區塊鏈:區塊鏈最大的難題和不同解決方案的剖析

編者按：本文來自巴比特，星球日報經授權轉載。目前區塊鏈平臺最大的問題，可以用一個簡單的類比來說明：二十一世紀初，互聯網的速度非常緩慢。當時如果你有一個博客，用戶要訪問它既費時又費錢。人們注意到這個問題，但同時也認識到了互聯網的用處。為了解決此問題，很多人努力改進互聯網的基礎設施和設計。與此同時，人們還構建了更強大的硬件來運行這些互聯網的設施。由于這些改進，互聯網變得更快，訪問成本變得更低。以前，開發人員們只能創建單個網頁。但現在，開發者可以在改進的基礎設施上建立像臉譜網、谷歌和Twitter這樣的網站。所有這些都是可能的，因為互聯網的速度和容量得到了極大提升。區塊鏈技術也面臨著類似的問題——緩慢而昂貴。許多區塊鏈公司都致力于構建可擴容的基礎設施，從而使區塊鏈平臺在未來成為主流。一旦那一天到來，人們不僅可以使用區塊鏈進行支付，還可以在其之上構建類似于谷歌和臉書的應用程序。區塊鏈和擴容能力問題

韓亞銀行與韓國道路公社簽訂關于引入區塊鏈技術基礎服務協議:韓亞銀行今日宣布與韓國道路公社簽訂了關于引入區塊鏈技術基礎服務的業務協議。該協議的主要內容是使用韓亞銀行的應用程序“為高速公路通行費的非支付和退款服務創建運營基礎。此外，兩家公司還決定使用區塊鏈和服務目標信息共享數據鏈接系統。（韓聯社）[2020/8/6]

現在假設你在同一個火車站，但這次還有另外一百人個想坐這列火車。火車來了，售票員看了看人群，說：“付錢最多的10個人可以上火車。”你因為趕時間，所以你就付了一大筆錢買票上火車。由于區塊鏈平臺的吞吐量低，交易費用不斷上升。例如，一筆10美元的交易在擁擠的區塊鏈平臺上很可能需要支付2美元的交易費用。因此，緩慢和高成本是互聯網上的主流交易往區塊鏈平臺上遷移的巨大障礙。提升擴容能力

行情 | A股開盤：區塊鏈板塊上漲0.11% 數字貨幣板塊下跌0.30%:A股開盤，區塊鏈板塊上漲0.11%。197只概念股中，100漲78跌18平1停牌。漲幅前三為：中南建設（+4.68%）、華英農業（+4.58%）、頂點軟件（+3.54%）；跌幅前三為：深大通（-5.39%）、*ST歐浦（-5.04%）、天夏智慧（-4.31%）。

數字貨幣板塊下跌0.30%。31只概念股中，12漲15跌4平。上漲的為：漢威科技（+2.86%）、廣電運通（+0.77%）、銀江股份（+0.66%）。跌幅前三為：朗科科技（-3.34%）、四方精創（-2.52%）、科達股份（-1.46%）。[2019/12/2]

為了提升區塊鏈平臺的主流接受度，這些平臺需要進行擴容。區塊鏈公司們為此提出了幾種解決方案。1.增加區塊大小

聲音 | 清華大學陳煜波：人才占比不斷提高，說明人工智能、區塊鏈是數字經濟新引擎:10月11日，清華大學經濟管理學院副院長陳煜波在正定數博會數字化轉型高峰論壇上指出，數字人才分布研究表顯示，區塊鏈、人工智能人才的占比不斷提高，云計算和大數據人才的占比呈現下降趨勢，這說明區塊鏈、人工智能成為數字經濟的新引擎。（長城網）[2019/10/12]

第一種最直接的方法是增加區塊大小。回到火車類比，這意味著將火車的容量從10人增加到20人。這樣，火車就可以在特定時間內運送更多的乘客，減少車站的擁擠。比特幣當前的區塊大小1MB，提高到2MB可以使其每秒處理量增加一倍。區塊越大，每秒處理量就越高。但這在實踐中是有問題的，假設你將塊大小從1MB增加到1GB，當你創建塊時，必須將其傳送給網絡中的其他人，而網絡無法快速處理龐大的文件。就像你使用電子郵件，當你上傳一個大文件時，郵箱會不接受。這就是增加區塊大小的毛病，不能超越某個臨界點，所以這種解決方案的能力是有限的。2.鏈下解決方案

動態 | 韓國加密貨幣禁令將削弱“特殊區塊鏈區”:據bitcoinist消息，由于韓國現有嚴格的加密貨幣和ICO規定，該國現有的加密貨幣禁令將使新宣布的釜山區塊鏈無監管區“無效”。據韓國IT時報報道，由于監管限制，OkayCoin Core區塊鏈創業公司被韓國選舉委員會排除在外。而釜山市政府表示，OkayCoin是他們的項目，可能會在今年年底開始進行。政府將審查相關部委提供的有關加密貨幣的提案，承認他們沒有權力改變反加密立法者和監管機構的想法。[2019/8/8]

第二種可能性是鏈下解決方案，比如比特幣的閃電網絡，以太坊的雷電網絡，和Neo的本體網絡。在當前的情況下，每次交易處理，都必須得到網絡中每個節點的驗證。例如，你想在一個月時間里每天從一個特定的咖啡店買一杯咖啡，咖啡的價格是1美元，但在網絡上每天交易1美元是非常昂貴的，你不想為1美元的交易而擁擠整個網絡。因此你和咖啡館老板簽了一個合同。合同規定，你每天都要付象征1美元的通證作為咖啡費。你向網絡發送一筆交易來標記合同的開始，30天后再發送一筆交易來標志該合同的結束，合同結束后，咖啡館老板可以在網絡上把這30個通證交換為30美元。因為這些是在區塊鏈網絡之外發生的私人協議，所以它們被稱為鏈下解決方案。這種交易系統的缺點是，整個過程都集中在托管這些鏈下交易的服務器上，這些鏈下網絡也是黑箱，其透明性和安全性是值得懷疑的。3.代理共識協議

雄岸資本創始人姚勇杰：現在區塊鏈還處在dos系統時代:世界浙商網6月8日訊，今日，“未來?破曉”2018全球區塊鏈高峰論壇在杭州舉行。雄岸資本創始人、暾瀾投資董事長姚勇杰在演講中表示，面對來勢洶洶的區塊鏈時代，大家不必焦慮。互聯網剛剛出現的時候，我們用的是386、586電腦，很難想象現在的我們根本離不開互聯網。區塊鏈也會經歷從青澀到成熟的過程，現在區塊鏈還處在dos系統時代，區塊鏈世界里的windows還沒創造出來。“企業家如果不知道如何將自己的產業正確地結合區塊鏈，很可能是還沒有輪到你那個產業。”[2018/6/8]

目前區塊鏈網絡上的處理速度是非常慢的，因為網絡中的每個節點都必須參與處理。如果網絡中有一千個節點，那么一千個節點都必須參與處理網絡中的每筆交易。如果一個社區里有1000個人，每個人都必須達成一致，過程不僅漫長，而且會非常混亂。相反，如果你從社區中選出10名代表，任命他們為社區的管理員，讓這10個人投票，達成共識會更快和更容易。類似的，您可以委托一組節點來運行協議并在事務上達成一致，代理節點的共識將代表社區的共識。大多數可擴容的區塊鏈項目都采用這種協議。為了進入治理聯盟，社區成員必須登記興趣并通過測試。如果他們成功通過，將被授予加入治理聯盟的權證并運行共識協議。4.分片技術

分片技術是一種把網絡分割成碎片的鏈上擴容方案，但分片不是數據庫領域中的新概念。分片技術將大型數據庫分成更小、更快、更易于管理的部分，稱為數據碎片。為了展示它的工作原理，現在假設你有一個包含五個步驟的問題。

想象你在一個班級里有10個學生可以幫你這個問題，而且這個問題可以分成5個并行的步驟。于是你把班級分成5組，每組兩人，每組解決一個子任務。

如果把比特幣網絡比作一個教室，學生們必須自己解決每一步的問題，這要花費長得多的時間，而且每個參與者的負擔也要大得多。但是使用網絡分片技術，如果你有10000個節點，通過工作量證明過程，它們將被隨機分為10組，每個組被稱為一個分片。每個分片處理一組不同的數據，并得出小組內一致同意的答案。然后，各分片將這些數據的摘要報告提交給一個名為目錄服務委員會的分片，由它來統籌不同分片的數據摘要，并將它們組合起來形成一個更大的數據集，稱為最終區塊，最終區塊的數據又會被返回所有分片。從上面的分析可以看到，分片技術是一種去中心化的、安全的鏈上擴容方案，具有線性的擴容能力——也就是說，節點越多，得到的吞吐量就越大。分片技術有兩種類型：網絡分片和狀態分片，以太坊正在開發的技術是狀態分片。兩種技術的不同之處在于，在網絡分片中，不是每個節點都必須處理每條信息，但是每個節點都必須存儲網絡中其它分片的信息；如果使用狀態分片，每個節點都只存儲它們自己處理過的信息子集，雖然這減少了每個節點的負擔，但分片之間的互通會變得復雜。分片技術的缺點是設計和部署的復雜性

部署一個簡單版本的分片很容易，但是要正確且安全地運行很難，這就是為什么現在很少的團隊研究它。與最簡單的解決方案相比較，增加區塊容量只需調整一個參數——區塊大小，然后吞吐量就增加了。但是當引入分片技術時，需要考慮的事情就非常多。如何合理地劃分小組成員？如何分配任務？所有這些都給系統帶來了復雜性。但如果做得正確，系統將是分布式的、安全的，并且有線性的擴容能力。帶寬和存儲容量是所有的擴容方案的通病

對于比特幣和以太坊這些的區塊鏈平臺來說，這個問題還不嚴重，因為它們的吞吐量很低。比特幣和以太坊每秒處理10筆交易，按目前的速度，一年內的所有交易數據將達到幾GB。但是，當我們每天處理數億筆交易時，數據就會爆棚。為了存儲所有這些數據，我們必須找到更好的存儲解決方案，這不是網絡分片可以直接解決的。

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