從廣義上講,可擴充套件性指的是系統處理不斷增長的需求的能力。在計算機領域,您可以透過硬體升級來提高計算效能和加快任務處理速度。在討論區塊鏈的可擴充套件性時,通常意味著提高系統性能以處理更多交易。
比特幣等協議有許多優勢,但在可擴充套件性方面存在不足。如果比特幣在集中式資料庫上執行,管理員可以輕鬆提高處理速度和吞吐量。然而,比特幣的價值主張(如抗審查性)要求多個參與者協作維護區塊鏈的副本。
區塊鏈的可擴充套件性問題
執行比特幣節點的運營成本相對較低,即使是低配裝置也可以參與。但是,需要保持數千個節點的最新狀態,這限制了系統的容量。
為了控制鏈上處理的交易數量,區塊通常會被限制。如果資料量增長太快,節點可能跟不上。此外,過大的區塊也可能使網路上的快速傳播變得困難。
在這一點上,網路可能會遇到瓶頸。可以將區塊鏈比作一個固定發車間隔的火車服務。每節車廂的座位有限,乘客必須競價購票。如果所有人都想上車,票價自然會上漲。同樣,擁堵的網路會迫使使用者支付更高的費用來優先處理他們的交易。
一種解決方案是增加車廂的容量。隨著座位數量的增加,乘客流量也會增加,導致票價下降。但是,車廂的容量仍然有限,就像區塊的最大尺寸和交易費用不能無限增加一樣。這會增加網路內節點的成本,因為他們只能透過硬體升級來保持同步。
以太坊創始人Vitalik Buterin提出了"可擴充套件性三難困境",突出了區塊鏈面臨的挑戰。他認為,協議必須在可擴充套件性、安全性和去中心化之間取得平衡。這三個方面是相互排斥的;如果任何兩個被過度強調,第三個就會不可避免地受到影響。
因此,許多人認為可擴充套件性可能透過鏈下實現,而安全性和去中心化應該在區塊鏈本身上得到最大最佳化。
什麼是鏈下擴充套件解決方案?
鏈下擴充套件指的是支援交易執行而不增加區塊鏈負擔的方法。鏈上協議允許使用者傳送和接收資金,但交易並不會立即出現在主鏈上。在這方面,我們將探討兩個值得注意的進展:側鏈和支付通道。
側鏈簡介
什麼是側鏈?
側鏈是一個獨立的區塊鏈,但並非完全獨立於主鏈,而是以某種方式與主鏈相連。主鏈和側鏈可以相互操作,允許資產在它們之間自由流動。
有幾種方式可以轉移資金。在某些情況下,資金可以存入特定地址,將資產從主鏈轉移到側鏈。在這種情況下,資金並沒有真正移動,而是被鎖定在地址中,側鏈收到相應的金額。一種更直接的方法(可能更集中)是將資金髮送給託管人,託管人然後促進與側鏈的資金交換。
側鏈如何工作
假設Alice有5個比特幣,她希望將它們兌換成比特幣側鏈(稱為"側鏈幣")上等值的貨幣。我們討論的這個側鏈是雙向掛鉤的,允許使用者在主鏈和側鏈之間轉移資產。
側鏈是一個獨立的區塊鏈,有不同的區塊、節點和驗證機制。要獲得側鏈幣,Alice必須將她的5個比特幣傳送到另一個地址。這個地址可能屬於另一個使用者。一旦收到比特幣,地址所有者將在Alice的側鏈地址上記入5個側鏈幣。此外,這個地址可能使用無信任設定,軟體會在檢測到付款後自動記入側鏈幣。
側鏈擴充套件
一旦Alice將比特幣轉換為側鏈幣,她也可以逆轉這個過程,將側鏈幣轉換回比特幣。擁有側鏈資產後,她可以在這個獨立的區塊鏈上自由交易。與主鏈類似,她可以向他人傳送或接收側鏈幣。
例如,她可能支付Bob一個側鏈幣來購買Binance的一件連帽衫。當她想轉換回比特幣時,她可以將剩餘的4個側鏈幣傳送到一個特定的地址。交易確認後,4個比特幣將被解鎖並轉移到她在主鏈上控制的地址。
為什麼使用側鏈?
您可能會想,為什麼需要側鏈?Alice不能完全依賴比特幣區塊鏈嗎?
答案是側鏈可能提供比比特幣更多的功能。側鏈是精心設計的鏈下交易系統。雖然比特幣是最安全的去中心化加密貨幣,但它在吞吐量方面並不領先。儘管比特幣交易速度比傳統方式快,但與其他區塊鏈系統相比還是有些慢。每10分鐘就會挖出一個新區塊,在網路擁塞期間,交易費用可能會大幅上升。
但是,日常小額支付並不一定需要如此高的安全性。如果Alice去買咖啡,她肯定不想等待交易確認。如果交易被排隊等待確認,她的咖啡可能已經涼了。
側鏈不受這些規則的約束。它們甚至可以在不使用工作量證明的情況下執行。使用者可以自由選擇共識機制,信任單一驗證者,或調整各種引數。側鏈可以實施主鏈不支援的升級,生成更大的區塊,並實現更快的結算。
有趣的是,即使在側鏈上發生嚴重錯誤,也不會影響基礎鏈。這使得側鏈可以作為實驗平臺,測試應該佔據網路中多數共識的功能。
如果使用者滿意於鏈下交易,側鏈可能代表了有效擴充套件的重要一步。主鏈節點不需要儲存來自側鏈的所有交易。Alice可以用一筆比特幣交易進入側鏈,進行數百筆側鏈幣交易,然後退出。對於比特幣區塊鏈來說,她只執行了兩個操作:一個進入,一個退出。
支付通道簡介
什麼是支付通道?
支付通道在可擴充套件性方面與側鏈發揮類似的功能,但它們在本質上是不同的。與側鏈類似,支付通道將交易與主鏈分離,以防止區塊鏈無限擴張。但是,支付通道不依賴於獨立的區塊鏈。
透過智慧合約,支付通道使使用者能夠在不直接釋出這些交易到區塊鏈上的情況下進行交易。參與者可以使用軟體協議完成交易。
支付通道如何工作
在流行的閃電網路模型中,雙方首先將代幣存入一個共享地址。這是一個多重簽名地址,需要雙方同意才能訪問資金。因此,如果Alice和Bob建立了這樣一個地址,資金只能在他們雙方同意的情況下移動。
假設他們都存入10個比特幣到這個地址;那麼餘額就是20個比特幣。他們可以輕鬆確認初始餘額,Alice和Bob各持有10個比特幣。如果Alice需要向Bob轉移1個代幣,她可以更新賬本:Alice的餘額變為9個比特幣,而Bob的餘額增加到11個。他們可以更新各自的餘額,而無需在區塊鏈上釋出交易。
在完成所有交易後,假設Alice持有5個比特幣,Bob持有15個。他們可以建立一筆交易,將這些餘額傳送到各自的地址,簽名並在鏈上廣播。
Alice和Bob可以在賬本中記錄數十、數百甚至數千筆交易,但在區塊鏈上,他們只需執行兩個操作:一個是初始資金交易,另一個是在交易完成後重新分配餘額。除了這兩個操作外,所有其他交易都發生在鏈下,幾乎不產生費用,並且可以快速完成。雙方不需要支付礦工費或等待區塊確認。
當然,上述示例假設交易雙方彼此瞭解並密切合作,這可能不適合陌生人。但是,可以採用特殊機制來防止欺詐,使得即使是不熟悉的各方也可以安全地進行交易。
支付路徑
對於經常交易的使用者來說,支付通道顯然更有效率和方便。這種方法正在不斷完善。這些通道網路可以擴充套件,使Alice能夠向與她沒有直接連線的收款人進行支付。如果存在Bob和Carol之間的支付通道,只要有足夠的容量,Alice就可以透過Bob的通道向Carol支付。在Bob將資金轉入Carol的通道後,Carol也可以與其他參與者進行交易。
這種網路結構最終將演化為分散式拓撲,每個人都可以連線到多個對等節點。使用者可以自由選擇在眾多支付通道中最有效的路徑。
結論
在本文中,我們討論了兩種可擴充套件性解決方案,它們都促進了交易,而不增加基礎區塊鏈的負擔。儘管側鏈和支付通道還未完全成熟,但越來越多尋求避免基礎層交易缺點的使用者開始採用這些技術。
隨著時間的推移,更多使用者將加入網路,保持去中心化至關重要。為實現這一目標,區塊鏈容量的增長可能會受到限制,以允許新節點隨時加入。鏈下可擴充套件性解決方案的支持者認為,隨著技術的進步,主鏈未來可能只處理高價值交易,或僅用於連線/斷開側鏈和開啟/關閉支付通道。
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