2020 焦點前瞻：公鏈的可擴展性到底如何解決？_以太坊

撰文：WilsonWithiam

編譯：詹涓

來源：鏈聞

該文為MessariProResearch研究平臺的付費報告，鏈聞獲得授權翻譯并發表。

比特幣從設計上就是慢的。

區塊鏈并不一定是為了速度而創建。

中本聰在設計比特幣時，將安全性和去中心化置于首位，他也承認，在與中心化的競爭對手如主流信用卡網絡競爭時，比特幣系統將面臨壓力。而實際上，比特幣的10分鐘出塊時間和較小的區塊卻讓它能夠維護一個全球性的、無領導網絡的共識，因為這樣做減少了非故意的賬本分叉的頻率，又能維持節點運營的低成本和存儲的低要求。

比特幣很慢：在過去一年中，它每秒處理的交易量(tps)還不到4次。而且比特幣無法輕易擴大其吞吐量，這在圍繞「區塊大小」而展開的多年治理斗爭中已顯而易見。這場斗爭的高潮是在2017年底，比特幣現金(bitcoincash)成為該網絡的首個主要硬分叉。為比特幣區塊設置一個硬性的大小限制，這使得「數字黃金」的說法從此占據主導地位。

如今，大多數投資者似乎已滿足于將比特幣作為一個低吞吐量系統，更看重其對高價值交易的強大結算保障，而不怎么在乎它對全球支付網絡的支持。原因顯而易見！交易的方程式表明，速度一旦提高，會給其價格帶來下行壓力。

以太坊怎么樣？

類似的說法現在也在以太坊浮現。這個所謂的「世界計算機」項目正在做三難選擇，到底是側重高價值的交易結算，還是偏重高吞吐量的去中心化應用。簡而言之，以太坊現在只和去中心化金融(DeFi)有關。

報告：2022年鏈游總交易量54.1億美元，未來10年復合年均增長率達到68.90%:4月21日消息，Polaris Market Research報告顯示，區塊鏈游戲總交易量在2022年達到54.1億美元，預計未來10年內復合年均增長率達到68.90%；最受歡迎的P2E游戲是Axie Infinity，月均535,202次搜索；排在第二的是SecondLive，平均每月搜索量為496,313；排名第三的是Stepn，平均搜索量為478,794。（beincrypto）[2023/4/21 14:19:05]

這種轉變是必然的。以太坊在2017年變得非常火，其較弱的處理能力無法跟上交易量的快速增長。未確認交易不斷積壓導致交易費飆升，并進一步讓結算時間不斷延遲，使得以太坊作為平臺難以滿足特定游戲應用和交易所的需求。

最著名的例子是加密貓(CryptoKitties)危機，這是一款鏈上收藏品的游戲。在2017年末推出后實在太火爆，不久它就讓以太坊幾近停滯、顏面掃地。為了應對這種窘境，基于區塊鏈的游戲和應用，后來選擇了性能更高、收費更友好的其他智能合約平臺，如EOS或Tron。甚至始作俑者，即加密貓的創造者、創造力旺盛的Dapper實驗室，也籌集了1,100萬美元去創建一個競爭性的網絡，目標就是解除困擾以太坊的交易瓶頸。

當比特幣遇到擴展難題時，它從支付演變成了結算。

而在同樣的挑戰中，以太坊從世界計算機演變成了DeFi。

下一代區塊鏈項目似乎不應該忽視這樣一個顯而易見的事實：高吞吐量的加密應用普遍缺乏一個承載平臺，這為新項目打開了機遇的大門。但誰能解決用戶體驗和激勵配置等問題呢？短期解決方案可能是兩個，一是說服客戶相信，非監管的金融和數據服務比現在的方案更值得考慮，一是提供一個在性能上打敗現有系統的環境。

歐洲加密貨幣初創公司在2022年完成了57億美元風險投資:金色財經報道，根據最新的歐洲加密風險投資狀況報告，歐洲加密初創公司去年籌集了創紀錄的 57 億美元風險投資資金，高于 2021 年的 50 億美元。投資周期遵循今年二季度見頂、一季度大幅回落的全球趨勢。Web3 仍然是一個關鍵領域，而增長最快的垂直領域是基礎設施，包括開發人員工具、區塊鏈可擴展性解決方案和Layer1區塊鏈。[2023/3/22 13:20:08]

消費者行為的轉變需要時間和教育，才能達到預期的效果。在我們這個即時滿足、而且時間有限的世界里，這種方法效率很低。作為應對，大多數開發人員和投資者選擇去解決技術問題，以構建可擴展的區塊鏈網絡。

一些高吞吐量選項

分析一下近期融資的項目你會發現，可擴展性是贏得用戶的首選策略。在我們的樣本中，投資者已經向主打優異性能的以太坊替代品投入了超過24億美元。然而，這些「超級鏈」中有75%尚未推出，其他已上線系統也未兌現它們在性能方面的承諾。

主要的layer1高性能區塊鏈項目

這一輪投資熱潮還延伸到「第二層解決方案」。這些項目從基礎層網絡中分擔了一些計算和數據存儲職能，在每秒處理的交易量和節點操作成本方面，性能都有所提高。第二層解決方案的投資者，押注于區塊鏈網絡的垂直擴展，而非水平擴展。

Layer2擴展性解決方案

盡管注入了大量資金，但可擴展的區塊鏈解決方案仍然難以名狀。一個揮之不去的問題是，既然所有這些資金都被投入到區塊鏈擴展的研究和開發中，那么，為什么沒有出現一個主導性的解決方案呢？

彭博社：比特幣創下自2020年3月以來最大單日跌幅:1月4日消息，比特幣新年伊始突破34000美元高位之后出現震蕩，據彭博社消息，1月4日比特幣創下自2020年3月以來最大單日跌幅，截至倫敦時間上午10:41比特幣價格為29,168美元，單日跌幅為13%。而在2020年3月“黑色星期四”時比特幣的單日跌幅為17%。彭博社表示，目前很難找到最新劇烈波動直接原因。本文撰寫時，比特幣價格已有所反彈，據CoinGecko數據顯示為29987.36美元，1小時漲幅為2.5%。[2021/1/4 16:25:40]

規模更大，問題越多

基于去中心化的基礎設施和一個節點運營者社區來讓某一網絡實現規模擴展，難度很大。這是因為，去中心化、安全性和可擴展性之間的關系非常糾結，這有時被稱為「可擴展性不可能三角」，它讓區塊鏈系統無法同時具備這三個特性。

所有現有的網絡項目都需要進行取舍。比特幣和以太坊選擇將去中心化和安全性放在可擴展性之上。像幣安鏈(BinanceChain)這樣的替代型項目，則通過控制可訪問節點數量、犧牲去中心化而獲得性能的優化。另一些替代方案選擇了部分犧牲網絡的安全性。

面對「可擴展性不可能三角」，不同項目的不同取舍

由于計算性能是功能和被采用的先行指標，因此，試圖解決這個三難問題的任何努力，都能讓人們發現，到底何種策略有可能讓區塊鏈網絡獲得擴展。過去的許多項目常常忽略了影響某一網絡能夠擴展的各參數之間的關系。除了每秒交易量，應考慮的參數還包括驗證者的數量、交易的成本和終結性所需的時間。

2020年至2025年廣西規劃實施36個區塊鏈大項目:2020年至2025年，廣西規劃實施36個區塊鏈大項目，南寧將打造為區塊鏈主產業核心。為此，規劃期間將實施區塊鏈+數字金融公共服務平臺、區塊鏈物聯網平臺、廣西區塊鏈電子票據等36個重點項目。預期在2025年形成100個區塊鏈典型應用，引進和培育10家以上區塊鏈領軍企業，打造形成5至10個區塊鏈產業基地，建成15個以上區塊鏈技術創新平臺及公共服務平臺，培育引進區塊鏈中高級人才1000名以上。（新華網）[2020/8/18]

關于可擴展性的早期嘗試，大多較為笨拙，都試圖在不影響其他參數的情況下搗鼓某一個參數。

比特幣現金和它的BSV分叉通過改變比特幣代碼來增加區塊大小，使得每個區塊可包含更多的交易。Tps的增加是以犧牲去中心化為代價的，因為這種「升級」對節點運營者的數據存儲提出了更高要求。比特現金和BSV都宣傳自己的交易費低，但其實交易費低會減少礦工的收入，并對網絡的安全構成長期的生存威脅。

另一種控制運營者成本的方法是，嚴格限制驗證節點的數量。這種方法在DPoS網絡中很常見，比如EOS和Tron，在這些項目里，被選定的某一批節點結合在一起，控制所有的投票權。這個驗證者的集合很小，所以網絡能夠在短時間內對交易順序和驗證達成一致，但是系統也因此放棄了去中心化和抗審查的特性。

尋找更有前景的解決方案

更有前景的第一層解決方案認識到，上面列出的可擴展性參數需要以一種集體的方式擴展。這些方法涉及更大的技術復雜性，因此在研究和開發上需要更長時間。其中一些實驗包括分片、時間和狀態的分離以及互操作性。

湖南：到2022年推動3萬家企業“上鏈”:為大力發展區塊鏈產業、搶抓發展機遇，湖南省不久前出臺了首個省級區塊鏈產業發展行動計劃《湖南省區塊鏈產業發展三年行動計劃（2020-2022年）》，提出力爭到2022年，建成10個以上區塊鏈公共服務平臺，推動3萬家企業“上鏈”，建成5個左右區塊鏈產業園，相關產業營業收入達到30億元。根據《行動計劃》，湖南將積極拓展區塊鏈行業應用。一方面，拓展區塊鏈應用場景，推動區塊鏈技術在社會治理、社會救助、知識產權、供應鏈、工業檢測存證等領域的應用，探索數字經濟模式創新；另一方面，開展行業應用示范，結合湖南省產業基礎優勢和發展規劃布局，分別在工業、金融、商務、政務、文化等領域，組織開展企業級、區域級、特定領域的區塊鏈融合創新集成應用示范。

湖南將開展五大專項行動，分別是：工業區塊鏈融合發展行動，推進“工業互聯網+區塊鏈”創新應用；金融區塊鏈信用共建行動，推進基于區塊鏈的金融信息共享與基于區塊鏈的產業金融；流通區塊鏈應用創新行動，支持貨運物流區塊鏈應用，打造跨境電商區塊鏈服務平臺；公共服務區塊鏈共治便民行動，推動政務數據開放共享共治，鼓勵民生服務區塊鏈示范應用；文化區塊鏈價值創新行動，推進和探索數字內容區塊鏈、數字版權區塊鏈創新發展。（經濟日報）[2020/7/13]

像以太坊2.0、Zilliqa和NEAR這樣的項目，正在考慮采用分片來解決可擴展性問題。分片模型將網絡劃分為不同的組，節點只需驗證其所在分片上的交易。這種「分而治之」的方法使鏈的各部分能夠并行處理各自的網絡交易，從而提升性能。

各節點也只負責處理網絡中總交易的一小部分，這反過來又降低了運營者的成本并保持了去中心化。盡管有好處，但分片是一個極為頭疼的工程問題，而且其在高壓力下保持運轉的能力仍然存疑。雖然Zilliqa主網號稱實現了實時分片架構，但分片面臨的真正考驗，應該是在以太坊啟動Serenity的最后階段時發生。

另一方面，Solana則放棄了分片策略，選擇了時間和區塊鏈狀態的分離這一方法。它的網絡具有一種被稱為歷史證明(PoH)的內嵌機制，可以實時同步交易的順序。PoH消除了在交易排序上達成共識的需要，也就免掉了相應的時間損耗，使節點能在收到交易時立刻處理它們。然而，與分片一樣，PoH并無先例，并且仍處在發展中。Solana的團隊也發現，在內部測試中很難達到預期的tps上限。隨著Solana從內部測試場所切換到公共的測試網，它將面臨更大的挑戰。

關于可擴展性的另一個前沿難題是互操作性。作為中介，互操作性的解決方案能夠促進不同的第一層網絡之間進行信息傳輸，這種跨網絡連接還可以促使各種鏈的相互利用，并將性能或安全需求外包。在某種意義上說，當前的以太坊可以將某些處理型的工作交給更高性能的鏈，通過「并行計算」實現可擴展性。而接收了這些工作的網絡將受益于以太坊的安全級別、代幣流動性和用戶基礎。雖然跨鏈協作這個想法令人振奮，像Cosmos和Polkadot這樣的項目也在進展中，但是互操作性到底能否解決可擴展性難題，這一設想仍未被證實。

所有這些解決基礎層可擴展性的嘗試，都涉及極度復雜的技術方案。復雜性在于，人們很難在大規模情形下很好地協調某一區塊鏈設計的各種參數。這一艱巨的挑戰促使一些項目尋找可行的替代方案。

尋找上述問題的答案

第二層方案，存在于區塊鏈網絡之上的一層，通常通過雙向掛鉤或專門的智能合約連接到底層平臺。這些雙向通道為基礎層提供了一個出口，以減輕一些計算責任并緩解各種交易壅塞。我們可以將這些第二層網絡看作是某些高交易量、低吞吐量的區塊鏈的減壓閥。

當基礎層獲得性能提升時，第一層/第二層的關系完全是相互促進的：大多數第二層解決方案依賴于它們的底層網絡來實現安全性和解決爭議。這種動態關系使得在第二層的設計有更大的靈活性，團隊可以在不犧牲基本層去中心化的情況下，用安全性來換取可擴展性。

閃電網絡(LightningNetwork)是一個最突出的例子。它是一個建立在比特幣區塊鏈之上的支付渠道系統，使用戶能夠在一個低費用、高吞吐量的環境中進行交易。用戶可以定期將閃電網絡的交易記錄在比特幣網絡上結算，而無需把每筆交易都提交到鏈上，這就減輕了比特幣網絡的整體工作負擔。雖然閃電網絡和類似的項目在理論上是令人興奮的概念，但這些項目的適用范圍較為有限：支付和狀態通道對執行智能合約或更復雜的操作的貢獻甚少。于是，一些項目開始探索其他第二層擴展解決方案，也就是側鏈和rollup。

側鏈是獨立的網絡，通常具有唯一的共識層，通過雙向掛鉤連接到一個基礎層協議。由于沒有第一層設計的負擔，側鏈可以支持超出其基礎層能力的某些特性，包括但不限于可擴展性和互操作性，同時不依賴于第一層的存儲。盡管有這些所謂的好處，但這些分支網絡需要參與者之間更多的信任和協作，而這對加密業的信眾來說是比較為難的要求。

這一兩難困境可以解釋為什么側鏈缺乏需求。LoomNetwork正試圖通過接入多個第一層網絡來強推其采用率，希望某一項努力能掘到金礦。即使是那些歷練更多的側鏈項目，比如POANetwork的xDai鏈，在活躍度和日活用戶方面的排名也明顯低于基礎層的應用程序。支持側鏈的一個更有說服力的論點是，如果市場對互操作性的需求激增，這將推動用戶使用已上線的第二層解決方案，因為第一層互操作性的協議仍在開發中。

另一方面，rollup方案受到了包括VitalikButerin在內的加密精英的廣泛關注。Rollup是一種基于以太坊的智能協議，它可以管理側鏈和第一層網絡之間的跨層傳輸。與大多數側鏈使用的雙向掛鉤機制不同，rollup合約會將包含數千個交易的大量狀態變化打包到一個區塊中，然后才發布到基礎層。這種方法為鏈上數據存儲和計算提供了一種更經濟的替代方法。

Rollup也分為兩種：ZKRollup和OptimisticRollup。在較高的層級上，ZKRollup使用zk-SNARKS的加密魔法來自動驗證每一個新的交易區塊。而OptimisticRollup則繞過了這個數學路障，其運營者和用戶可以復查已發布的狀態，如果無效則回滾該區塊。這兩種方案都還處于開發的早期階段，需要克服兩類挑戰才能成為可行的選項，一是安全，一是實現最終性所需的時間。

可擴展性解決方案面臨的嚴峻現實

時間還是太早了。

上面描述的每一項新技術都需要時間來開發、調試和改進。而嚴峻的現實是，在區塊鏈可擴展性方面出現的最好的技術可能不會笑到最后。正如DanZuller所說，「還有社會和經濟因素會決定誰是最終的贏家。」

這種觀點顯然更青睞像比特幣和以太坊這樣的區塊鏈網絡，因為它們在實用性、交易量、開發者和利益相關者社區方面具有明顯的優勢。控制這些因素的網絡效應將繼續積累價值和需求，以促成更穩健、更成熟的區塊鏈。因此，基于更受歡迎的基礎層而構建的擴展方案將更容易被采用，并進而發現更大的需求。

剩下的問題是：以太坊將何去何從？如果擴大網絡規模的艱苦戰斗一直受困于延遲問題，那么，用戶和項目是否會整體遷移到其他競爭鏈上去？短期來看，可能不會。以太坊已通過DeFi和多樣的利益相關者社群，建立了足夠的護城河，可以防止失去重要的地盤。第二層解決方案的出現，特別是rollup合約，可以緩解以太坊短期的性能擔憂，并提供足夠的緩沖，直到以太坊2.0的主網做好準備。

「高性能」的區塊鏈項目并沒有獲得采用，這說明可擴展性并不是吸引用戶的決定性功能。它只是一個營銷術語，一個有效的術語，用于為前產品時期的融資提高估值。但它的確能對主流的區塊鏈帶來增值；可擴展性解決方案拓展了現有垂直領域的功能，使應用程序能夠應對更廣泛的用例，并吸引更廣大的用戶群。

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