Je näher Polkadot dem Start des Mainnets kommt, desto mehr Anfragen erhält die Web3 Foundation zu den Parachains: die anfängliche Zuteilung und die Schritte, die ein Projekt unternehmen muss, um ein Parachain zu werden. Das folgende Arbeitsdokument enthält einen Entwurf für eine faire Verteilung der Parachains beim Start sowie eine Erklärung, wie Polkadot in Zukunft mit der Verfügbarkeit zusätzlicher Parachain-Slots umgehen wird.

Wir haben eine frühere Version dieses Dokuments an eine Reihe von Projekten geschickt, die auf Polkadot aufbauen, und stellen es nun der gesamten Polkadot Community zur Verfügung, um das Feedback von weiteren Parachain-Erstellern und Interessengruppen einzuholen.

Die Mechanismen des Leasings von Parachains werden noch erforscht, getestet und eingesetzt. Wir hoffen, dass Projekte zu diesem Prozess beitragen, während er sich weiterentwickelt. Vieles an dem System kann sich noch ändern, aber was wir heute garantieren können, ist Folgendes:

Es wird eine begrenzte Anzahl von Parachain-Slots geben, die zu Beginn niedrig ist und im Laufe der Zeit ansteigt.
Es wird eine unerlaubte, marktbasierte Vermietung von Slots geben. Um eine faire Zuteilung der Parachain-Slots zu gewährleisten, haben wir uns für Auktionen entschieden. Jeder kann daran teilnehmen; das Auktionsformat ist eine für die Blockchain modifizierte Kerzenauktion mit einer rückwirkend festgelegten, zufälligen Endzeit.
Wenn jemand (Einzelpersonen oder Smart Contracts) eine Auktion gewinnt, braucht er von niemandem die Erlaubnis, seine Parachain einzusetzen.
Parachain-Slots haben eine endliche Lebensdauer.
Eine kleine Anzahl von Slots wird für einen begrenzten Zeitraum für spezielle " Common Good"-Parachains reserviert, die von der Web3 Foundation verwaltet werden.

Diese allgemeinen Punkte werden sich vor der Genesis wahrscheinlich nicht mehr ändern, während genaue Schätzungen über die Anzahl der Parachain-Slots und deren Kosten zum jetzigen Zeitpunkt nur sehr schwer möglich sind.

Parachains auf Polkadot

Parachains sind der Begriff, den wir verwenden, um ein externes System (typischerweise, aber nicht notwendigerweise, eine Blockchain) zu beschreiben, das ein konstituierendes Mitglied von Polkadot ist. Eine Blockchain kann auf zwei Arten mit Polkadot interagieren: als native Parachain oder über eine Bridge-Parachain. Für die Bereitstellung als native Parachain kann ein Team das Cumulus-Framework (basierend auf Substrate) verwenden, von Grund auf neu entwickeln oder eines der kommenden Parachain Development Kits nutzen. Native Parachains können das schnellere Inter-Chain Messaging und die gemeinsame Sicherheit von Polkadot nutzen. So müssen Sie Ihre Währung nicht aufblähen, um Miner oder Staker zu motivieren, Ihr Netzwerk zu sichern. Wenn eine Blockchain eine Reihe von alten Design-Entscheidungen hat, die einen Wechsel zu Polkadot erschweren, kann sie alternativ ihren eigenen Konsens- und Finalitätsmechanismus beibehalten und sich über eine Brücke, die auf einer Parachain gehostet wird, zu einer "Bridge Chain" verbinden. Damit Bridge Chains und das Polkadot-Netzwerk miteinander kommunizieren können, muss die Bridge Chain finalisiert werden, bevor Nachrichten sicher weitergeleitet werden können. Es ist wahrscheinlich, dass sich mehrere Blockchains dieselbe Bridge-Parachain und damit die Kosten für ihren Slot teilen können.

Verschiedene potentielle Parachains, die mit der Relay Chain verbunden sind

Warum gibt es eine endliche Anzahl von Parachains?

Parachains kosten Ressourcen, damit sie sicher und aktiv bleiben. Es gibt eine endliche Anzahl von Parachain-Slots, weil es eine endliche Menge an Ressourcen im Polkadot-Netzwerk gibt. Dies ist ähnlich wie bei anderen Netzwerken, die ebenfalls Grenzen für ihren Rechendurchsatz haben und Gebühren und andere Maßnahmen einführen, um diesen zu steuern. Es ist zwar noch nicht klar, wie viele Parachains das Design von Polkadot "Version 1" unterstützen wird, aber die tatsächliche Anzahl der Chains, die bei der Entstehung unterstützt werden können, wird natürlich geringer sein, da Aspekte des Systems noch optimiert werden müssen. Wie im ursprünglichen Polkadot-Whitepaper erwähnt, gibt es bei Polkadot "Version 1" wichtige Einschränkungen hinsichtlich der Skalierbarkeit, insbesondere den quadratischen Overhead für Nachrichtenwarteschlangen, die zu einer natürlichen Obergrenze führen. DOTs müssen gebondet werden, um einen Parachain-Slot zu erhalten. Parachains haben also einen Wert, der auf dem Spiel steht, und das Anhängen einer nutzlosen Chain ist teuer.

Ziele für die Parachain-Einführung

Wir gehen derzeit davon aus, dass Polkadot mit einer Handvoll Parachain-Slots starten wird. Die Zahl der Parachain-Slots von Polkadot wird von etwa fünf auf 50 bis 200 Slots ansteigen, da in den ersten ein oder zwei Jahren des Betriebs verschiedene Optimierungen bei der Implementierung vorgenommen werden. Die Ziele dieses Einführungsplans sind, in der Reihenfolge ihrer Bedeutung, folgende:

Sorgen Sie für Sicherheit in der Polkadot Relay Chain.
Ermöglichen Sie es, dass die Projekte, die den größten Mehrwert für Polkadot bringen, zuerst an Bord kommen.
Halten Sie das Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage für Parachain-Slots aufrecht, damit es angemessene wirtschaftliche Anreize gibt, ein Validator im Netzwerk zu sein.
Erlauben Sie die Verbreitung von Experimenten und neuen Anwendungsfällen, wenn das Netzwerk wächst.

Zu diesem Einführungsplan gehören "Genesis Parachains", die bei Genesis eingeführt werden, und versteigerte Parachains, die nach Genesis zur Verfügung stehen werden. Die folgenden Abschnitte erklären diese.

Genesis Parachains

Für Genesis ist es unwahrscheinlich, dass es viele Parachains geben wird. Sofern es Parachain-Betreiber gibt, werden die Slot-Inhaber von der Web3 Foundation auf zwei Arten bestimmt:

Die Web3 Foundation hat einige Common-Good Chains gesponsert, darunter Bridge Chains und eine einfache Smart Contract Chain. Wenn diese bis zur Genesis fertig sind, werden sie einbezogen.
Die Web3 Foundation wird eine oder mehrere Off-Chain-Auktionen in einem ähnlichen Format wie die unten beschriebenen On-Chain-Auktionen nach der Genesis veranstalten, damit Teams Slots leasen können, wenn sie mehr DOTs als alle anderen hinterlegen.

Zu den Common-Good Chains gehören diejenigen, die die Web3 Foundation für strategisch wichtig hält oder zu deren Entwicklung sie sich bereits verpflichtet hat. Dazu gehören:

Ethereum-Polkadot-Brücke
Bitcoin-Polkadot-Brücke
Kritische Infrastrukturprojekte, zum Beispiel DEXs oder Stablecoins.

Für eine aktuelle Version dieser Erklärung besuchen Sie bitte das Polkadot Wiki.

Parachain Auktion

Die große Mehrheit der Chains wird in einer offenen Auktion angeboten, an der jeder teilnehmen kann.

Auf Dauer wird es eine ständige Verfügbarkeit von Parachain-Auktionen geben, so dass, wenn Ihr Projekt einen Slot in Polkadot einnehmen möchte, genügend Gelegenheiten bestehen, auf diesen zu bieten und ihn sich zu sichern. Wenn die Nachfrage nach Slots im Laufe der Zeit steigt, kann der Governance-Mechanismus neue Slots einführen. Sollte umgekehrt ein Punkt erreicht werden, an dem es zu viele Parachains gibt, kann die Gesamtzahl der Slots reduziert werden.

Parachain-Slots werden im Rahmen einer unerlaubten Kerzen-Auktion angeboten, die modifiziert wurde, um sicherzustellen, dass sie fair und sicher auf einer Blockchain stattfindet. Dieser Mechanismus macht es für einen Akteur sehr schwierig, das System zu umgehen oder ehrliche Bieter durch Auktions-Sniping zu betrügen, was die Auktion unfair macht.

Bei den Bietern kann es sich um bestehende Parachains handeln, die ihren Leasingvertrag erneuern oder verlängern möchten, oder um neue Akteure, die eine Parachain einsetzen möchten. Im letzteren Fall können diese Akteure reguläre Polkadot-Konten sein (d.h. Konten mit Geldern, die direkt auf der Relay Chain gehalten werden), sie können aber auch von Parachains selbst kommen, so dass Smart Contracts möglicherweise Gebote abgeben können. Dies könnte es einer Community sogar ermöglichen, über einen Smart Contract Geldmittel zu beschaffen, um den Parachain-Slot eines Projekts zu sichern und den Geldgebern eine gewisse Belohnung zukommen zu lassen.

Verfahren zum Erhalt eines Parachain-Slots

Wie bereits erwähnt, ist die Struktur der rollierenden Verfügbarkeit so angelegt, dass immer wieder Parachains zur Versteigerung anstehen sollten.

Dabei handelt es sich nicht wirklich um Verkäufe in dem Sinne, dass die Bieter etwas kaufen. Sie bieten lediglich eine Summe von DOT-Token für eine Festgeldanlage an. Die effektiven Kosten des Leasings sind daher nur die Opportunitätskosten, die als Entwertung durch die Inflation modelliert werden können. Am Ende des Leasings des Parachains wird die Kaution zurückerstattet.

Der Kalender für Parachain-Slots ist in sechsmonatige "Leasingperioden" unterteilt. Für alle Slots beginnen und enden die Pachtperioden zur gleichen Zeit, so dass es für eine bestimmte Pachtperiode nur eine bestimmte Anzahl identischer Slots gibt.

Bei einer Auktion geht es um das Recht, einen Parachain-Slot in jedem der vier Zeiträume zu belegen, die die nächsten zwei Jahre der Leasing-Zeit ausmachen. Diese vier sechsmonatigen Zeiträume können alle an denselben Bieter gehen (und ihm einen ununterbrochenen Zeitraum von zwei Jahren ab dem Beginn des nächsten Leasingzeitraums sichern), oder sie können an vier einzelne Bieter oder eine Kombination davon gehen.

Dieses Format lässt verschiedene Anwendungsfälle zu. Ein neues Projekt möchte vielleicht nur sechs Monate lang als Parachain "ausprobieren", indem es nur die erste Periode erwirbt. Umgekehrt könnte sich ein Projekt eine zweijährige Laufzeit sichern wollen, indem es ein einziges Gebot für alle vier Zeiträume abgibt. Oder es kann sich eine 12-monatige Laufzeit in 12 Monaten sichern, sobald das Projekt entwickelt ist, indem es ein Gebot für die letzten beiden Perioden abgibt. Bestehende Parachains möchten vielleicht ihre Position erneuern, indem sie immer den letzten Slot gewinnen und so ihre verbleibende Leasing auf 18 bis 24 Monate begrenzen.

Der Auktionsmechanismus zielt darauf ab, die Anzahl der gebondeten DOTs über den gesamten Zweijahreszeitraum zu maximieren, so dass der höchste Einzelbieter für eine bestimmte Zeitspanne nicht immer den Zuschlag erhält.

Das Beispielszenario und Abbildung 1 unten veranschaulichen, wie der Auktionsmechanismus funktioniert. Angenommen, es steht nur ein Parachain-Slot zur Verfügung (wie es bei allen anfänglichen Auktionen der Fall sein wird):

Charlie bietet, 75 DOTs für die gesamten vier Perioden zu hinterlegen.

Dave bietet, 100 DOTs zu hinterlegen, aber nur für die letzten beiden Perioden (die ersten beiden sind ihm egal).

Emily bietet, 40 DOTs zu hinterlegen, aber nur für die ersten beiden Perioden (die letzten beiden will sie nicht).

Nun versuchen wir herauszufinden, wie wir diese Gebote so kombinieren können, dass ein oder mehrere Bieter ihre gewünschten Slots zugewiesen bekommen. Es gibt vier Möglichkeiten für die Zuteilung:

Charlie gewinnt, Dave und Emily verlieren. In diesem Fall werden 75 DOTs für vier Perioden hinterlegt, was einen Durchschnitt von 75 DOTs über die gesamten vier Perioden ergibt.

Dave gewinnt, Charlie und Emily verlieren. In diesem Fall werden 100 DOTs nur für zwei Perioden auf dem Konto gehalten, was einen Durchschnitt von 100 * 2 / 4 = 50 DOTs ergibt, die über die gleiche Zeit gehalten werden. Dies ist noch schlimmer.

Emily gewinnt, Charlie und Dave verlieren. In diesem Fall werden 40 DOTs nur für zwei Perioden gehalten, was einen Durchschnitt von 40 * 2 / 4 = 20 DOTs über die vier Perioden ergibt. Das ist noch viel schlimmer.

Schließlich könnte es sein, dass Dave und Emily beide gewinnen und Charlie verliert. In diesem Fall werden 100 DOTs für zwei Perioden und 40 DOTs für die anderen beiden Perioden aufbewahrt, was einen Durchschnitt von (100 2 + 40 2) / 4 = 70 DOTs über die vier Perioden ergibt. Das ist gut, aber nicht so gut wie die Zuteilung an Charlie.

Abbildung 1: Der Auktionsmechanismus ist darauf ausgelegt, die gebondeten DOTs über den gesamten Zweijahreszeitraum zu maximieren.

Dave hat zwar das höchste Gebot abgegeben, aber wenn wir die Berechnungen durchführen, sehen wir, dass er den Slot mit Emily teilen muss, die für die anderen beiden Zeiträume viel weniger geboten hat, da er nur für zwei Leasingperioden geboten hat. Die Gebote von Dave und Emily zusammengenommen lassen nicht so viel Kaution für die gesamte Leasingperiode mit vier Slots übrig wie das Gebot von Charlie, so dass Charlie den Zuschlag für die Slots erhält.

Teilnahme an einer Auktion

Alle Auktionen für Parachain-Slots werden in DOTs abgehalten. Projekte, die eine Parachain einsetzen möchten, können DOTs auf verschiedene Weise erhalten:

Ausgabe eigener Parachain-Token und deren Tausch gegen DOTs auf dem offenen Markt
Kauf von DOTs auf dem freien Markt mit vorhandenen Ressourcen
Durchführung eines Crowdsale zur Beschaffung von DOTs
Beantragung eines Zuschusses der Web3 Foundation

Darüber hinaus kann es für eine Gruppe von Projekten möglich sein, sich in einer einzigen Chain zusammenzuschließen, um die Kosten für einen Parachain-Slot zu teilen. Zum Beispiel könnten sich mehrere Brücken einen einzigen Parachain Slot teilen.

Kosten für einen Parachain

In absoluten DOT-Münzen ausgedrückt, sind Parachain Slots kostenlos: Die DOT-Token, die zur Sicherung eines Slots erforderlich sind, werden lediglich hinterlegt und zurückgegeben, sobald die Zeit als Parachain vorbei ist. Für Projekte, die Kapital (insbesondere Kryptokapital) "herumliegen" haben und die bereits zuversichtlich sind, sich wirtschaftlich im Polkadot-Netzwerk zu engagieren, ist dieser "Preis" nahezu Null.

Für Projekte, die sich noch nicht bei Polkadot eingekauft haben oder die nicht über bereits vorhandene Kapitalreserven verfügen, ist der effektive "Preis" für das Leasen eines Parachain-Slots einfach die Opportunitätskosten für das Hodling von DOTs und nicht für irgendein anderes Asset. Zwei Dinge sind hier erwähnenswert: Damit ein Projekt als Parachain erfolgreich ist, wird es notwendigerweise einen zusätzlichen Nutzen für das Polkadot-Netzwerk bringen und damit sein Wertangebot und seine Nutzerbasis insgesamt erhöhen. Da es sich um Netzwerkeffekte handelt, sollten die wirtschaftlichen Auswirkungen dieser Veränderungen super-linear sein. Es ist daher vernünftig zu erwarten, dass Parachain-Projekte im Laufe ihrer Amtszeit einen Teil ihres Asset-Portfolios in DOTs halten wollen, um den Wert ihres eigenen Erfolgs zu erhalten.

Zweitens werden innerhalb des Polkadot-Netzwerks DOT-Token für vier Aktivitäten benötigt: Governance, Parachain-Leasing, Transaktionsabwicklung und Staking. DOTs, die bereits für eine Parachain-Pacht hinterlegt wurden, können nicht für drei dieser vier Aktivitäten verwendet werden (Governance ist immer noch möglich). Daher können wir den realen Preis als die Opportunitätskosten dafür betrachten, dass wir nicht in der Lage sind, mit ihnen zu handeln, andere Slots zu leasen und zu staken. Während die ersten beiden einen unbestimmten Wert haben, ist der letztere vertretbar, da er sowohl durch die Inflation belohnt wird als auch als Bollwerk gegen sie dient.

Für Polkadot Genesis werden Staking-Belohnungen von bis zu 20% anteilig durch die Inflationierung der Emissionsbasis um bis zu 10% pro Jahr erwartet. (Dies ist deutlich weniger als die Inflationsrate von Ethereum Genesis, die bei etwa 30% pro Jahr liegt, da der BABE/GRANDPA-Konsens effizienter ist als der Proof-of-Waste, der in Ethereum verwendet wird). Der effektive Preis für den Verzicht auf Staking ist also die entgangene Belohnung, abzüglich der Tatsache, dass kein Risiko eingegangen wurde und keine Arbeit nötig war. Je nach Risikobereitschaft, Fachwissen, Arbeitskosten, Effizienz des Staking-Systems und der DOT-Bewertung können die anteiligen 20 % nur als theoretisches Maximum betrachtet werden: Die tatsächlichen DOT-basierten Opportunitätskosten würden wahrscheinlich einen weitaus geringeren Anteil ausmachen.

Zum Vergleich: Die jährlichen Kosten für die Sicherung der großen Chains (z.B. Cosmos, Tezos und EOS) liegen im zweistelligen Millionenbereich pro Jahr, bei Ethereum und Bitcoin sogar im Milliardenbereich. Die Kosten für die Sicherheit in Polkadot wären also ganze drei bis fünf Größenordnungen geringer und würden dennoch einen schnellen, beliebigen, vertrauensfreien Nachrichtenaustausch zwischen den Host Chains ermöglichen - eine revolutionäre Ergänzung.

Die 300 größten Krypto-Token haben alle eine Marktkapitalisierung von mehr als 10 Millionen Dollar und fast alle haben ein tägliches Volumen von mehr als 100.000 Dollar. Geht man von einem konservativen jährlichen Inflationsfaktor von 2 % für Mining-, Staking- oder Transaktionskosten aus, dann geben selbst die bescheidensten Krypto-Projekte mehr als 200.000 $ pro Jahr für Sicherheit aus. Für die meisten wäre es wirtschaftlich vorteilhafter, einen Polkadot Parachain Slot zu diesen Preisen zu leasen, als einen inflationsbasierten Konsens zu verwenden, der kostspielig, isolierend und oft unsicher ist.

Weitere Untersuchungen und Modellierungen werden dazu beitragen, die wahrscheinlichen Kosten für einen Slot in Polkadot in DOTs zu ermitteln.

Wir sind uns darüber im Klaren, dass die Anbindung als Parachain an das Polkadot-Netzwerk mit nicht unerheblichen Kosten verbunden ist. Wenn wir das Netzwerk durch die Erhöhung der Anzahl der Slots für Parachains und die Entwicklung weiterer Brücken und leichtgewichtiger Brücken skalieren, sollten die Gesamtkosten sinken. Insgesamt dürfte die gemeinsame Sicherheit auf Polkadot eine wesentlich kostengünstigere Option für die Netzwerksicherheit darstellen als die Sicherung eines Netzwerks durch eine vollständig eigene und individuell gebootete Sammlung von Minern/Validatoren, die unabhängige Entscheidungen über die Kapitalallokation treffen müssen.

Governance

Es gibt keinen expliziten Mechanismus für die Governance, um Parachains in Polkadot zu sperren oder zu entfernen. Dennoch ist Polkadot von Natur aus ein regierbares System und als solches kann der Governance-Mechanismus die Blockchain nach eigenem Ermessen aktualisieren und mutieren. Umstrittene und schikanöse Mutationen sind möglich, aber da dies die Zustimmung mehrerer Gruppen von Interessenvertretern erfordert, einschließlich des Councils, der Validatoren und der langfristigen Token-Händler-Basis, schätzen wir die praktische Wahrscheinlichkeit ähnlich hoch ein wie die Chance, dass ein großes Netzwerk eine ähnlich bösartige Hard-Fork durchführt. Im Zusammenhang mit Blockchains ist Governance ein Novum: Polkadot ist unbestreitbar ein Experiment mit zahlreichen bahnbrechenden Technologien und obwohl wir hoffen, das Risiko durch Audits, Modellierung und Tests zu mindern, können wir nie mit Sicherheit wissen, was passieren wird. Hard-Forking bleibt unweigerlich als letzter Ausweg auf dem Tisch, sollte das Experiment schief gehen.

So wie ein Parachain seine DOTs, die er für den Slot hinterlegt hat, nicht verschieben kann, gehört der Slot nur ihm und er kann damit machen, was er will. Polkadot-Parachains, die fehlerhaft sind (z.B. eine Parachain, deren Zustandsübergangsfunktion Endlosschleifen, Speicherbomben oder Nachrichten-Spamming zulässt), werden von Netzwerk-Validatoren erkannt und deaktiviert. Genauso wie Solo-Chains, die sich Polkadot anschließen, den Konsens von Polkadot übernehmen, geben Parachains, die das Netzwerk verlassen, den Konsens von Polkadot auf. Diese ehemaligen Parachains werden zu Solo-Chains und müssen für ihre fortwährende Lebendigkeit und Sicherheit sorgen.

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