“公链扩容”赛道激战正酣，谁将率先突围？

扩容方案“百花齐放”，从数据层到应用层，各自涌现不同解决方案，“三元悖论”宣告破解？

作者|阿常

头图|视觉中国

 

区块链扩容赛道站满了创业者。

 

以太坊提出的“世界计算机”概念描绘了去中心化世界的场景，在此之后，所有人都试图在去中心化网络中构建另一个互联网世界，应用场景相继提出并验证，却又折戟于低效的性能瓶颈。

 

正因如此，区块链扩容成为区块链落地途中必须跨过的一个关卡，共识迭代，技术频出，扩容市场的“诸侯乱战”，一触即发。

 

 扩容背后：不可能三角

 

“不可能三角”是指区块链系统无法同时兼顾去中心化（Decentralization）、可扩展性（Scability）、安全性（Security）三项条件，这一理念最早来自 GitHub 以太坊下的一篇文章，用于介绍以太坊的分片技术，而并非严谨的学术论文。这也就意味着“不可能三角”概念本身可能就存在诸多问题，并非真正不可突破。

 

或许我们可以先提出三个问题：什么是去中心化？区块链可延展性体现在哪些方面？安全性又是什么？恐怕尚无标准答案。YeeCo公链CTO郭斌就曾对链得得表示，“不可能三角确实存在，但是目前远远没有探索到三角的边界，其中仍存在很大探索的空间。”MultiVAC CTO应翔也曾表示，不可能三角之间存在很大的“弹性”空间。

 

去中心化是区块链网络的核心特征，势必不可调整，EOS所采用的DPOS模式就因为去中心化程度不够屡遭诟病；而安全性又是不可或缺因素，尤其是在商业场景落地当中。在满足这两个条件的情况下，变相解决区块链性能问题，实现高扩展性，相同时间承载更大系统吞吐量也就成为现阶段公链的核心问题。

 

区块链系统的吞吐量直接取决于两个参数：区块大小（每个区块中可以包含的交易数据量）和出块间隔时间 T（系统挖出一个新区块所需的平均时间）。增大区块包含更多交易，减少出块间隔成为扩容的关键。

 

区块链扩容是大势所趋，但在具体操作上存在分歧，针对区块链架构的不同层次，业内已提出多套扩容解决方案：

 

一是针对区块链数据底层，优化数据传输协议，不改变区块链的上层架构，提升可拓展性；

 

二是针对区块链基础协议，改变数据结构、共识算法提升延展性，例如DAG（有向无环图）、分片、DPOS算法等；

 

三是针对应用层面，如侧链、子链、状态通道-闪电网络等方案，将部分链上交易转移到链下执行，减轻链上处理压力，提升整体效率。

 

当然目前区块链领域尚未提出公认的扩容方案，众多项目都根据自己网络特征和应用场景研发扩容方案，其中又以分片技术、DAG、闪电网络以及近期火热的0层解决方案BDN分发网络最为火热，扩容市场“百花齐放”。

 

但这些扩容技术并非竞争关系，彼此间存在叠加的可能，Alephium市场负责人在接受链得得采访时表示，“很难说技术方案间存在非此即彼、取而代之的关系，每种技术都有其适合解决的问题。”Bloxroute联合创始人Aleksandar教授则也给出了类似的答案，他表示，每项扩容技术都具备各自优劣势，很难说谁更好。

 

 2019年分片独大

 

将时间拨回到区块链发展过程，扩容方案不断演化。如GHOST协议，通过最简单的“增大区块，缩小出块时间”提升网络效率，但结果并不出众，但同时这一方案也证明了盲目通过增加出块速率和区块大小，提高效率并不可行，为后续技术演化埋下伏笔。

 

而后，拜占庭容错机制、DPOS等机制诞生，通过共识改变实现效率提升，但是却伴随着安全性、去中心化等问题。状态通道（闪电网络、雷电网络等）虽然能够极大提升同类数据的传播效率，但却面临难以涵盖所有数据的窘境。

 

在今年，伴随着以太坊2.0，分片技术迎来了高光时刻。分片技术本是互联网大数据处理的一项技术，将大型数据库数据进行切分，并分布在特定的服务器当中，以提高数据库性能，而在区块链领域，数据处理流程类似，将特定交易划分到特定节点处理，同时搭建“桥梁”，实现跨区域间的交易。

 

YeeCO公链CTO郭斌在接受采访时指出，在区块链网络中，每一个节点都需要进行数据传输-验证-维护-存储四个步骤，其背后对应的则是节点的带宽、CPU、内存、磁盘等软硬件条件，单机性能存在上限，只有令每一个节点处理部分任务，才能够保证区块链网络效率。这也正是分片技术“分而治之”的思想。

 

自Zilliqa开始，YeeCO、MultiVAC、Alephium、Quarkchain、Monoxide等诸多项目开始将分片作为扩容的主要参考。

 

但分片技术在落地过程中同样需要解决两个核心问题：1%攻击以及跨片交易。对此，众多项目方案各异，YeeCO选择引入并行挖矿概念，MultiVAC则采用随机性方案，Zilliqa则是引入pBFT+POW共识算法等等。尽管同属于分片范畴，但各项目方案仍存在非常大差异。

 

 分片之外的广阔空间

 

除却分片技术，DAG（有向无环图）同样是主流扩容方案之一。在传统的区块链网络中，数据同步呈现线性结构实现的，一旦中间同步出现延迟就会引发网络拥堵；DAG则是优化了数据结构，多个节点可以通过不同节奏同时交易数据，不必有明确先后顺序。而这一方案同样来源自计算机领域常见现象——并行计算。

 

计算机体系经历了顺序计算、并发计算、并行计算的发展路径；而区块链体系也同样经历了这一过程：从类似顺序计算的比特币阶段演进为类似并发计算的DAG阶段，并再度向前发展。

 

DAG虽然优势明显，但是问题同样突出：如双花攻击，攻击者可以在网络不同位置添加两笔冲突交易，随着不断向前验证，直到重新出现在在同一笔交易的验证路径上，网络才会冲突，期间无法分辨交易真假。影子链攻击则是基于双花攻击之上，当攻击者虚构出足够交易，就可能从真实网络中分叉出一个虚假分支，而将这个分支再次合并到DAG网络，甚至有可能取代原有交易数据。

 

分片、DAG都是基于区块链数据层、应用层诞生的扩容技术，而在区块链网络与互联网结合的数据层同样存在扩容方案。以Bloxroute为例，不改变区块链的上层架构，而是构建一个区块链数据分发网络（BDN），优化区块链底层数据传输协议，提升节点间区块传播速度，提升链上可拓展性。

 

互联网云分发网络是通过全球范围内数量庞大的服务器，使其用户可就近获取所需内容，避免网络拥堵、地域、运营商等因素带来的访问延迟问题，有效提升下载速度、降低响应时间，提供流畅的用户体验。

 

而区块链分发网络也充分借鉴其经验，通过架设中继节点，搭建一套区块链数据分发网络，对数据打包压缩，用更短字节替换原本长字节，保证数据可以更快速传递给其他节点确认，进而提升网络运行效率。

 

由于区块链中，节点与节点并不相互信任，因此，打造区块链分发网络，真正核心难点在于如何保证区块链分发网络的中立性，构建免信任环境。Bloxroute联合创始人Aleksandar教授此前曾撰文直指信任问题：“云分发网络能够提高区块链性能，但需解决节点间的信任问题。”

 

如何保证区块链分发网络信任问题？Bloxroute所选择的是通过区块加密、引入测试区块、标记历史数据等方式，节点可随时发布测试区块对网络进行测试，并根据测试结果决定是否通过分发网络传输数据；同时，针对一些存在恶意行为的节点，也将触发“惩罚”机制，对其网络效率等条件进行限制。从而双向确保节点的信任。目前，瞄准数据层的扩容解决方案并不多，市场仍存在较大探索空间。

 

纵观区块链扩容方案的发展过程，诸多方案都与互联网环境存在紧密关联，分片源于数据库处理技术、DAG则类似计算机体系的并发计算、区块链分发网络更是云分发网络在区块链场景下的复现。

 

扩容，是目前区块链落地必须解决的问题之外，围绕这一方向，扩容市场“百花齐放”，目前我们尚难确定谁将成为主流，又或者众多方案将彼此包容，在各自场景中发挥作用。（本文独家首发链得得App，作者/阿常）

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