带宽与区块链

前言：由于区块链必须保持全球状态的同步，存在延迟问题，通过中继网络和致密区块，可以减少延迟，不过开发者还在致力于更多的优化。本文作者JordanClifford，由“蓝狐笔记”的“Sien”翻译。

区块链让整个世界保持在一个状态上。当每个区块挖出，新的分类账本取代之前的状态。共识机制致力于确保该状态被更广泛的社区同意。在设计良好的系统中，激励确保不变性。在经过足够的时间之后，状态无法被篡改。这些区块链给予我们可编程的货币，并且正确地捕捉了很多人的想象力。

比特币和以太坊是区块链两个早期的版本。这些账本被证明是受欢迎和稳健的，但通常也被认为是难以扩展的。为什么会这样？还有什么能改善这种情况？

背景

区块链自身被认为是layer1。区块链充当网络中所有加密资产的当前位置的全局真相源。网络上的全节点持续跟踪分类账的当前状态。为维持去中心化，它必须能让小矿工验证并为区块链作出贡献。小矿工的系统资源和带宽远不如大玩家。

区块链数据查询服务平台Covalent已集成Arbitrum Nova:金色财经报道，区块链数据查询服务平台Covalent宣布已集成Layer2解决方案Arbitrum Nova。Covalent表示，此次合作将重点放在扩展GameFi生态系统上，将提高开发人员使用区块链技术构建下一代游戏的数据可用性。[2023/3/8 12:49:23]

为了让区块链可信任和抗审查，它们不能被任何单一实体或一个群体所控制。开发人员相信，不同大小的玩家都可参与是很重要的，它可以避免权力的集中和固化，避免出现单点控制。基于这样的原因，突破比特币区块大小的限制就存在阻力。该限制用于限制整个系统，以便让更广泛的人群参与。

应该注意的是，可以在各方之间签订本地协议完成代币的转移，而这无须进行全局的状态更新。这通常被称为layer2或链下交易，这对交易扩展有深远影响。这里的想法是，各方之间的交易在写入区块链前可以先汇总。在一些设计中，将本地状态刷新到全局区块链的窗口可能需要几个月甚至更长时间。

过去一日，以太坊、Uniswap、BSC、比特币和GMX是产生费用最多的前5个项目:12月23日消息，据 Crypto Fees 数据显示，过去一日，产生费用最多的前 10 个公链或项目为以太坊（227 万美元）、Uniswap（65 万美元）、BNB Smart Chain（39 万美元）、比特币（29 万美元）、GMX（23 万美元）、Aave、SushiSwap、Curve、Optimism 和 Compound。[2022/12/23 22:03:49]

工程师们乐观地认为，layer2解决方案将为区块链带来巨大的可扩展性，并且它对加密货币能满足主流人群需求至关重要。然而，即使layer2充当了巨大的杠杆作用，它只能放大基础区块链的规模。Layer2无法自行提供不受限制的扩展。因此，优化网络以便为每个交易尽可能少地使用资源非常重要。

马斯克指控Twitter存在安全漏洞，寻求结束并购交易:金色财经报道，根据周四的一份法庭文件，埃隆·马斯克指控Twitter公司隐瞒了该公司数据安全的严重缺陷，构成欺诈。马斯克说，这应该让他结束对该公司440亿美元的交易。马斯克还声称，Twitter对其隐瞒了公司没有遵守2011年与美国联邦贸易委员会（FTC）就用户数据达成的协议。

马斯克要求特拉华州法官认定他没有义务完成交易，而Twitter则希望法官命令马斯克以每股54.20美元的价格收购该公司。为期五天的审判定于10月17日开始。（路透社）[2022/9/16 7:00:12]

问题

“去中心化的比特币区块链是全球共享的广播媒体——可能是人类设计的最疯狂低效的通信模式。”——GregMaxwell

Cardano创始人：人们可以部署智能合约作为建立跨国标准的前进方式:金色财经报道，Cardano创始人Charles Hoskinson在接受记者采访时抨击了世界上竞争对手所设定的 ESG 标准的差异。“如果你看看每个公司都在谈论的 ESG 评分的例子，我们如何更环保，我们如何可持续发展，我们如何拥有良好的治理？” 他问。霍斯金森认为，在不同的司法管辖区，谁来决定 ESG 的定义会有不同的标准。他提供了区块链技术作为解决方案。使用这项技术，人们可以部署智能合约作为建立跨国标准的前进方式，以促进信任和权威。在他看来，这将比现有系统更有可能“解决全球变暖和气候变化”。[2022/5/2 2:44:47]

Layer1的基本问题是分类账的副本必须保持全球的同步。每个全节点存储一份区块链，这些副本必须彼此相同，且由各个节点独立验证。

当找到新块，必须将其广播给所有其他节点。延迟对挖矿节点尤为重要，因为他们需要始终在最新区块上工作，否则他们的工作就白费了。为了验证最新区块，矿工需要知道包含了哪些交易以及所有这些交易的副本。

当前比特币软件使用简单的方法来广播交易和区块。在收到交易时转发给所有对等节点。区块被批量传输，无须考虑接收者可能已有的数据。这些低效对于矿工来说是不可容忍的，因为他们需要确保能访问最新区块。

补救措施

比特币的低效众所周知。为让网络更加有效率，减少带宽负载以及加速广播已经推进了好多年。前比特币维护者GavinAndresen于2014年发布了O(1)区块广播的路线图。路线图自那以后发生了重大改变，但想法仍然相关。

中继网络

矿工已经主动采取措施实施区块中继网络，比如FIBRE和Falcon。这些中继网络通过使用低延迟高带宽连接来工作，但它们具有诸如中心化和使用大量带宽来最小化延迟的缺点。它们不会减少运行非挖矿节点的总体带宽的需求，这是工程师在扩展系统时感到舒适所需的。

致密区块

当传输区块时，传输接收者已有的交易是次优选择。密码学家GregMaxwell认识到，接收者已经知道在新发现的区块中包含的内容。具体来说，接收者的内存池可能包含新区块内的很多交易。他研究了这个问题，并在2015年12月起草了一份提案。

核心开发者MattCorallo接受了Greg的工作，并对其进行了改进，它于2016年早期变成了BIP152提案，主要涉及致密区块。致密区块是一种协议，它发送区块头、缩短的交易ID列表、以及一组发送人认为接收者不太可能拥有的交易，而不是发送包含所有数据的区块。这个更改旨在节省带宽，但也有减少延迟的作用。

Erlay

比特币中基于大量广播的方法显然不是在网络中传播交易的最佳方法。节点可以接收每个交易的多个副本，并必须将其转发给它们所连接的对等节点。结果是消耗大量的带宽，导致不必要的开销。它还鼓励节点连接较少的对等节点，因为每个对等节点将需要每个交易的增量带宽。

连接到较少的节点确实有利于减少带宽开销，但它也是危险的，因为它会使用户打开所谓的日蚀攻击。

TumbleBit的创建者EthanHeilman于2015年发表了关于日蚀攻击的研究论文。其基本思路跟Sybil攻击相关。攻击者试图伪装成很多不同的主体，以使受害者感到困惑。攻击者垄断所有跟受害者节点的传出连接。通过充当受害者节点的唯一信息来源，他们挖掘特殊区块以伪造当前的状态。

这是非常昂贵的攻击。不过如果攻击者可以让受害者相信他们已经收到大量的比特币，而实际上资金已经转移到其他地方，受害者可能会被说服他们已经收到了资金并释放财产。

Erlay可以提供更好的连接和强大的网络。如果一个节点连接到32个对等节点，Erlay研究者发现他们的优化可以导致节点使用的带宽比当前少75%以上。

下一步

通过矿工使用的中继网络和为普通节点用户提供的致密区块，区块广播已经得到大量优化。尽管如此，研究者依然在努力消除系统的开销，使其尽可能简洁。只有当开发者满意当前吞吐量的带宽要求足够低时，才能提高吞吐量。

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