统平行链上，从而增加其可扩展性，为平行链协议和协议腾出更多带宽。
核心时间市场代表了对传统插槽拍卖的一种转变，将核心时间视为可交易的代币化商品。应用程序可以选择批量或即时核心时间租赁，并可以通过经纪系统标准化租赁，或以现货价格购买并立即使用。
Polkadot 向应用中心转变的重点是利用不同链的协作潜力，构建跨链运作的应用程序，解决现实世界的问题。中继链将专注于其主要任务，即安全性和消息传递，而系统平行链将承担次要任务，创造一个更加流畅高效的生态系统。
Polkadot 正在通过 RFC 完善其实现，以继续作为去中心化、安全、无处不在的计算引擎，为下一代 Web3 应用程序提供动力。
三、网络的共享安全
3.1. Polkadot 的安全架构
中继链是 Polkadot 的核心，对其安全、共识和跨链通信至关重要。它不直接支持智能合约或用户应用程序，而是专注于协调整个系统。Polkadot 网络上的验证人在中继链上以 DOT 形式质押，其中包括了有限范围的交易类型，主要用于治理、平行链拍卖和 NPoS 参与。其功能有意保持最小化，将专门的核心协议功能委托给各种系统链，并将特定任务委托给提供多种实现和特性的平行链。这种设计确保了 Polkadot 生态系统内的高效整体协调和灵活性。
Polkadot 上的提名证明权益（NPoS）是一种选举算法，旨在实现三个主要目标：最大化总质押量、最大化最低质押验证人背后的质押量、最小化验证人间质押量的差异。它采用了像 Sequential Phragmén、Phragmms 和 Star Balancing 等算法来计算解决方案。Sequential Phragmén 方法根据验证人的自身质押和提名人的质押选出验证人，在每次选举后平衡验证人之间的权重。这种复杂的优化由 Polkadot 在链下执行，以保持一致的区块时间。如下所示，截至 2023 年 11 月 30 日，总发行量 1.383B DOT 中有 51.25% 被质押。
Polkadot：质押率，来源：DotLake
NPoS 在后台运行，用户几乎不需要干预，尽管了解其机制对提名人有益。在 Polkadot 系统中，选民的权重与代币持有量成正比，更像是公司股东选举，而不是传统的政治选举。Weighted Phragmén 算法是基本方法的扩展，它在建立每个提名人对验证者选择的加权映射的同时，依次选举候选人，确保公平的质押分布。选举后，有一个重新分配过程，试图最小化当选候选人中选民质押的差异，理想情况下，允许每个提名人在每个时代（era）支持一个验证人。
在 Polkadot 中，比例代表制通过防止任何少数群体有过度的影响力，来确保去中心化。传统系统专注于避免群体的代表不足，但 Polkadot 更进一步，也避免了过度代表。这种方法增强了网络的安全性，因为更均匀的代表分布使任何单一群体难以主导或操纵系统。Polkadot 使用 seqPhragmen 选举规则在这方面是独一无二的，通过平衡代表性提供了额外的安全层。
3.2. 去中心化 - 中本聪系数
在区块链和加密货币的世界中，去中心化是安全和公平的关键特性。量化网络去中心化的一种常见方法是通过中本聪系数指标。简而言之，它代表在权益证明（PoS）网络中控制超过 33% 质押量的最少验证者数量。
Polkadot 的去中心化方案
Polkadot 采用独特的方案来确保网络去中心化，主要侧重于其验证人选择过程。不同于其他区块链网络中验证人的质押量可以显著影响共识权力，Polkadot 的运作方式有所不同。在 Polkadot 的 GRANDPA 共识协议中，所有活跃验证人的投票权力无论其质押量如何都是平等的。这种设计选择在维护一个平衡且去中心化的网络中至关重要。
Phragmen 选举算法
Polkadot 网络利用提名证明权益（NPoS）机制和 Phragmen 选举算法来选择验证者。这个算法通过最大化总质押价值、提高组内最低质押验证人的质押量，以及最小化质押分布的差异来优化验证人集。
由于任何时候都有 297 个活跃验证人，以及大约 700 个其他等待中的验证人，验证人集是动态的，并且每个时代（大约 24 小时）都在变化。这种验证人组成的不断变化增强了网络的安全性和去中心化。下面你可以看到这个过程的每月快照，其中列出了给定月份最后一个区块的活跃验证人数量和等待验证人数量 —— 活跃验证人的数量是固定的，而等待验证人的数量可能有小幅波动。
理解 Polkadot 的中本聪系数
在区块链网络中，中本聪系数通常指控制网络重要部分所需的最少实体数量，这种情况通常会导致共识失败。对于权益证明（PoS）区块链来说，这个阈值与控制超过 33% 的总质押量有关。然而，Polkadot 验证人之间平等的投票权力改变了这种动态。
在撰写本文时，Polkadot 的中本聪系数等于 93，意味着前 93 位验证人持有三分之一的总质押量，这意味着需要 93 个实体勾结才能控制网络。这个高数字证明了 Polkadot 的高去中心化程度。此外，2023 年 11 月 30 日最高质押（0.47%）与最低质押（0.29%）活跃验证人之间的质押百分比的最小差异进一步强调了这种平衡。
此外，2023 年 11 月 30 日最高质押（0.47%）与最低质押（0.29%）活跃验证人之间的质押百分比的差异很小，进一步强调了这种平衡。
3.3 Polkadot 的 Tokenomics
Polkadot 的代币经济学围绕其原生代币 DOT 展开，DOT 具有多种用途，包括经济、削减（slashing）、治理和平行链分配。在经济方面，为了奖励运行共识协议的节点、资助国库以及控制通胀率，DOT 被铸造或销毁。Polkadot 的权益证明系统涉及验证人，他们质押 DOT 以产生区块和达成共识；以及提名人，他们用自己的质押支持验证人，并分享奖励和惩罚。
Polkadot 的通胀模型是非线性的，由提名证明权益（NPoS）的支付驱动，其中通胀率是质押率的函数，旨在通过调整质押 DOT 的激励措施来平衡安全性和流动性。通胀率包括各种因素，包括为 NPoS 和国库铸造带来的通胀、削减带来的通缩以及交易费用的燃烧。
验证人和提名人通过参与有效性检查和出块的点数系统获得奖励。这些奖励与每个时代所获得的点数成比例，然后在验证人和提名人之间分配。每个验证人插槽内的支付分配基于比例质押，其中验证人有固定的佣金费用，其余部分在插槽内的所有相关方之间共享。
Polkadot 的 tokenomics 旨在激励网络参与和安全，同时平衡治理、质押和平行链开发的需求。这种方法创造了一个动态的生态系统，其中代币持有者积极参与网络维护和决策。
