区块链行业技术引卷之二：扩容，解决区块链的阿克琉斯之踵

《区块链行业技术引卷之二：扩容，解决区块链的阿克琉斯之踵》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、目录1拥堵的区块链42公链在安全与效率上的折衷是拥堵的原因53扩容分歧74现有扩容方案74.1链上扩容94.2链下扩容124.3第0层扩容175总结17图表目录图表1：BTC未确认交易数4图表2：2017年12月云养猫导致以太坊网络拥堵4图表3：ETH区块GasLimit6图表4：区块链可扩展性不可能三角7图表5：区块链技术逻辑架构8图表6：三类扩容方案对比9图表7：链上扩容方案9图表8：BCH与BTC日处理交易数对比10图表9：隔离见证方案示意图10图表10：DAG网状结构与区块链链式结构对比11图表11：分片方案示

2、意图11图表12：链下扩容方案13图表13：状态通道方案示意图13图表14：Plasma树状结构区块链14图表15：Cosmos枢纽和分区15图表16：Tendermint共识机制15图表17：Truebit链下计算示意图16图表18：bloXroute逻辑架构17图表19：主要扩容方案对比181拥堵的区块链BTC：最高超过19万笔未确认交易。BTC区块大小的上限为1MB，每10分钟左右产生一个区块，从历史数据来看，BTC的TPS（TransactionsPerSecond，每秒事务处理量）约为3.5（理论TPS可达到

3、7）。交易笔数较少时不存在拥堵问题，但是随着交易笔数的飙升，拥堵日益显现，根据Blockchain.info数据，BTC未确认交易数最高时在19万笔左右。图表1：BTC未确认交易数未确认交易数200,000180,000160,000140,000120,000100,00080,00060,00040,00020,0000资料来源：Blockchain.info，通证通研究院ETH：一只猫造成的拥堵。2017年11月底，虚拟养猫游戏CryptoKitties（又名“云养猫”）上线后过于火爆导致ETH网络出现严重拥堵，

4、2017年12月5日ETH未处理交易达到峰值19800笔。图表2：2017年12月云养猫导致以太坊网络拥堵资料来源：Etherscan.io，通证通研究院伴随拥堵产生的另一个问题是交易费用的上升。交易签名后广播，并进入矿工节点的待打包交易池，矿工会优先服务手续费开价更高的交易，当出现拥堵时手续费较低的交易很难被及时确认。以BTC为例，拥堵时单笔交易手续费按法币为标准的话最高达到约162美元（数据来源：Blockchain.info）。拥堵的区块链网络俨然已经无法满足基本的交易需求，扩容势在必行，那么什么是扩容？区块链领

5、域的扩容即围绕如何在“更短的时间实现更多的交易”，增强区块链的可扩展性（scalability）。可扩展性是指系统、网络或进程处理越来越多的工作的能力，或者适应增长而扩展的潜力。2公链在安全与效率上的折衷是拥堵的原因BTC的区块体积大小约为1MB，出块间隔平均约为10分钟。但为什么是1MB和10分钟呢？为什么不能增加区块大小或减短出块间隔时间以加快交易确认的效率呢？（1）由于每笔交易需要网络中每个全节点处理和验证，区块体积越大扩散至整个网络所需的时间越多。根据Decker和Wattenhofer2013年关于BTC的研

6、究表明，区块的平均扩散时间约等于2秒加0.08秒/KB，即1MB大小的区块扩散需要约84秒，Rizun在2015年关于BTC的研究表明，随着交易扩散技术的提升，扩散时间降低到约0.008秒/KB，即1MB大小的区块扩散需要约10秒。随着节点数的增长区块链将变得更加缓慢，因为节点间的延迟会随着新增节点数呈对数性增长。（2）区块体积变大和出块间隔过短将不可避免地导致孤块率上升。出块间隔主要由验证时间、传播时间和共识时间构成（就BTC而言即为PoW时间），验证和传播时间之和远小于10分钟。根据公式[1]P(????)=1−?

7、−?90?ℎ??分叉概率的影响因素包括?90?ℎ和??，其中?90?ℎ为新区块传播到90%以上节点用时，??为出块间隔。在其他条件不变的情况下，分叉概率随?90?ℎ增加而上升，随??降低而上升。增大区块体积会增加传播用时（即?90?ℎ增加），这与缩短出块间隔（即??降低）都意味着分叉概率上升，即一个新的区块尚未充分全网广播之前，就有另一个矿工在同样的高度产出了另一个新的区块的可能性增加，导致网络孤块率的上升。（1）区块体积变大和出块间隔缩短带来的运营成本上升可能导致算力中心化。区块体积过大带来的另一个问题是全节点运营

8、成本增长。区块大小按照1MB计算，则一年大约需要50GB存储空间，其他条件不变的情况下，区块变大导致存储成本和带宽成本都将上升。成本上涨和孤块率的增加进一步可能将导致普通计算机用户甚至小矿池退出，进而算力呈中心化趋势以及安全性减弱。BTC的选择是网络效率和网络安全之间的折衷。虽然1MB和10分钟并不一定是最佳选择，通过缩短出块间隔