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?！?/p>

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?！?/p>

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?！澳Х▌?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?！?/p>

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中?！?/p>

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