浅谈Polygon —— 以太坊兼容链的「互联网」

Polygon 链最初是以 Matic 为名推出的一层网络。在推出时，Matic 打算成为一个 "区块链的互联网（Internet of Blockchains）"，允许开发人员建立具有跨链兼容性和互操作性的产品。但随着以太坊成为主导性的智能合约链，Polygon 逐渐淡出人们视野，但是随着整个网络的发展，以及以太坊的饱和，市场开始慢慢明白了跨链的重要性。而作为回应， Polygon 团队转向成为一个构建和连接与以太坊兼容区块链的框架，以帮助以太坊扩大规模，他们的目标从 "区块链的互联网 " 变成 "以太坊兼容链的互联网"。

Polygon 一直专注于其用户和开发者的体验。自重塑品牌以来，开发者开始涌进 Polygon ，"为开发者而生'' 的口号俨然已经成为现实。由于 Polygon 对开发者体验的优化和缓解以太坊扩容问题的双重光环，Polygon 在2021年取得了长足的发展。

在过去的六个月里，Polygon 上部署的合约量已经超过了完全超越了以太坊。

自2021年5月以来，日活地址数开始大幅攀升。

为了继续增长，Polygon 必须同时吸引新的开发者并留住他们。为了让开发者（以及最终的用户）参与其生态系统的建设，Polygon 团队一直专注于打造区块链网络轻部署开发环境，同时也在重点提升其模块安全性（"安全即服务"）。

以太坊的缺点；Polygon的突破点

随着以太坊成为主导的区块链，在享受日益繁荣生态的同时，gas费也成了无数用户抹不去的痛，Polygon专注于以太坊生态系统的战略决定从现在来看是有先见之明的。在2021年上半年，gas费一直超过100gwei，在高峰期一度到超过350gwei。

由于以太坊的价格波动与网络互动的复杂性，一笔交易可能会让用户花费几十或几百美元，同时交易处理时间也会大幅增加，而这些问题都在逼迫着用户和开发者们寻求合适的替代方案。

Polygon 旨在通过提供各种扩展解决方案，在为以太坊保留用户的同时，来解决交易成本和时间成本的双重问题。Polygon 在目标和理念上与以太坊高度一致，通过 EVM 兼容性以及最重要的是，Polygon 背后依旧保留着以太坊的安全性。

Polygon框架：概述

独立链和安全链

在 Polygon 上可以部署两种类型的区块链：独立链和安全链。

"独立 "链是不依赖以太坊的共识来保证安全的区块链。这种解决方案面向那些已经拥有自己的验证节点或正在寻求实施另一种可扩展性解决方案的项目。这些独的链通常由企业网络或希望与 Polygon-Ethereum 生态系统整合的成熟链使用的。

"安全 "链是指没有自己的验证网络，而是依靠 Polygon 安全层的链。Polygon 拥有极高水平的安全性，同时允许开发者在各种安全解决方案中进行选择，其中最受欢迎的是 Polygon PoS（Proof-of-Stake） 链。这些安全链旨在帮助那些需要可靠安全系统的初创企业和项目。

无论是独立链还是安全链，对于开发者来说，部署起来都比较简单。这种部署的简易性给开发者提供了更多的选择，以满足其用户的需求，而这种灵活性来自于 Polygon 的基础架构。

架构

无论是独立链还是安全链，部署在 Polygon 上的区块链都在同一个架构框架内运行。Polygon的架构有四个组成部分：以太坊层、安全层、Polygon 网络层和执行层。

以太坊层

Polygon使用以太坊作为其基础层。这一层由以太坊上的一组智能合约组成，通过验证节点、质押节点以及在 Polygon 和以太坊生态系统之间传递信息来进行结算。这一层负责解决最终在以太坊上的处理流程。虽然这一层是可选项，但架构的这一组成部分是Polygon的优势所在。它通过利用以太坊作为终结点，Polygon 可以很好的利用以太坊的安全性作为最终的护盾，并从中受益。

安全层

第二个架构层是一个可选的安全层。这一层被称为 "验证即服务"，因为它允许开发者利用几种安全解决方案来验证交易。用户可以采用欺诈证明或 PoS 侧链（以及其他解决方案）来保证安全。

到目前为止，最受欢迎的安全解决方案是 PoS 侧链。 PoS 侧链利用一组大约 100 个验证节点来保证区块链项目的安全（会收取一定验证费用），并进行验证节点管理。另外，这一层可以采用以太坊的矿工（最终验证节点）来达成共识。

同样，这一层是可选的。一般来说，远离第 1 层的结构层往往在安全性上有所欠缺，但会提高交易吞吐量，以及用户体验。不是所有的链都需要利用 Polygon 的安全层。有些项目，例如链游，甚至可能希望减少安全性，以换取更快的结算速度，从而让玩家获得良好的用户体验。

Polygon网络层

Polygon网络层是一个由独立区块链组成的网络，它负责确定交易、生产区块，并决定各自链的共识。这些链可以是独立链，也可以是安全链。这些链的区块生产者将他们各自的交易分组，根据安全解决方案，网络层将发布一个Merkle根作为第一层的检查点。

执行层

最后还有执行层。执行层解释并执行由 Polygon 网络层确定的交易。该层有两个组成部分。

执行环境 – 由虚拟机实现。类似于 EVM，它可以跟踪区块链的状态。

执行逻辑 – 实现特定 Polygon 区块链的状态转换。这种逻辑用于定义过渡到下一个区块链状态，而以太坊可以被认为是一个 "无限的状态机"。（与有限状态机（英语：finite-state machine，缩写：FSM）相对，有限状态机通常简称状态机，是表示有限个状态以及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学计算模型。）

然而，在所有这些层中，对开发者来说，关键的增值点是安全层，因为这使得 Polygon 框架的灵活性能够真正发挥出来。开发人员可以选择适合他们项目的安全解决方案，如果他们选择改变方向，可以交换解决方案。其目的是为开发者提供一套工具，以达到定制区块链项目的作用。

安全层：深入探究

虽然低交易成本和高处理效率是 Polygon 快速发展的主要动力，但如果没有 Polygon 的模块化安全解决方案，这些增长都是不可能的。这些 "安全即服务 "的解决方案包括 Polygon 的 PoS 侧链和欺诈证明机制，而像通用数据可用性层 Avail 和 Hermez ZK-rollups 这样的新解决方案仍在开发中。其中一些解决方案可以混合使用，但都依赖于 Polygon SDK 。

Polygon SDK

Polygon SDK（软件开发工具包）是一套框架，供项目推出自己的 EVM 兼容链。这个 SDK 实现了 "安全即服务"，允许开发者为其项目选择理想的扩展解决方案。

如上图所示，Polygon框架分离了功能，允许开发者选择自己的共识机制，或开发自己的共识机制，同时保持与Polygon生态系统内其他链的互操作性。

这种互操作性使具有不同扩展解决方案的Polygon链能够相互沟通，允许开发者选择定制的安全解决方案。Polygon还计划增加更多开箱即用的共识机制、数据库实现和其他辅助服务。

Polygon Hermez (ZK-rollup) Security

Polygon 最近收购了 Hermez ，一个 ZK-rollup 解决方案。Hermez 正在开发一个相当于 EVM 的 ZK-rollup ，这是一个非常有前途的二层解决方案，旨在使资产转移变得更加安全、同时成本更低。 ZK-rollup 将成批的交易压缩成少量的有效性证明（或 zk-SNARK ）形式的数据。然后，这些数据被发布到链上，以便对证明的正确性进行验证。与以太坊相比， Hermez 拥有 133 倍的吞吐量，交易成本只有十分之一。

这种解决方案没有 plasma 的缺点，即七天的提款等待时间，因为不需要通过欺诈证明来挑战数据，因为 SNARK 证明在计算上很容易验证。然而，有效性证明的结构仍然是计算密集型。目前用户所期待的真正的解决方案还需要等待一段时间，与 Avail 一样，ZK-rollup 的未来看起来也是一片坦途。

Polygon Miden

Polygon最近还宣布了一个新的 ZK 项目，叫做 Miden ，是一个基于 STARK 的、与 EVM 兼容的 rollup 。该项目由 Bobbin Threadbare 领导，他是其他 ZK 技术 Distaff VM （一个基于 STARK的虚拟机）和Winterfell（一个高性能的STARK验证器）的核心开发者。

这个解决方案将纯粹基于STARK，支持任意交易并自动生成执行证明。Miden将把Solidity代码编译成Miden Assembly，Miden VM将使用它来执行交易并生成零知识证明。

Hermez的目标是与EMV完全兼容（在代码层面），Miden 将从使用 Solidity 编译开始，然后转向其他语言。

结论

事实证明， Polygon 专注于为以太坊提供扩展解决方案的决定是成功的，因为Polygon网络在整个2021年都有爆炸性的增长。为了继续这种增长，Polygon正在努力建立开箱即用的扩展和安全解决方案，使开发人员能够利用Polygon降低的交易成本和包容时间。仅仅是ZK-rollup解决方案就有超过10亿美元的资金，Polygon有足够的资源来进一步扩大其解决方案套件，以帮助以太坊扩展，满足未来的预计网络负载。