區塊鏈:第0層擴容 區塊鏈擴容明日之星——區塊鏈技術引卷之十二

通證通研究院×FENBUSHIDIGITAL聯合出品

文：宋雙杰，CFA；田志遠；俞力楊

特別顧問：沈波；Rin

導讀

第0層擴容是一種不改變區塊鏈的上層架構，保留原有鏈生態規則的性能提升方案。目前，市面上的第0層擴容項目較少，該方案的推進對區塊鏈擴容技術的發展具有顯著的現實意義。

摘要

現有的區塊鏈擴容方案可分為第0層擴容、鏈上擴容和鏈下擴容。其中第0層對應OSI模型的1-4層，通過優化區塊鏈底層數據傳輸協議提升區塊鏈可擴展性，不改變區塊鏈的上層架構，是在一種保留原有鏈生態規則的性能提升方案，第0層擴容的主要思路包括中繼網絡和OSI模型優化兩類，其中OSI模型優化方案主要包括BDN、組播鎖定組、QUIC協議三類。BDN是一種基于CDN技術思路的區塊鏈擴容應用，即一種能夠快速發送交易和區塊的高容量、低延遲網絡系統，其典型項目為bloXroute。組播通信指允許一個或多個信息源對不同用戶同時發送單一數據包的通信方式，能有效解決單播和廣播無法解決的“單點發送、多點接收”問題，提升網絡傳播效率，目前Nexus項目應用了該技術。QUIC協議是一種由Google提出的基于UDP進行多路并發傳輸的新一代網絡傳輸協議，旨在整合TCP的可靠性和UDP協議的高效性，在Harmony區塊鏈項目中有所應用。目前，區塊鏈的擴容方案主要集中在鏈上擴容和鏈下擴容，然而鏈上和鏈下擴容均存在其技術局限性，落地周期也較長。相比之下，市場對于第0層擴容方案的關注度尚低，相關項目較少。整體來看，第0層擴容與鏈上擴容及鏈下擴容相互補充具有乘數效應，因此第0層擴容方案的推進具有顯著的現實意義。與此同時，盡管第0層擴容方案提出了很好的思路，但是技術層面均有一定的不確定性，唯有真正落地才能解決區塊鏈的性能問題。風險提示：技術進展不及預期

MKR 24小時跌幅擴大至21.1%，現報613.34美元:金色財經報道，據CoinGecko最新數據顯示，MKR現報價613.34美元，24小時跌幅達21.1%。行情波動較大，請做好風險控制。[2023/3/11 12:57:02]

目錄

1第0層擴容：區塊鏈底層的擴容方案

2BDN：CDN的區塊鏈應用

3組播鎖定組：單點發送，多點接收

4QUIC協議：整合TCP和UDP協議

5關注度尚低，區塊鏈擴容明日之星

正文

隨著區塊鏈技術的普及，區塊鏈網絡擁堵現象逐漸顯現，區塊鏈擴容勢在必行。如今市面上的擴容方案主要集中在鏈上和鏈下擴容，第0層擴容或成為區塊鏈擴容明日之星。

1第0層擴容：區塊鏈底層的擴容方案

通過借鑒計算機網絡通信體系架構的OSI模型，可將區塊鏈邏輯架構劃分為三層。現有的擴容方案分別針對不同層級進行改進，分為第0層擴容、鏈上擴容和鏈下擴容。

其中第0層對應OSI模型的1-4層，包括傳輸層。第1層和第2層對應OSI模型的5-7層，第1層包括數據層、網絡層、共識層和激勵層，第2層包括合約層和應用層。第1層擴容，即鏈上擴容，通過優化、改進公鏈基本協議提升區塊鏈性能。第2層擴容，即鏈下擴容，不改變公鏈基本協議，通過鏈下在應用層進行改進提升性能。第0層擴容通過優化區塊鏈底層數據傳輸協議提升區塊鏈性能，不改變區塊鏈的上層架構，是一種保留原有鏈生態規則的性能提升方案。第0層擴容的主要思路包括中繼網絡和OSI模型優化兩類。

WhaleAlert：1000枚BTC從Coinbase轉入幣安:金色財經消息，據WhaleAlert數據顯示，1000枚BTC（約21992416美元）從Coinbase轉入幣安。[2022/8/19 12:35:48]

2014年BitcoinCore貢獻者MattCorallo提出了BitcoinRelayNetwork，旨在通過8個分別位于世界各地的服務器樞紐快速傳播區塊數據，減少區塊鏈網絡的延遲。這一方案的主要問題是網絡的控制和維護的中心化，不過這只是一個更快的選擇，傳統的P2P網絡傳仍然可以使用。在BitcoinRelayNetwork的基礎上，2016年Corallo提出快速互聯網BTC中繼引擎，SoumyaBasu、IttayEyal和EminGünSirer研究了另一個中繼網絡FalconRelayNetwork。

在中繼網絡的基礎上，很多項目試圖對傳統OSI模型進行優化，已經提出的方案主要包括BDN、組播鎖定組、QUIC協議。

2BDN:CDN的區塊鏈應用

CDN是一種利用最靠近每位用戶的服務器，為用戶提供高性能、可擴展及低成本的網絡內容傳輸，以解決互聯網擁堵問題，提升用戶響應速度和網絡成功率的計算機網絡系統。其基本技術思路是在現有的互聯網基礎上再構建一層虛擬的智能網絡，在全網各地部署節點服務器，對網絡流量狀況、各節點連接和負載狀況、節點到用戶的距離以及用戶的響應時間等要素進行綜合考慮后，盡可能規避阻礙數據傳導速度及穩定性的環節，為用戶分配最高效的服務節點。BDN是一種基于CDN技術思路的區塊鏈擴容應用，即一種能夠快速發送交易和區塊的高容量、低延遲網絡系統。由于BDN遵循無差別對待區塊，公平傳播區塊鏈的原則，其具有可驗證的網絡中立性。目前，采用BDN的典型項目為bloXroute。bloXroute是一個基于BDN和P2P網絡，無需更改協議，允許所有通證在鏈上擴展到每秒數千個事務的區塊鏈可擴展性解決方案。該項目最初在2018年1月，由美國西北大學和康奈爾大學學者組成的BloXrouteLabs發起，團隊中有兩位創始人是Falcon的發起人。目前BloXroute由Metastable、FenbushiCapital、Flybridge、1confirmation、Maven11Capital、KilowattCapital、PanteraCapital、zkCapital、ZhenFund、CoinbaseVentures、FBGCapital等機構和一些私人贊助商投資，未來預期將發行BLXR作為該網絡的通證。bloXroute能夠消除擴大區塊的不利影響，降低孤塊率，提升區塊在點對點網絡中的傳播效率和網絡傳播的公平性，在保證非中心化和安全性的基礎上顯著提升鏈上可擴展性。節點運行網關進程作為區塊鏈應用程序和BDN之間的媒介。節點會對BDN網絡行為進行審查，確保該網絡無法為特定節點或礦工提供更優質的服務或歧視特定節點，任何節點都能通過該網絡發送或接收區塊，以實現網絡傳播的公平性。這種特點可稱為可證明的中立性，其優勢能夠促使更多節點加入該BDN網絡，在BDN網絡高效性的作用下，各節點間區塊傳播速度將逐漸提升。

以太坊網絡當前已銷毀超251.12萬枚ETH:金色財經報道，據Ultrasound數據顯示，截止目前，以太坊網絡總共銷毀2,511,286.35枚ETH。其中，ETHtransfers銷毀231,969.21枚ETH，OpenSea銷毀230,049.97枚ETH，UniswapV2銷毀134,417.10枚。注：自以太坊倫敦升級引入EIP-1559后，以太坊網絡會根據交易需求和區塊大小動態調整每筆交易的BaseFee，而這部分的費用將直接燃燒銷毀。[2022/7/5 1:50:57]

3組播鎖定組：單點發送、多點接收

目前，網絡通信有三種基本模式：單播、廣播和組播。其中，相較于傳統的單播和廣播的通信模式，組播出現的時間最晚，但其優勢顯著，具有最佳的發展前景。

單播通信指信息源向每個需要信息的用戶均發送獨立數據包的通信方式。這意味著在單播通信的網絡中，信息源會將多份內容相同的數據包同時發送給不同用戶，傳輸的信息量與信息需求的用戶量成正比。這種通信方式會對信息源和網絡帶寬造成較大壓力，容易引起網絡擁堵，不利于數據批量發送，僅適用于用戶數量稀少的網絡環境。

廣播通信指無論用戶是否需要該信息，信息源向該網段中所有用戶發送同一數據包的通信方式。在采用廣播通信的網絡中，無需信息的用戶也將被動接收該信息，易造成同一網段信息泛濫，也不利于保障信息安全。由此可見，該通信方式無法與特定用戶進行數據交互，因而產生大量帶寬浪費。

組播通信指允許一個或多個信息源對不同用戶同時發送單一數據包的通信方式。組播通信有效解決了單播和廣播無法解決的“單點發送、多點接收”問題，提升網絡傳播效率。相比于單播通信方式而言，在組播通信的網絡中，信息源盡可能將數據包在距其最遠的節點進行復制分發，以避免由用戶增加導致信息源負載過重的情況，從而大幅度減少了網絡資源的消耗。相比于廣播通信方式而言，組播通信方式只將數據包傳輸給需要該數據的用戶，因而能夠避免浪費網絡資源，且有效保障了信息傳輸的安全性。

耶倫：國會必須推進數字資產監管:6月17日消息，美國財長耶倫表示，國會必須推進數字資產監管。

此前金色財經報道，美國財長將與銀行業高管討論加密貨幣。（金十）[2022/6/17 4:33:35]

目前，Nexus是組播技術在區塊鏈上實際應用的一個項目。Nexus采用了一種優化的路由系統，即組播鎖定組。IP組播處理的是網絡層上的包復制，而不是應用層上的包復制，這大大加快了傳播時間。在鎖定組中運行IP組播的另一個好處是在網絡層形成并行性，這意味著消息被廣播到相關節點，同時能夠保留全局一致層。

4QUIC協議：整合TCP和UDP協議

TCP是一種面向連接的、可靠的、基于字節流的傳輸層通信協議，能夠實現數據通信的完整性和可靠性，但存在網絡延遲問題。從技術原理看，TCP協議在創建連接前需進行三次握手，如若需要實現更高級別的數據安全交互，則需增加握手次數，但與此同時網絡延遲也將加重。由于TCP使用校驗和、確認和超時重傳機制保證可靠傳輸，對數據分節進行排序，使用累積確認以保證數據順序不變和非重復，該協議能提供數據的可靠遞送或故障的可靠通知。UDP是除TCP協議外，基于OSI模型的另一重要傳輸層協議。UDP是一個簡單的、面向無連接的、不可靠的傳輸層通信協議。信息源在發出UDP數據包后，默認該數據包已被接收，因而網絡傳輸層無需對數據包的傳達進行確認。由于UDP只提供不可靠的數據傳送，該協議無法確保數據傳輸的完整性，但避免了數據重傳導致的時間延遲問題。它僅適用于對傳送時間要求較高，但無需可靠數據傳輸或能在程序中執行錯誤檢查和糾正的應用，例如流媒體、實時多人游戲和IP語音等應用程序。QUIC協議是一種由Google提出的基于UDP協議進行多路并發傳輸的新一代網絡傳輸協議。QUIC協議旨在整合TCP協議的可靠性和UDP協議的高效性。在技術層面上，該協議可以在1至2個數據包內完成連接。自2014年起，GoogleChrome開始實驗性地支持QUIC協議。Google意在使用QUIC協議取代TCP協議以加快網頁傳輸速度，使其成為新一代網絡正式規范。QUIC協議在Harmony區塊鏈項目的擴容方案中有所應用。Harmony是一個針對分布式金融設計的高吞吐量、低延遲、低費用的高性能共識平臺。該項目通過跨層對區塊鏈的可擴展性進行創新優化。在協議層，Harmony采用了基于分片的共識協議，該協議隨著網絡節點的增加而擴展。每個分片包含了數百個節點，采用快速BFT算法在幾秒內達成共識。在網絡層，Harmony依賴于QUIC協議盡可能快地傳輸消息并提高消息傳遞的可靠性。在系統層，Harmony研究了UniKernel以進一步擴展操作系統上單個節點的性能。除了以上幾個項目，第0層擴容項目還有致力于增強乃至取代現有網絡基礎設施Marconi和TodaNetwork等，但最終能否落地均具有較高的不確定性。

卡塔爾航空公司的元宇宙平臺 QVerse 將整合 NFT 和購票功能:6月15日消息，卡塔爾航空公司的元宇宙平臺 QVerse 將整合 NFT 和購票功能，為客戶提供其產品和服務的獨特沉浸式體驗。

據悉，QVerse 平臺于 4 月首次推出，使用 Epic Game 的虛幻引擎創建。客戶可以虛擬參觀哈馬德國際機場 (HIA) 的航空公司高級值機區，以及航空公司飛機的機艙內部。未來 QVerse 可能會從 Decentraland 或 Sandbox 等其他元宇宙平臺訪問，并且可以使用 Oculus Quest VR 平臺進行探索。 （coingeek）[2022/6/15 4:27:27]

5關注度尚低，區塊鏈擴容明日之星

目前，區塊鏈的擴容方案主要集中在鏈上擴容和鏈下擴容，然而鏈上和鏈下擴容均存在其技術局限性，落地周期也較長。

在數據層改進方案中，擴塊和隔離驗證方案對系統性能的提升有限，DAG方案也存在雙花和影子鏈攻擊等問題。網絡層改進方案主要為分片，分片的技術難度較高，落地具有較多不確定性。共識層改進方案通過改進初代區塊鏈共識算法以實現性能提升，但在性能提升的同時，也出現了新的問題。鏈下擴容方案普遍存在較多的技術難點，實施周期較長，目前市場對于鏈下擴容進行了廣泛的探索，但尚未完全成熟并實現大規模應用。

相比之下，目前市場對于第0層擴容方案的關注度尚低，相關項目較少。整體來看，第0層擴容與鏈上擴容及鏈下擴容相互補充具有乘數效應，因此第0層擴容方案的推進具有顯著的現實意義，與此同時，盡管第0層擴容方案提出了很好的思路，但是技術層面均有一定的不確定性，唯有真正落地才能解決區塊鏈的性能問題。

附注：

因一些原因，本文中的一些名詞標注并不是十分精準，主要如：通證、數字通證、數字currency、貨幣、token、Crowdsale等，讀者如有疑問，可來電來函共同探討。

往期回顧：

坎坷的“共識機制”之路——區塊鏈技術引卷之一

擴容，解決區塊鏈的阿克琉斯之踵——區塊鏈技術引卷之二

主流區塊鏈共識機制的簡介與比較——區塊鏈技術引卷之三

分片：分而治之，無限擴展——區塊鏈技術引卷之四

PoS共識機制及設計哲學——區塊鏈技術引卷之五

公鏈共識與治理迷局——區塊鏈技術引卷之六

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