浅析：Polkadot如何进行升级？

引?言

我们都知道，区块链的特性之一是不可篡改，这一特性背后是节点共识等技术的支撑。在全节点共识的网络中，升级一直是困扰区块链界的一大问题，因为在实际使用场景中，节点的部署通常存在一定的地理隔离。要想在同一时间对所有节点进行升级基本是不可能的！这一问题在公链中更为凸显，一条公链的节点可能分散在世界的各个角落。

如果不能同一时间对全部节点进行升级，就会导致某一时刻，既有运行旧版本的节点也有运行新版本的节点。如果旧版本的节点无法验证新版本的节点产生的区块，那么便会存在两条区块链，即所有旧版本的节点维护一条链，所有新版本的节点维护一条新的链。这一现象我们称为“硬分叉”。

现有区块链的升级方式

引言中提到的“硬分叉”确实是区块链里的一种软件升级方式，典型的例子如比特币以及硬分叉的比特币现金。

还有一种分叉称为“软分叉”，与硬分叉不同之处在于：硬分叉中，新版本的节点可以验证旧版本的节点产生的区块，旧版本的节点无法验证新版本节点产生的区块；而软分叉中，新旧版本软件可以互相验证对方产生的区块，因此软分叉以后，依旧是一条区块链。

以太坊基金会分配94.8万美元奖励给Layer2社区的22个项目:金色财经报道，以太坊基金会隐私与扩展探索团队公布2022年Layer2社区受赠项目名单，Candidelabs、Quantstamp、Spiro、SoulWallet等22个项目共分配94.8万美元的总奖金。

据悉，Layer 2 Community Grants轮次于2022年10月24日开始，为期6周，共收到130多个提案。由于提案质量较高，以太坊基金会将预算从最初的75万美元提高到了94.8万美元。[2023/2/15 12:07:45]

软分叉和硬分叉都可以对区块链进行升级，但是它们有非常明显的缺点：

影响业务运行：需要将正在运行的节点停掉，替换成新版本的二进制，再启动新版本的节点升级需要较长时间：由于区块链的节点数量很多，且由不同的矿工/管理员运行，整个升级过程可能持续较长时间才能完成

Polkadot如何进行升级

Polkadot是基于Substrate框架开发的区块链，也是一个跨链协议，其作为中继链实现不同区块链之间的跨链交互。它使用Substrate提供的升级方案来进行无分叉的系统升级，完美解决了传统区块链升级中存在的问题。

数据：Deribit上的ETH期货合约24小时交易量达到4个月高点:金色财经报道，据Glassnode数据显示，Deribit上的ETH期货合约24小时交易量刚刚达到685,175,797美元的4个月高点。

2022年9月15日观察到之前的4个月高点为679,769,522美元。[2022/10/26 11:44:47]

▲?Runtime介绍

要解释Polkadot如何进行无分叉升级，首先不得不介绍一下Polkadot里的几个概念。从技术角度来讲，Polkadot协议可以分为两个部分：Runtime和RuntimeEnvironment，Runtime包含Polkadot协议的大多数状态转换函数的执行逻辑，RuntimeEnvironment则包含区块链的一些通用模块，如网络通信、区块生成和共识引擎等。RuntimeEnvironment将外部数据传入Runtime，并与之交互来执行状态转换函数。对Polkadot的升级其实就是对Runtime部分的升级。

用户可以选择使用FRAME来开发Runtime，它的全称是FrameworkforRuntimeAggregationofModularizedEntities，是一组可简化Runtime开发的模块和支持库。Polkadot的Runtime是用rust编写的代码，它被同时编译成一个native可执行文件和一个WebAssembly二进制文件，native可执行文件是整个节点可执行文件的一部分，而wasm二进制则被作为状态的一部分存储在链上。节点执行时既可以使用nativeruntime也可以使用wasmruntime，wasmruntime虽然比nativeruntime执行效率低一点，但是它有以下优点：

Coinbase：合并后上账确认所需要的区块数将暂时增至85:9月15日消息，Coinbase发推称，为了保证安全性，合并后上账确认所需要的区块数将暂时从14增加到85。[2022/9/15 6:57:18]

跨平台。虽然wasm是与平台无关的二进制格式，无论使用何种硬件，在VM中运行wasm，得到相同的执行结果。可以确保产生有效的区块。在wasm中执行的逻辑总是能在nativeruntime中运行，但反过来则不一定。良好的社区支持。工具链和生态得到了社区的大力支持，目前rust对wasm支持的最好。▲?Runtime无分叉升级

升级Runtime的第一步，就是提出一个议案，将更新的Runtimewasm二进制提交到链上。下图是作者写这篇文章时在Polkadot浏览器中的提案截图，其中编号为2的提案便是对Runtime进行升级的提案。

DuckPond Technologies完成150万美元seed-1轮融资，James Moor领投:金色财经报道，元宇宙游戏开发公司DuckPond Technologies宣布完成150万美元seed-1轮融资，James Moor领投，估值达到5000万美元。DuckPond Technologies 专注于开发企业软件和创新产品，首个产品是一款名为 Hip-Hop Golf 的元宇宙游戏，Hip-Hop Sportz 游戏生态系统被设计为一种去中心化的消费者优先技术，将具有沉浸式虚拟和增强现实功能、加密编程、NFT数字虚拟地块交易的游戏体验带给移动玩家。（finsmes）[2022/8/11 12:17:01]

该议案进入公投并投票通过以后，区块链节点便使用当前的Runtime逻辑，将链上使用的wasm二进制替换为议案通过的wasm二进制。作为共识过程的一部分，全网所有的区块链节点都将执行这一过程。

Runtime提供版本信息以区分不同的版本，节点执行时通过判断nativeruntime和wasmruntime的版本信息，来选择合适的Runtime执行。Runtime使用RuntimeVersion结构体来表示版本信息，如下图所示：

以太坊扩容项目AltLayer将于7月28日空投OG徽章NFT:7月6日消息，以太坊扩容项目AltLayer今日宣布，将向早期用户空投OG徽章NFT，本次活动共有1000个OG徽章，其中400个将在此活动中铸造和分发，剩余的600个OG徽章将留作以后分发。

NFT白名单活动将于北京时间7月6日20:00点开始，并于2022年7月25日20:00结束。NFT铸造活动将于北京时间7月28日20:00开始。OG NFT空投将以先到先得的方式提供给所有列入白名单的地址。每个白名单地址将有资格铸造最多1个OG徽章。只有前300个地址会收到OG徽章。所有NFT都将免费提供，用户在铸币过程中不需要gas费。[2022/7/6 1:55:43]

其中各字段解释如下：

spec_name：用于区分不同Substrateruntime的标识符。

impl_name：Runtime实现名称，用于区分不同团队所实现的代码。

authoring_version：出块接口版本号。只有当该值等于nativeruntime的版本号时，出块节点才会生成区块。

spec_version：Runtime规范版本号。只有当nativeruntime和wasmruntime中的spec_name、spec_version、和authoring_version都相等的情况下，全节点才会使用nativeruntime，否则使用wasmruntime。

impl_version：Runtime规范实现版本号。节点可以完全忽略此值；它仅用来说明代码是不同的。

transaction_version：外部交易接口版本号。

apis：所支持的RuntimeAPI及其版本的列表。

之后，节点执行时会发现nativeruntime的版本和wasmruntime版本不一致，因此之后所有执行过程都会使用链上最新的wasmruntime，而不是nativeruntime。至此，便完成了无分叉的升级过程。

▲?存储迁移

在Polkadot升级过程中，还有一个不可忽略的要点便是存储迁移，它是指开发人员重新调整现有的存储以满足新的需求。

为什么需要存储迁移呢？举个简单的例子：假设在旧的Runtime逻辑中，用户账户余额的数据类型是用无符号整型表示的，也就是用无符号整型进行存储的；而在新的Runtime逻辑中，该数据类型是用有符号整型表示的。如果没有使用存储迁移，新的Runtime执行状态转换逻辑的过程中，读取用户账户余额时有可能读取到负数可能，这便可能引起不可预料的结果。

在Runtime中需要进行迁移的改动必须使用Substrate提供的D1-runtime-migration标签来指定。同时，FRAME提供了on_runtime_upgrade函数，该函数的逻辑会在Runtime升级之后立即执行，因此可以在该函数中加入相关的逻辑来实现存储迁移。

总结

Polkadot的升级方案通过将Runtime分为native和wasm并采用链上治理进行升级，无需中断节点且不影响业务运行，也无需太多的人员投入，效率大大提高，完美解决了分叉升级带来的问题，确实是一个非常不错的区块链升级方案。

参考文献

?RuntimeUpgrades,?https://substrate.dev/docs/en/knowledgebase/runtime/upgrades

?J.Burdges,A.Cevallos,P.Czaban,R.Habermeier,S.Hosseini,F.Lama,H.K.Alper,X.Luo,F.Shirazi,A.Stewart,andG.Wood.Overviewofpolkadotanditsdesignconsiderations.arXivpreprintarXiv:2005.13456,2020.

作者简介

周蓉

数据网格实验室BitXHub团队

研究方向：区块链账本互操作技术

标签：TIMIMERUNTIMELifeTimeTimeseries AIDRUNtime币未来价值

ADA热门资讯