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4个主流可扩展性解决方案的进展

2020-03-20 09:00:00

可扩展性是区块链落地应用的基础。

编者按:本文来自万向区块链(ID:gh_1b8639a25429),Odaily星球日报经授权转载。

区块链发展到现在,大家都在问什么时候能够实现大规模落地应用?尤其在国内将区块链技术提升到战略高度的今天,这一问题显得尤为紧迫。

但区块链技术在“出圈”路上,有一个极大的技术障碍,那就是“可扩展性”。德勤的一份报告也指出,“对于依赖高性能的遗留交易处理系统的企业来说,区块链缓慢的交易速度是一个主要问题。”

就安全性和去中心化而言,区块链无可挑剔,但在可扩展性方面(以TPS衡量)则完全不能和现有的中心化系统同日而语。比特币区块链在实现4 TPS时,VISA则是1700 TPS。支持智能合约和DApp的以太坊,平均每天约10 TPS,最多可达到20 TPS。

2017年,区块链游戏“Cryptokitty”事件,给以太坊PoW(工作证明)共识算法的局限性敲响了警钟,也让业内人员意识到我们在技术性能上的缺陷。但好在这使区块链开发人员提高了对区块链可扩展性的关注,并为此提出了很多解决方案。

这些方案有进展了吗?让我们来看看其中几个主要解决方案的最新进展。

以太坊2.0

Ethereum2.0,一般被称为以太坊的宁静(Serenity)版本,它是独立于Ethereum1.0进行开发的一条链。并且官方说Ethereum2.0在3-5年内不会在功能上取代Ethereum1.0。

Ethereum2.0中最重要的一个升级就是可扩展性的升级,包括Sharding(分片),以及转向POS共识。

Sharding是一种在中心化数据库中使用的流行技术,在中心化数据库中,整个数据集被分割成很多小的碎片。在区块链网络中,分片是用来将交易分解成一个个小分片,并分布式存储在整个网络中,这样每个节点就不必下载和保存整个区块链状态。通过并行化,分片可以显著提高交易处理速度。

根据以太坊披露的信息,Ethereum 2.0第一阶段的部署日期现在定为2020年7月。

链下状态通道

在Sharding流行之前,开发人员的理念是“修补”链下状态通道。状态通道是网络参与者之间的双向通信通道,使他们能够在区块链外进行交易,然后将交易的最终状态广播给区块链。

由于所有中间交易都发生在链外,并且只有最终状态在区块链上得到验证,因此状态通道能够指数级地减少交易时间。

比特币的闪电(Lightning)网络、以太坊的Raiden和Celer网络都使用了该方法。

DAG

DAG(有向无环图)是另一个在区块链开发者中很受欢迎的可扩展性解决方案。"有向"指的是有方向,准确的说应该是同一个方向,"无环"则指够不成闭环。在DAG中,没有区块的概念,他的组成单元是一笔笔的交易,每个单元记录的是单个用户的交易,这样就省去了打包出块的时间。验证手段则依赖于后一笔交易对前一笔交易的验证,换句话说,你要想进行一笔交易,就必须要验证前面的交易,具体验证几个交易,根据不同的规则来进行。这种验证手段,使得DAG可以异步并发的写入很多交易,并最终构成一种拓扑的树状结构,能够极大地提高扩展性。

与传统的区块链相比,DAG网络中没有交易区块,单个交易彼此间互相验证。所以理论上,交易量越大,DAG验证速度就越快。

COTI发布了MultiDAG协议,并将其集成到它的主网节点中,这是第一个基于DAG的协议。

闪电网络

闪电网络是比特币区块链上一个超级快的支付层,允许用户快速并且低成本地进行交易,在过去几个月里也取得了重大进展。在2019年第四季度,Layer-2上的规模达到了10000个节点。

比特币的区块链机制提供了很好的可信保障,但是很慢。从另一角度考虑,对于大量的小额交易来说,是否真的需要这么高的可信性?闪电网络的思路十分简单:将大量交易放到比特币区块链之外进行,通过智能合约来完善链下的交易渠道。

闪电网络的核心概念有两个:RSMC(Recoverable Sequence Maturity Contract)和 HTLC(Hashed Timelock Contract)。

RSMC类似准备金机制,先假定交易双方之间存在一个“微支付通道”(资金池)。双方都预存一部分资金到“微支付通道”里,之后每次交易,就对交易后的资金分配方案进行共同确认,同时签字作废旧的版本。当需要提现时,将最终交易结果写到区块链网络中,被最终确认。也就是说,只有在提现时候才需要通过区块链。任何一个版本的方案都需要经过双方的签名认证才合法。任何一方在任何时候都可以提出提现,提现需要提供一个双方都签名过的资金分配方案。

微支付通道是通过HTLC来实现的。这个其实就是限时转账,理解起来也很简单,通过智能合约,双方约定转账方先冻结一笔钱,并提供一个哈希值,如果在一定时间内有人能提出一个字符串,使得它哈希后的值跟已知值匹配(实际上意味着转账方授权了接收方来提现),则这笔钱转给接收方。

解决可扩展性只是区块链广泛应用的基础,而可扩展性方案的进展,也让区块链的大规模应用越来越成为现实。

万向区块链一直以来都在不遗余力地推动区块链的落地应用,目前已有多个领域的项目落地,并取得了不错的进展:

供应链金融:再创新高!万向区块链供应链金融服务平台上发生的融资金额突破2.5亿!

汽车整车物流供应链:多家企业通过“运链盟”融资超千万人民币

慈善信托:每1分钱都可以被追踪!万向区块链用技术助力“抗疫”

本文参考资料:

以太坊2.0:【万向区块链研究团队出品】从Devcon5大会看以太坊和区块链生态发展(上)

DAG

闪电网络

BlockchainScalability Solutions [An Overview]

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