区块链最大的难题和不同解决方案的剖析

编者按：本文来自巴比特，星球日报经授权转载。目前区块链平台最大的问题，可以用一个简单的类比来说明：二十一世纪初，互联网的速度非常缓慢。当时如果你有一个博客，用户要访问它既费时又费钱。人们注意到这个问题，但同时也认识到了互联网的用处。为了解决此问题，很多人努力改进互联网的基础设施和设计。与此同时，人们还构建了更强大的硬件来运行这些互联网的设施。由于这些改进，互联网变得更快，访问成本变得更低。以前，开发人员们只能创建单个网页。但现在，开发者可以在改进的基础设施上建立像脸谱网、谷歌和Twitter这样的网站。所有这些都是可能的，因为互联网的速度和容量得到了极大提升。区块链技术也面临着类似的问题——缓慢而昂贵。许多区块链公司都致力于构建可扩容的基础设施，从而使区块链平台在未来成为主流。一旦那一天到来，人们不仅可以使用区块链进行支付，还可以在其之上构建类似于谷歌和脸书的应用程序。区块链和扩容能力问题

美股区块链概念股普遍收跌:今日美股收盘，美股区块链概念股普遍收跌。柯达收跌1.68%，埃森哲收跌0.78%，overstock.com收跌1.47%，Riot Blockchain收跌5.05%，Marathon Patent收跌22.62%，Square收跌4.51%。[2020/12/24 16:19:52]

现在假设你在同一个火车站，但这次还有另外一百人个想坐这列火车。火车来了，售票员看了看人群，说：“付钱最多的10个人可以上火车。”你因为赶时间，所以你就付了一大笔钱买票上火车。由于区块链平台的吞吐量低，交易费用不断上升。例如，一笔10美元的交易在拥挤的区块链平台上很可能需要支付2美元的交易费用。因此，缓慢和高成本是互联网上的主流交易往区块链平台上迁移的巨大障碍。提升扩容能力

经济日报评论员：运用区块链等技术建设综合性城市管理数据库:4月5日，经济日报评论员文章表示，让城市更聪明更智慧，须尊重城市发展规律，掌握科学工作方法和策略。要从构成城市诸多要素、结构、功能等方面入手，对重大问题周密部署和深入研究，步步为营，系统推进；运用科技创新手段和前沿技术，提升城市交通、文旅、卫健等方面的系统治理能力，借鉴杭州等城市的已有建设成果，在全国创造更多可推广经验；不断完善城市智能管理和服务，运用大数据、云计算、区块链、人工智能等前沿技术推动城市管理手段、管理模式、管理理念创新，建设综合性城市管理数据库。[2020/4/5]

为了提升区块链平台的主流接受度，这些平台需要进行扩容。区块链公司们为此提出了几种解决方案。1.增加区块大小

动态 | 10月26日至今 深交所互动易上镶滚区块链提问记录已超过1600条:据证券时报统计，10月26日至今，深交所互动易上与区块链相关的投资者提问记录已超过1600条。业内人士提醒，投资者需防范不顾基本面、盲目参与其中的风险，不排除有公司存在鱼目混珠、蹭热点以拉抬股价的情形。事实上，不少上市公司仅是表示会积极探索区块链，并无实质性介入区块链业务的动作。[2019/10/29]

第一种最直接的方法是增加区块大小。回到火车类比，这意味着将火车的容量从10人增加到20人。这样，火车就可以在特定时间内运送更多的乘客，减少车站的拥挤。比特币当前的区块大小1MB，提高到2MB可以使其每秒处理量增加一倍。区块越大，每秒处理量就越高。但这在实践中是有问题的，假设你将块大小从1MB增加到1GB，当你创建块时，必须将其传送给网络中的其他人，而网络无法快速处理庞大的文件。就像你使用电子邮件，当你上传一个大文件时，邮箱会不接受。这就是增加区块大小的毛病，不能超越某个临界点，所以这种解决方案的能力是有限的。2.链下解决方案

动态 | 俄亥俄州定义区块链和智能合约的法案已生效:据ethnews报道，今年5月，俄亥俄州参议员Matt Dolan向该州立法机构提交了一项法案，旨在澄清区块链签名和合约的法律地位。该法案SB300未能推进，但其部分内容作为修正案被归入另一项涉及网络安全的法案SB220。此前SB220于5月份通过参议院，6月份通过众议院，并一直在等待州长的决定。上周五州长John Kasich终于宣布已签署该法案，SB220修正案正式生效。根据该法案，通过区块链技术获得的记录或合同被视为电子形式的，并成为电子记录。[2018/8/7]

第二种可能性是链下解决方案，比如比特币的闪电网络，以太坊的雷电网络，和Neo的本体网络。在当前的情况下，每次交易处理，都必须得到网络中每个节点的验证。例如，你想在一个月时间里每天从一个特定的咖啡店买一杯咖啡，咖啡的价格是1美元，但在网络上每天交易1美元是非常昂贵的，你不想为1美元的交易而拥挤整个网络。因此你和咖啡馆老板签了一个合同。合同规定，你每天都要付象征1美元的通证作为咖啡费。你向网络发送一笔交易来标记合同的开始，30天后再发送一笔交易来标志该合同的结束，合同结束后，咖啡馆老板可以在网络上把这30个通证交换为30美元。因为这些是在区块链网络之外发生的私人协议，所以它们被称为链下解决方案。这种交易系统的缺点是，整个过程都集中在托管这些链下交易的服务器上，这些链下网络也是黑箱，其透明性和安全性是值得怀疑的。3.代理共识协议

动态 | 120家中国企业上榜财富杂志世界500强 其中46家涉足区块链:据PANews消息，近日美国《财富》杂志发布新一期世界500强排行榜。在上榜公司数量上，今年中国公司达到了120家，其中有46家不同领域企业都涉足区块链。[2018/7/23]

目前区块链网络上的处理速度是非常慢的，因为网络中的每个节点都必须参与处理。如果网络中有一千个节点，那么一千个节点都必须参与处理网络中的每笔交易。如果一个社区里有1000个人，每个人都必须达成一致，过程不仅漫长，而且会非常混乱。相反，如果你从社区中选出10名代表，任命他们为社区的管理员，让这10个人投票，达成共识会更快和更容易。类似的，您可以委托一组节点来运行协议并在事务上达成一致，代理节点的共识将代表社区的共识。大多数可扩容的区块链项目都采用这种协议。为了进入治理联盟，社区成员必须登记兴趣并通过测试。如果他们成功通过，将被授予加入治理联盟的权证并运行共识协议。4.分片技术

分片技术是一种把网络分割成碎片的链上扩容方案，但分片不是数据库领域中的新概念。分片技术将大型数据库分成更小、更快、更易于管理的部分，称为数据碎片。为了展示它的工作原理，现在假设你有一个包含五个步骤的问题。

想象你在一个班级里有10个学生可以帮你这个问题，而且这个问题可以分成5个并行的步骤。于是你把班级分成5组，每组两人，每组解决一个子任务。

如果把比特币网络比作一个教室，学生们必须自己解决每一步的问题，这要花费长得多的时间，而且每个参与者的负担也要大得多。但是使用网络分片技术，如果你有10000个节点，通过工作量证明过程，它们将被随机分为10组，每个组被称为一个分片。每个分片处理一组不同的数据，并得出小组内一致同意的答案。然后，各分片将这些数据的摘要报告提交给一个名为目录服务委员会的分片，由它来统筹不同分片的数据摘要，并将它们组合起来形成一个更大的数据集，称为最终区块，最终区块的数据又会被返回所有分片。从上面的分析可以看到，分片技术是一种去中心化的、安全的链上扩容方案，具有线性的扩容能力——也就是说，节点越多，得到的吞吐量就越大。分片技术有两种类型：网络分片和状态分片，以太坊正在开发的技术是状态分片。两种技术的不同之处在于，在网络分片中，不是每个节点都必须处理每条信息，但是每个节点都必须存储网络中其它分片的信息；如果使用状态分片，每个节点都只存储它们自己处理过的信息子集，虽然这减少了每个节点的负担，但分片之间的互通会变得复杂。分片技术的缺点是设计和部署的复杂性

部署一个简单版本的分片很容易，但是要正确且安全地运行很难，这就是为什么现在很少的团队研究它。与最简单的解决方案相比较，增加区块容量只需调整一个参数——区块大小，然后吞吐量就增加了。但是当引入分片技术时，需要考虑的事情就非常多。如何合理地划分小组成员？如何分配任务？所有这些都给系统带来了复杂性。但如果做得正确，系统将是分布式的、安全的，并且有线性的扩容能力。带宽和存储容量是所有的扩容方案的通病

对于比特币和以太坊这些的区块链平台来说，这个问题还不严重，因为它们的吞吐量很低。比特币和以太坊每秒处理10笔交易，按目前的速度，一年内的所有交易数据将达到几GB。但是，当我们每天处理数亿笔交易时，数据就会爆棚。为了存储所有这些数据，我们必须找到更好的存储解决方案，这不是网络分片可以直接解决的。

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