BTA｜杨耀东：打造一个支持百万级TPS的去中心化网络

时至今日，分布式技术和区块链概念已经为很多人所接受，同时也产生了巨大的商业和社会影响力。然而，比特币也存在功能性单一、隐私保护缺失、吞吐量不足等问题。针对比特币的这些问题，杨耀东老师为我们分享了“如何开发一个更好的基础设施来支持区块链上的应用”——打造一个支持百万级TPS的去中心网络。与单条区块链、闪电网络不同的是，夸克链提出了双层网络和跨片交易，使得在安全性、去中心化、吞吐量上都有了一定的提高，同时还将为用户创建一个操作简单的智能钱包。

杨耀东：

夸克链基金会科学家和核心团队成员，技术孵化器Demo++的创始人之一，也是西安交通大学的研究员。他从浙江大学获得学士学位，在美国弗吉尼亚理工大学获得博士学位。目前，杨博士已经发表了超过50篇研究论文（H指数为14），担任《自然》出版社旗下《科学报告ScientificReports》的编委。他参与了多个由中国自然科学基金、科技部和教育部支持的科研项目。

以下为杨耀东的演讲实录：

我今天的报告是和大家讨论“如何打造一个更好的基础设施来支持区块链上的应用”。在比特币的创新驱动下，时至今日，分布式技术和区块链概念已经为很多人所接受，同时也产生了巨大的商业和社会影响力。从技术上来说，比特币作为科技上的初步实验，本身还存在很多问题。我相信没有一个人期待比特币在诞生之初就是完美的。

比特币存在的三大问题

在这里，我仅仅列出三个人们比较关注的问题，很多团队已经做了大量尝试来解决这些问题：功能单一问题，隐私保护缺失问题，吞吐量不足问题。

一、功能单一问题。比特币本身功能比较单一，只是一个现金传递的工具，人们的经济活动需要更多的功能。现阶段一个可用的解决方案就是以太坊。以太坊这样的项目不仅可以提供现金功能，还有丰富的智能合约满足更多的交易场景。

二、隐私保护缺失问题。虽然比特币的钱包地址本身只是一段代码，但实际操作中，是有可能把这个钱包的主人给找出来的。很多国外执法部门实际上就是通过对比特币交易的追踪，最终把贩毒和走私网络给揪出来。匿名性不足是一个问题，为了把区块链技术应用到对隐私要求比较高的商业实践中，诞生了许多匿名区块链项目，比如：门罗币。

三、吞吐量不足问题。这已经是比特币中非常非常严重的一个问题，关注这个行业的同仁都知道，去年比特币分叉后诞生了比特币现金，使得社区分裂，其源头就是为了解决吞吐量问题。

这三个问题的三个代表性的解决方案，都是为了使得比特币在某些方面变得更加完美。解决方案本身的价值，可以从他们的市值中反映出来，来获得大家的认可。比如说，因为部分解决了比特币功能单一的问题，以太坊成为排名第二的加密货币。

今天，我们重点讨论刚才提到的第三个问题：吞吐量不足。很多嘉宾在前面介绍过，以太坊作为基础设施，它可以达到10TPS。但这远远不够，我们生活中VISA、alipay（支付宝）已经达到了万级TPS的处理能力。这表明，如果想支撑起一个全球性交易网络，需要相当高的交易处理能力。

但实际上区块链产品还需要运行包括智能合约在内其他的功能，它的交易处理量会远远大于前面的数字。去年DApp的兴起，使得以太坊交易费用高起和网络堵塞，以太坊的开发团队已经发现这是一个很大的问题。他们计划用两到三年时间，对以太坊进行升级，计划在未来达到1000TPS的处理能力。

打造一个支持百万级别TPS的去中心化网络

谈到性能，这样的“不可能三角”在很多场合都会被展示，要同时做到去中心化、安全和高通量非常困难。但我们做技术的，就是要在所谓的不可能中寻找可能性，发现最优解。如果我们只是追寻去中心化和安全性，比特币网络已经证明了这是可行的，其本身多年稳定的运行已经是一个非常好的例子；如果我们不需要去中心化，谷歌BigTable为代表的产品同时能具有安全性和高通量，也已经提供了很好的方案。那么，如何才能做到同时具有去中心化和高通量呢？我们有一些自己的思考。当然，安全性是最基本的，如果系统本身是不安全的，那一切就无从谈起。

首先，我想说这样一个基本观点：生活中的应用场景非常多，并不是只能有一种解决方案，这其实给我们整个区块链的从业者带来很多的机会。如果你只是需要一个非常快速的交易平台，而不需要担心中心化的问题，你完全可以选择现有的成熟的解决方案；如果你的需求位于上面三角形的中间区域，则需要在这个三角中寻求一个最优点。根据你的需求达到去中心化、安全性、高处理能力三者之间的一个平衡。我们正在思考的解决方案就是要达到这一点，根据需求场景，在“不可能”中达成平衡的艺术。

我们的最终目标就是打造一个支持百万级别TPS峰值处理能力的去中心化网络。这个TPS数据不是为了好看，因为支付宝处理业务量已经为十万级TPS，目前一个中型网络网络的访问处理能力需要在20万级别TPS，百万级TPS也只是为了满足正常的商业需要而已。

整体的系统的构架是这样的：我们有两层的区块链结构，有一个叫做根链，另一个是分片区。分片这个概念，在数据库里很常见。可以这样理解，我们把原来整个区块链网络切割成了一个一个的片。这个网络中，分片是弹性的，根据实际需要，还可以对其做二次或三次再分片。根链有两个主要的角色，一个是提升分片安全性，因为具体的一笔交易已经在分片上被确认了，在根链还将确认分片的区块信息，这样一来为这个交易提供了双重的安全保证。根链的第二个角色是实现跨片的交易。

为什么我们样的技术可以保证比较好的去中心化程度？因为我们有更多的分片。比特币世界里挖矿集中化的问题，降低了网络的去中心化程度。在我们这里挖矿，一个矿工，一次只能在一个片上工作，这样一来，众多的分片为矿工提供了更多的获得奖励的机会。如果你是一个独立的矿工，你可以选择到一个没有一个大矿主的分片上去挖矿，不加入矿池，同样有机会获得奖励。通过这样的思路，我们可以进一步达到去中心化。众多的分片会分散算力，为了提高安全性，分片上层还有根链，能够提供更多的算力来保护交易。

公链的三个主要特征

我们的公链将有三个主要特征：去中心化横向扩容，跨链交易和简单账号管理。因为系统中有很多分片，用户可能在很多分片上都会有钱包地址，我们希望能设计一个这样的智能钱包：用户不需要了解太多的底层细节，就可以在我们的链上做交易，并且操作过程非常简单，就像使用比特币钱包一样简单，而智能钱包则自行处理底层的细节问题。

大家可能会问：那么高的TPS，账本会变得非常重，对计算机的处理能力要求会很高，这个时候该怎么办？我们做过测算，达到一百万TPS的处理能力时，一个拥有全网账本的节点需要很强的处理能力，这样的节点通常会很贵。为此，我们将创造了一种叫做横向扩容的方法来解决这一问题。希望能通过一些彼此之间能够建立信任的普通电脑的合作，实现一个“贵”的节点的全部功能。

跟你合作这些普通电脑各自拥有部分信息，合在一起以后，将会提供全网的所有信息，这将能够很好的支持跨片交易。而普通人能够负担的电脑也保证了网络的去中心化程度。

我们目前集中力量解决吞吐量的问题。简单的一句分片，下面有非常多的细节要处理，有很多全新的尝试。我们不但要实现网络分片还要实现状态分片，绝不是简简单单就能做好。目前，我们就希望把分片这个事做好，支持更高的TPS。一旦我们分片做好了，我们整个网络将能非常好的支撑开发者在上面开发应用，不用担心很高的交易手续费和网络堵塞。

未来要做的三个重要升级

如果从项目的长期规划来看，未来我们会有几个重要的升级。我们认为至少需要做以下三个重要升级，并计划在今后三年完成。

一、对以智能合约的支持。几个月后，在我们开放测试网上线时就会提供智能合约，后面我们会对智能合约进行进一步升级，增加和外部数据交互的能力。目前的智能合约都是数据闭环，但一个商用的系统需要和生活实体交互，肯定需要外部数据的导入。提升智能合约适用性，将是我们的一个主要升级。

二、链上和链下交易能力。当我们谈论分片技术时，并不认为别的技术不好，这个世界不是非黑即白的二元选择。“不可能三角”中的优秀方案是根据能否满足特定的商务应用来确定的，根据特定的应用场景，选择适合的技术就好。未来，我们也会考虑加入类似于闪电网络的链外交易处理方案，满足更多元的需求。

三、用户的隐私问题。我们会在这方面做些工作，确实来保障用户的隐私。

应用场景和开发路线

作为底层技术，我们能支撑各种各样的应用。但结合我们最大的特点：高吞吐性能，我们特别欢迎那些需要高TPS处理能力的应用，比如：

• 小额快速交易，比如说去逛小吃街、超市购物。
• 高频交易场景，比如去中心化的交易所，这将是我们的很大机会。
• 下一代互联网广告，利用区块链打造去中心化的广告发放系统，将会非常有价值。
• 物联网交易。
• 游戏交易场景。

我们相信，具有高TPS处理能力的技术将会为这些应用提供更多的价值。

上图是我们的开发路线图，我们在2月份已经完成了白皮书。现在是三月底，我们已经有测试网和测试钱包了，第三季度将会推出0.2版的测试网络。这个版本中将支持智能合约，同时处理能力达到万级TPS。届时会开放给开发者在上面开发自己的应用。我们希望今年能主网上线。下面是我们部分团队成员的信息，这是一支来自于硅谷的团队，有深厚的技术积累。

如果大家对我们的方案感兴趣，想查看包括这个项目白皮书在内的更多信息，请访问我们的网址www.quarkchain.io，欢迎大家关注！