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面对不可能三角,ScaDe能解决可扩展性?

2020-03-12 08:00:00

一种名为ScaDe(每个去中心化单元的可扩展性)的新思维模型将帮助该行业设计出更好的区块链。

编者按:本文来自头等仓区块链研究院(ID:first_vip1),Odaily星球日报经授权转载。

1000TPS! 5000TPS!! 22000TPS!!! -许多较新区块链项目在谈到他们项目时都会强调这些数字。尽管有许多的技术创新,但这样的声明没有考虑到,在不考虑运行完整节点成本的情况下,增加TPS(每秒交易数量)会带来去中心化的权衡。

一种名为ScaDe(每个去中心化单元的可扩展性)的新思维模型将帮助该行业设计出更好的区块链。

去中心化对区块链来说至关重要。加密行业70%以上的价值(又称市值)产生于两个去中心化的区块链——比特币和以太坊,尽管他们的TPS并不是很高。现在的区块链架构在可扩展性和去中心化方面非常低效,因此我们无法获得更好的吞吐量。这种挑战被广泛称为可扩展性的三难困境(Scalability Trilemma)。

在这篇文章中,我提出了一个新的思维模型叫做ScaDe(每个去中心化单元的可扩展性),可帮助该行业设计出更好的区块链。我们将研究为何使用零知识证明的简洁区块链(例如Coda),能够超越现在区块链有限的ScaDe。

最后,我们相信ScaDe比TPS更好,因为区块链不是计算机。

可信任机器

面对不可能三角,ScaDe能解决可扩展性?当以太坊自称是“世界计算机”时,我们也跟着开始将区块链概念化为计算机。但是,计算机是计算的机器,它做计算(如加法、乘法)非常快。可真正的区块链却是非常糟糕的计算机,它们的计算速度非常慢(比1990年的计算器还慢)。也就是说,对于比特币而言,每秒只能处理7笔交易,以太坊每秒只能处理15笔交易。

这是因为区块链是可信任的机器,而不是计算机。它使每个人都能信任一系列计算的结果,而无需去信任一个或一组已知的第三方。数字黄金(又称比特币),是第一个直接建立在可信任机器上的应用程序,它相当于计算机。随着以太坊的出现,该领域的开发人员开始构建和设想许多其他的应用程序:代币、游戏道具、门票、身份识别、全球金融服务等等。

当前的区块链架构在成为可信任机器方面效率很低,因为任何想要使用区块链的人都必须重新计算区块链上的整个计算过程。也就是说,除非他们信任代表他们做这件事的第三方,否则你就失去了使用信任机器的主要好处。由于效率低下,我们在扩展这些信任机器方面获得的成功很少。这个挑战被广泛称为可扩展性的三难困境。

面对不可能三角,ScaDe能解决可扩展性?业内人士认为,比特币和以太坊等主流区块链目前的去中心化情况基本已足够。尽管去中心化不是一个很好量化的特性,但它主要是关于有多少不同的实体具有向可信任机器写入(或控制)信息,和从可信任机器读取(或访问)信息的实际能力。控制节点(矿工或区块生产者)由链本身直接补偿,以保持诚实。因此,尽管有价值数百亿美元的赏金和10年的时间,但主流区块链并没有受到攻击。

新区块链开发者的注意力主要集中在增加区块链的规模上,规模可被量化为每秒交易数(TPS)。

另一方面,由于希望使用和访问区块链的人越多,运行一个完整节点的成本就越高,所以访问节点(或完整节点)就会遭遇“公地悲剧(a tragedy of the commons)”。这限制了完整节点的数量,有时还会减少完整节点的数量(目前比特币完整节点是1万个,以太坊是7000个)。这个趋势一直是开发人员关注的主要问题,甚至成为了2017年比特币现金分叉发生的根本原因:因为比特币开发人员不想让终端用户更难运行比特币完整节点。

面对不可能三角,ScaDe能解决可扩展性?

连接到比特币和以太坊的完整节点总数量

尽管存在这样的担忧,但新区块链开发人员的注意力还是主要集中在增加区块链规模上,区块链的规模可被量化为每秒交易数量(TPS)。

创建ScaDe

正如前面所讨论的,许多区块链开发人员没有考虑到,增加TPS的同时会伴随着去中心化的权衡。无论共识算法可以多快地获得或实现更高效的数据结构,无法改变的事实是,直接访问区块链的用户必须重新进行所有计算才能访问可信任机器。这就是为什么自从区块链出现以来,我们一直被卡在权衡边缘的原因,在这种情况下,每个去中心化单元的可扩展性并没有得到改善。如果我们想要设计更好的可信任机器,我们就需要开始优化以实现一个更全面的目标。

ScaDe,即每个去中心化单元的可扩展性,并没有得到改善

我们提出了ScaDe(即每个去中心化单元的可扩展性),作为设计出更好区块链的新思维模型。虽然不是一个确定性的模型,但ScaDe可以在概念上构建为当前和未来区块链的权衡曲线。

面对不可能三角,ScaDe能解决可扩展性?

ScaDe图表上现有和未来区块链的近似或预估图

如果我们将图表集中在现有链的一个更小子集上,我们就可以确定TPS和完整节点数量,我们也确实可以在现实生活中看到这种关系。

面对不可能三角,ScaDe能解决可扩展性?

带有实时公有链真实数据的ScaDe图表

开发人员和企业家所追求的许多用例,都是需要在高吞吐量的基础上才能实现。但是,追求高吞吐量的同时,我们不能放弃区块链至关重要的特点——在没有中介的情况下实现可编程信任。如果我们回到必须信任有限的中介机构,那么去使用一个真正糟糕的计算机是没有意义的。只需使用云计算,这是更便宜的方式!

使用一台糟糕计算机不仅没有意义,而且我们还看到了项目进行去中心化权衡的不良结果,因为它们无法超越当前的ScaDe边界。EOS已将其大部分节点合并给了中国参与者。Libra面临着巨大的监管压力,因为所有节点都是已知的(甚至在启动之前就知道了)。区块链问题的实质是,增加应用程序(构建在区块链上)可用性和范围的唯一途径是找到超越当前ScaDe边界的方法。这是用户和开发人员应该用来对比区块链项目的指标,而不是TPS。

面对不可能三角,ScaDe能解决可扩展性?

那么,我们如何实现更高的ScaDe呢?

输入零知识证明(ZKP)

ZKP是产生证明的计算指令,该证明使所有人都可以轻松而廉价地验证计算是否正确。因此你无需再进行一次计算才去相信该计算结果,只要检查证明即可。ZKP以特定的方式应用于区块链(例如在Coda中),可以使得用户能够轻松地检查在他们访问区块链之前的计算。用户无需从第一个区块开始重新计算整个计算过程,只需验证一个简单的证明,就能够相信其他参与者都正确地计算了区块链的所有交易和规则。这使得运行访问节点的复杂性提高了1000倍。目前,用一台价值2000美元的台式电脑启动一个比特币节点的最快时间是6.5小时。使用Coda,一般智能手机只需花费几毫秒。

多亏了ZKP,我们无需重新计算所有交易,那么我们就可以增加ScaDe的数量级了。

请记住,我们还是无法超越ScaDe边界,因为无论我们如何增加TPS,我们都必须重新计算所有交易。多亏了ZKP,如果我们不再需要这么做,那么我们就可以增加ScaDe的数量级。

面对不可能三角,ScaDe能解决可扩展性?简洁区块链的假想ScaDe模型,以Coda的未来状态为例

虽然使用ZKP的当前状态在去中心化和TPS方面都可立即获得好处,但是确实受到了工程局限性的限制,比如计算证明的速度和数据在P2P gossip网络中传输的速度。幸运的是,ZKP为我们提供了一条持续增长ScaDe(从而增加TPS)的道路。ZKP(特别是SNARK及其变体)的计算进展以指数方式提高了证明速度和其他所需功能(例如可信任的设置)。在2019年,我们看到了新SNARK结构的数量与往年每年的总和一样多。我们还看到验证速度提高了好几倍,例如在SNARK挑战赛中,我们在O(1)Labs的速度提高了4倍。

面对不可能三角,ScaDe能解决可扩展性?

结论

区块链行业缺乏一个框架,让用户和开发人员能够准确、公平地比较不同的区块链本质——可信任机器。这些机器的主要功能是可编程信任,这是由它们的去中心化和无需许可来实现的。像比特币和以太坊这样受欢迎的区块链,要求用户和开发人员运行价值数千美元的设备或注册中介机构的服务。这阻止了从加密中获益最多的用户访问这些链,因为他们没有足够的资源,或者会受到这些中介的审查。如果我们继续以这种方式构建区块链,我们将牺牲信任机器的革命。相反,我们最终将只是复制我们现有的金融体系,为中央集权者设计一套新的理法而已。

面对不可能三角,ScaDe能解决可扩展性?我建议将ScaDe作为一种心智模型,推动行业在不进行去中心化权衡的情况下设计出更好的区块链。当我们观察正在运行或正在开发的区块链时,大多数区块链都被卡在了ScaDe的边界上。这迫使开发人员和用户做出权衡(数字黄金:比特币与监管支付:Libra)。

实现更好ScaDe的方法是设计出更高效的信任机器,使用户无需重新计算自创世区块以来的每个交易,即可直接访问该机器。通过使用ZKP将区块链的大小固定成一个很小的证明,可以获得一个更有效的设计和更好的ScaDe。在Coda上,我们已经为此努力了2年,并公开测试了6个月。我们的目标是在2020年夏天推出全球首个具有更好ScaDe的区块链。

本文来自投稿,不代表Odaily立场。如若转载请注明出处。

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