區(qū)塊鏈第2階段：如何擴容？

Lucas Mearian

隨著區(qū)塊鏈越來越受歡迎，解決如何在保持或提升性能的同時對它們進行擴容以便能夠與當(dāng)今的交易網(wǎng)絡(luò)展開競爭這個難題也正變得越來越緊迫。

如何改善區(qū)塊鏈低下的交易性能呢？如今正在努力破解這個重要的區(qū)塊鏈難題的組織不止一家。

區(qū)塊鏈分布式賬本技術(shù)的工作原理是將一系列電子記錄鏈接在一起，每個記錄都與之前的記錄緊密相連； 每個新的條目集或“區(qū)塊”只有在通過了點對點（P2P）網(wǎng)絡(luò)上的共識程序之后才會完成并加上時間標記。

每個插入?yún)^(qū)塊鏈中的新記錄都必須被序列化。這一鏈式特征意味著，隨著區(qū)塊鏈的增長，區(qū)塊鏈的更新速率要將比并行更新數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫要慢。

如今，作為全球最流行的加密貨幣，比特幣和以太坊已經(jīng)開始使用工作證明（PoW）共識模型。作為驗證新區(qū)塊的方式，該模型要求節(jié)點（服務(wù)器）完成復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算（原理類似于將CAPTCHA作為挑戰(zhàn)/響應(yīng)機制以幫助網(wǎng)站確認人類用戶）。

PoW機制本身在設(shè)計上就不夠快。例如，比特幣需要大約10分鐘才能在賬本中添加新的記錄或區(qū)塊，即使每個條目只允許添加1MB數(shù)據(jù)情況依然如此。雖然以太坊中的區(qū)塊大小沒有這樣的限制，但是由于它們會隨時間動態(tài)調(diào)整，因此它們每秒也只能處理大約20筆交易。相比之下，Visa的金融網(wǎng)絡(luò)在峰值負載下每秒可處理大約10000筆交易。

問題的復(fù)雜之處在于：比特幣和以太坊P2P網(wǎng)絡(luò)都不是為了存儲大量數(shù)據(jù)而設(shè)計的，但是人們都以為它們可以存儲大量數(shù)據(jù)。正因為如此，隨著電子賬本的不斷發(fā)展，它們所需的算力和電力也在不斷增長。

為了解決存儲問題并加速交易過程，人們已經(jīng)提出了從增加區(qū)塊大小到將共識機制從PoW改為權(quán)益證明（PoS）等多種解決方案。PoS會創(chuàng)建“繳納保證金驗證者”或用戶，他們必須先存入保證金，然后才能作為區(qū)塊鏈共識或投票社區(qū)的一部分。只要“繳納保證金驗證者”對區(qū)塊鏈中誠實行事，那么他們就會留在共識社區(qū)； 如果他們試圖欺騙系統(tǒng)，那么他們就會失去他們的權(quán)益（他們的錢）。

尋找正確的答案

去年，以太坊在一個名為“Casper”（得名于電影《鬼馬小精靈》中那個友好的小精靈）的測試網(wǎng)中引入了一個PoS機制。

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)計算機科學(xué)系副教授Vipul Goyal認為：“權(quán)益證明算法肯定會超越工作證明算法。但是在這種情況發(fā)生之前，還有一些重要的研究挑戰(zhàn)需要克服。”

還有將PoW與PoS機制結(jié)合起來的混合模式，既尊重了那些既定權(quán)益者，同時仍允許電子賬本上的所有用戶進行一定程度的交易驗證。

今年早些時候，以太坊基金會與外部開發(fā)者進行了接觸，以幫助解決無法充分擴容的問題。

該基金會探索了兩種可能的解決方案。第一種方案即我們熟知的第2層擴容方案，將網(wǎng)絡(luò)參與者之間繁瑣的往來流程轉(zhuǎn)移到一個單獨的區(qū)塊鏈或數(shù)據(jù)庫中。不過該方案仍然允許主要的或第1層區(qū)塊鏈記錄最終交易結(jié)果，如你購買一個以太幣或比特幣。在保持區(qū)塊鏈與生俱來的可信賴性的同時將最普通的流程轉(zhuǎn)移到鏈外，作為“狀態(tài)通道”的第2層的效率將得到大幅提升。

另一種可能的方案：“分片”

第二種可能的解決方案涉及PoS和添加“分片”。該方案將網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點劃分為分區(qū)，每個分區(qū)負責(zé)處理每個交易中的一小部分，并且允許同時并行處理更多的交易。以太坊聯(lián)合創(chuàng)始人Vitalik Buterin在博客中寫道，分片不會削弱區(qū)塊鏈原有的安全性，因為它們保留了“區(qū)塊鏈大部分的去中心化和安全屬性”。

但是，以太坊的另一位聯(lián)合創(chuàng)始人Joseph Lubin認為，分片過于復(fù)雜并且創(chuàng)建一個可行的計劃需要時間。

他說：“我們將無法通過權(quán)益證明和分片立即獲得可擴展性，因此這些在我們的生態(tài)系統(tǒng)中將作為第三階段的工作。這些工作具有深遠意義，但是第二層解決方案無疑是一塊非常堅實的墊腳石。”

比特幣和以太坊開發(fā)者都建議將交易數(shù)據(jù)卸載到二級數(shù)據(jù)庫或區(qū)塊鏈中，只在鏈上保留資金驗證流程，允許資金“脫鏈”轉(zhuǎn)移。今年早些時候，比特幣開發(fā)者提出將Lightning Network作為“第二層”支付協(xié)議，允許交易和小額交易近實時地在一個單獨的P2P網(wǎng)絡(luò)上發(fā)生。

在上個月于香港舉行的Rise會議上，Lubin提到了Plasma。Plasma于2017年由Buterin和Joseph Poon首次推出，為針對以太坊的第二層擴容方案。該方案將為主要的或第一層區(qū)塊鏈添加具備處理功能的第三層區(qū)塊鏈。

Lubin 在專家小組討論中稱：“我們正在進入一個可以將以太坊作為第一層信任系統(tǒng)的階段。作為以太坊的組成部分，我們在第二層系統(tǒng)中將處理成千上萬個交易，并且年內(nèi)就能看到這一分叉。”

在Computerworld網(wǎng)站的訪談中，Lubin確認了以太坊中第二層協(xié)議的發(fā)展軌跡：為了進行游戲或加密貨幣交換，它們可使用Plasma構(gòu)建，并通過智能合約鏈接至第一層以太坊區(qū)塊鏈。（智能合約為基于預(yù)先確定的規(guī)則執(zhí)行的業(yè)務(wù)自動化腳本）。

智能合約將負責(zé)在根或第一層區(qū)塊鏈與第二層區(qū)塊鏈之間移動交易。與此同時，智能合約還將維護規(guī)則，例如不允許多次使用由哈希記錄表示的數(shù)字令牌。第二層區(qū)塊鏈可以使用其他的共識機制（例如PoS或甚至權(quán)威證明）驗證從主區(qū)塊鏈轉(zhuǎn)移至次區(qū)塊鏈的交易。

Lubin 稱：“如果該系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，Plasma技術(shù)能夠讓人們根據(jù)被恢復(fù)值的最后一個檢查點將其令牌從該系統(tǒng)中拉出來，并且第二層系統(tǒng)的管理者不能阻止人們挽救他們的值。”

如果丟失了加密密鑰會怎樣？

只要分布式電子賬本存在，在系統(tǒng)被黑客攻擊或用戶丟失私人加密密鑰時恢復(fù)加密貨幣一直是個難題。如果丟失了私鑰，那么你將失去訪問加密貨幣的能力。

第二層以太坊區(qū)塊鏈的一個示例是能夠在咖啡店購買Wi-Fi接入服務(wù)的應(yīng)用程序，比如每分鐘一美分。當(dāng)客戶走進咖啡館并使用支持以太坊的應(yīng)用程序登錄Wi-Fi服務(wù)時，該應(yīng)用程序?qū)⒃试S客戶通過以太坊智能合約在其賬戶中留出一定數(shù)額的資金。每過一分鐘，第2層區(qū)塊鏈上的智能合約將自動記錄或驗證用于支付Wi-Fi服務(wù)的費用。在客戶離開時，最終支付的金額將記錄在主要的以太坊區(qū)塊鏈上。在服務(wù)結(jié)束時，咖啡館經(jīng)營者會獲得由智能合約自動簽署的最后一筆交易，這將使其有權(quán)獲得服務(wù)費用。

區(qū)塊鏈也可以成為一個流行的游戲平臺。例如，最早且最受歡迎的基于區(qū)塊鏈的游戲之一是“加密貓”。游戲中，玩家需要收集、繁殖和交易虛擬的貓咪。每只貓代表一種不可替代的數(shù)字代幣。“魔法創(chuàng)世紀”和“意志之力”等卡牌游戲也是基于區(qū)塊鏈的游戲。

Plasma 網(wǎng)絡(luò)還允許用戶在兩個基于區(qū)塊鏈的不同游戲之間移動。Lubin稱： “比如有兩種不同的游戲，而且這些游戲又在兩個基于Plasma的不同網(wǎng)絡(luò)上。如果我在一個游戲中擁有一把稀缺的劍，可我想把它們帶回以太坊，也許我可以將它們賣給別人或把它們移植到其他游戲當(dāng)中。”

迄今為止最出色的第二層以太坊項目是Loom Network。該項目為今年早些時候上線的SDK套件，其可創(chuàng)建具有高可擴展性的游戲和面向用戶的DApp。第二層技術(shù)使用了PoS共識機制來驗證新的區(qū)塊。

仍需要時間加以試驗

Lubin稱，目前人們并不急于將第二層協(xié)議引入以太坊，因為還有基于當(dāng)前架構(gòu)的其他“修剪機制”可用，并且這些機制也可進一步提升效率。

“我們還沒有處于真正的危險之中，系統(tǒng)可能在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)還會繼續(xù)得到長足發(fā)展。盡管存在這樣和那樣的缺陷，但是我認為我們還可以將性能提升兩到三倍。”

例如，在以太坊的下一次迭代中，區(qū)塊大小可能會增加50%或70%，從而允許在鏈上存儲更多數(shù)據(jù)。Lubin稱： “目前這項工作正在進行當(dāng)中。”

本文作者Lucas Mearian為資深記者，主要從事金融服務(wù)IT（包括區(qū)塊鏈），醫(yī)療保健IT和企業(yè)移動問題（包括移動管理、安全、硬件和應(yīng)用程序）的報道。

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https：//www.computerworld.com/article/3297798/blockchain/blockchain-phase-2-will-it-scale.html