什么是区块链扩容?链上链下扩容?有Layer 2之外的扩容方案,什么是区块链扩容?链上链下扩容?有Layer 2之外的扩容方案?

时间:2024-10-19  分类:方案

以太坊在转换到POS机制后,目前的出块时间大约是14秒一块,有些公链更快,可以做到3-6秒出一块。但并不是出块时间比较快就等于可乘载交易数量一定比较多,还得看区块大小以及交易内容等等综合评估。


如果用捷运来比喻,增加出块频率就像是增加发车班次,本来两分钟一班车,改成一分钟一班车,运量就提升了。


分片


分片的概念复杂了一些,可以用分工来理解它。


OriginaldiagrambyHsiao-weiWang,designbyQuantstamp.


分片并不是区块链独有的概念,在传统的数据库处理中就有这个概念,简单说就是不必每个伺服器都储存所有资料,而是把资料切分成几个部分,分散储存在不同伺服器。


区块链的运作中,原本是所有矿工与节点都要验证所有交易,有点重工(重复工作),透过分片技术,部分节点验证部分交易,用分工的方式提升整体效率。


例如假设原本共有500个节点,因为每个节点都要验证所有交易,也许原本的处理上限是每秒500笔;现在把这500个节点拆成10组,每组只要负责验证十分之一的交易,这样一来处理上限就提高了10倍变成5000笔。


但本来交易会被500个节点验证,现在只会被50个节点验证,看起来安全性下降了,参与的节点变少,51%攻击变容易了,解决方案之一是每次都透过随机抽样的方式来分配节点。


分片简单说就是一种分工,在同样的节点数量之下,增加可处理的交易数量。如果用捷运的概念来理解,有点像是增加闸门、增加月台,列车大小一样、车站大小一样,但增加闸门数、月台数,可以放更多人进站,也同时可以开更多车,运量就提升了。


链上扩容需要直接对区块链动手,必然会受限于区块链原本的设计,就像在现实世界中若要直接修改捷运车厢、车站一定很困难,限制很多成本很高,另外一种作法是链下扩容。


链下扩容–其中有些也被称为Layer2扩容


不更动区块链本身,从别的地方下手来扩容。如果一样用捷运的比喻,那链下扩容就是不改列车、车站,透过其他方式例如增加接驳公车、另外开新的支线来提升运量。


链下扩容有五种方式:侧链、状态通道、Rollups、Plasma、Validium,这部分在技术上比较艰深,这篇作为入门科普文只会简单带过,试着用生活化一些的方式描述,想更进一步了解的建议阅读这篇:


侧链


侧链的概念像是在原本的捷运之外再建立一条支线,或是加开接驳公车,由其他公司来营运,走不同的系统,跟原本的捷运线不能直接共通,需要出站,需要重新买票。


侧链是另外一条链,有自己的节点、共识、安全性,和主链之间用某种方式相互合作。


状态通道


至于状态通道,是一种点对点之间的通道,有点类似在我家和公司之间开了一个传送门,两地之间传来传去其实并没有透过捷运,但每过一段时间总结传送次数后一次打包进出明细给捷运公司。


运作在区块链中就例如A钱包和B钱包之间开启状态通道,彼此之间的交易其实都在链下进行,并没有每笔交易打包上链,如此就可以避开区块链本身的容量限制,一段时间后才会将这段期间的所有明细一次打包上链,同时关闭通道(可以再次开启)。


Layer2


至于另外三种Rollups、Plasma、Validium都属于Layer2解决方案,只是各自使用的技术不同。Layer2简单说起来就是建立在Layer1主链上的第二层链,目前最多的是以太坊的Layer2,也就是建立在以太坊之上,承接了以太坊安全性的另外一条区块链。


跟侧链的差异在于侧链有自己的节点、共识、安全性,但Layer2不需要,它是依赖主链而生的一条链,用捷运的比喻来解释依然是一条支线,但这次使用跟原本捷运相同的系统,彼此高度相关。


Layer2简称L2


概念都类似,在L2链上处理交易,一段时间之后再将多笔交易合并打包回主链。因为不用每笔交易上主链,就可以避开主链本身的交易容量限制,大部分交易都在L2上处理,累积多笔交易之后再合并为一笔打包回主链即可。


而根据不同的打包方式、跟主链之间的验证方式,又区分为几种类型,目前最主流的L2方案为Rollups,其中非常有潜力的方案为ZK-Rollups,采用零知识证明,难度较高在过去较为小众,但V神在2023年的公开演讲中提到他认为零知识证明在接下来十年非常重要。


扩容后的以太坊可以有多快?


之前的以太坊区块链还是采取POW共识机制,当时平均每秒交易次数(TPS)大约是15笔,跟VISA相比之下确实是太慢了,许多后发的平台公链也都超过这数字,例如Solana的TPS大约介于2000-3000之间,理论值号称可以到65000TPS。


以太坊的扩容方案基本上是链上X链下同时进行,链上部分更改了共识机制,从POW调整成POS,出块时间稍稍快了一些,也会持续提升区块容量,并采取分片技术,同时搭配Layer2为主的链下扩容方案。


所以扩容后的以太坊到底可以有多快?


2022年7月,在以太坊社区会议(ETHCC)上,以太坊创办人VitalikButerin(V神)和以太坊的开发人员介绍了Ethereum最新的未来路线图(Roadmap)。


以太坊未来的发展会分为五个关键的部分,而这五个部分都是同时进行的,它们分别是:TheMerge、TheSurge、TheVerge、ThePurge、TheSplurge。


其中的TheMerge指的是将主网和信标链合并,从POW共识机制转向POS的重大合并事件,这个合并已经在2022的9月15日完成,从那天起以太坊的挖矿成为历史,从此转换成POS机制。


一旦五大路线完成升级,以太坊的主链将可以达到,甚至超越10万TPS(TransactionPerSecond),同时拥有超过64个分片,一口气处理大量交易。对比现在以太坊只有约15TPS来数的话,完成升级后的以太坊将会快近10000倍。


如果区块链在未来生活中的应用不只是金融支付,那我们就不能只是单单拿VISA、Master的TPS来参考。如果区块链在日常中的应用可以就像我们现在使用网络一样自然而然,那区块链的扩容目标显然必须设定的更大,Google在现今平均每秒约处理40000次搜寻,这数字或许可以做为区块链扩容的初步目标。



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