区块链的可扩展性问题及解决方案对比

区块链的机能题目

VISA是今朝天下上普及行使的名誉卡品牌，区块链要到达适用程度，机能上至少必要能跟VISA之类的付出体系作较量。按照VISA在2015年的记录，整年共发生92,064百万笔付出买卖营业，均匀2920tps，按均匀每笔买卖营业512字节阁下计较，整年买卖营业数据量约47TB。

而今朝主流 区块链 机能环境是，比特币每秒只能举办约莫7笔买卖营业;以太坊每秒10-20笔。今朝这些区块链的买卖营业机能都无法与VISA对比。更严峻的是，今朝比特币和以太坊的矿机都必要存储全量数据，而单个呆板的存储容量是有限的，若无法办理这个题目，纵然买卖营业机能晋升了，若按每年新增数据量47 TB算，那么这些数据很快就会高出单机的容量，到时辰整个区块链收集都无法继承运行。

那么，比特币和以太坊这种拥有海量节点的区块链体系，为什么机能却这么低呢?为什么区块链的可扩展性这么差呢?

缘故起因说明

区块链是去中心化的账本技能，必要担保开放性、自治性、不行改动等特征。去中心化是指行使漫衍式核算和存储，不存在中心化的硬件或打点机构，恣意节点的权力和任务都是均等的，体系中的数据块由整个体系中具有维护成果的节点来配合维护。也就是说，体系中恣意节点都必要对买卖营业数据举办全量计较和存储。因此，区块链是没有可扩展性的，即体系的总体机能受限于单个节点的机能上限，纵然插手了大量节点，体系的总体机能也无法晋升。

可扩展性是传统漫衍式体系的根基特征，但区块链因为去中心化的要求，可扩展性却难以满意。业界总结了一个三元悖论描写去中心化与可扩展性之间的抵牾，它尚未被严酷证明，只能被称为意料，但现实体系计划进程中却能感受到时时受其挑衅:

去中心化(Decentralization)，安详性(Security)和可扩展性(Scalability)这三个属性，区块链体系无法同时满意，最多只能三选其二。

 

上图演示了区块链如安在这三个身分之间作选择及对应的计策，譬喻若若要满意安详性与去中心化，则必要全部节点参加共鸣、计较、全量存储，但由此带来的题目是失去可扩展性，也就是体系的总体机能无法跟着节点的增多而晋升;若要满意可扩展性与安详性，则必要中心化打点，必要担保参加共鸣的节点是可信的;若要满意可扩展性与去中心化，则回收分手存储、计较的计策，不做全量共鸣，则进攻收集的难度低落，安详性难以担保。

晋升区块链体系机能的方案

我们知道，影响区块链买卖营业机能的首要身分包罗共鸣机制、买卖营业验证、广播通讯、信息加解密等几个环节。从这些环节入手，我们可以获得一些晋升机能的要领。

共鸣机制

从PoW到PoS再到DPoS和各类BFT类算法，共鸣机制不绝创新，区块链平台机能也获得大幅晋升。

买卖营业验证

从买卖营业验证机制角度出发，今朝有几种优化处理赏罚方法:

1.闪电收集(Lightning Network)和状态通道(State Channels)，这两种计策是保持底层的区块链协议稳固，将买卖营业放到链下执行，通过改变协议用法的方法来办理扩展性题目。链下的部门可以用传统的中心化的漫衍式体系实现，机能具有可扩展性。在这种计策下，漫衍式账本上只是记录粗粒度的账本，而真正细粒度的双边或有限多边买卖营业明细，则不作为买卖营业记录在漫衍式账本上。弱点是存在中心化的体系。

2.分片处理赏罚(sharding)，以太坊项目正在研发中的分片(shard)方案的总体思绪是每个节点只处理赏罚一部门买卖营业，好比一部门账户提倡的买卖营业，从而减轻节点的计较和存储承担。

3.多链架构(Multi-chain)的思绪则是将本来的一条链分成多条链，每条链都认真部门计较和存储营业，而且有可扩展性，即链的数目可以跟着营业量和数据的增进而增进，体系的总体机能跟着链的数目的增进而晋升，体系的存储空间也能跟着链的数目的增进而扩大。

广播通讯

P2P收集是区块链的焦点技能之一，因此P2P收集通讯的服从对机能的影响很是重要。为了能改进广播通讯机能，必要进步节点呆板的物理设置，提供高速收集毗连，并回收镌汰广播的共鸣算法，如DPoS等。

信息的加解密

信息的加解密是区块链的要害环节，首要是哈希函数和非对称加密两类算法。区块链体系中可以回收更高机能的加密算法以晋升买卖营业验证的机能。

方案比拟

上述优化要领中，共鸣机制、广播通讯、信息加解密是算法层面的优化，尽量这些方案也是重要的优化，但其没有办理根天性的题目，其机能晋升如故受限于单机机能，不是可扩展的，因此机能晋升有限，本文不再详述;买卖营业验证的几个优化方案则是可扩展的方案，个中闪电收集和状态通道是链下执行的方案，回收中心化的体系晋升区块链机能，与区块链去中心化的理念相悖，并且行使伟大、用户体验差(譬喻闪电收集要求买卖营业中的两边以及中间人都必需同时在线、线下体系开拓伟大由于要探求可用的付出通道、不合用于大额买卖营业等)，无法获得普及行使。因此EOS、以太坊、Cosmos及迅雷链等高机能区块链项目均回收分片或多链方案。

分片或多链方案的思绪是一样的，都是让每个分片或分链举办部门买卖营业数据的处理赏罚和存储，每个分片和分链可以并行处理赏罚差异的买卖营业数据，这样分片或分链的数目越多，体系的总体机能就越高，这两者都是可扩展性很强的方案。

1.EOS的多链实现方案

EOS的技能白皮书中并没有描写多链的实现方案，只描写了支持跨链通讯的IBC(Inter Blockchain Communication)协议，跨链交互通过简化天生动静存在的证明和动静序列的证明来实现。EOSIO声称主链可以支持3000以上的TPS，通过IBC可到达100万TPS。

EOS的多链架构着实是侧链方案。开拓者可以单独陈设一条EOS侧链(公链、私链都可以)，运行本身的Dapp，这些侧链有可以有本身的委员会，见证人以及计较资源，有本身的代币，这些代币有本身的增发方法，并且代币可以和EOS通过接口举办锚定去实现包罗锁定在内的某种操纵。侧链最大的特性双向锚定(two-way-peg)技能，它使得在侧链畅通的Token价值老是与EOS价值保持必然比例可能直接回收EOS。

因此EOS的多链架构并不是对主链自己举办可扩展性改革，只是祈望通过子链来分管主链的压力。

2.以太坊的分片技能(Sharding)

分片(Sharding)是以太坊正在开拓中的技能，其大抵计划思绪是:将区块链收集中的每个区块变为一个子区块链，子区块链中可以容纳多少(今朝为100个)打包了买卖营业数据的Collation(或容许以称为“校验块”，为了在分片的景象中将其与区块的观念区分隔)，这些Collation最终构成一个在主链上区块;由于这些Collation是整体作为区块存在的，以是其数据一定是所有由某个特定的矿工所打包天生，本质上和现有协议中的区块没有区别，以是不再必要增进特另外收集确认。这样，每个区块的买卖营业容量就或许扩大了100倍;并且这种计划尚有利于将来的继承扩展。

（编辑：河北网）

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