区块链扩容:平行链是更好的答案

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扩容一直是区块链社区讨论的热点话题,围绕如何在”更短的时间完成更多的交易”提出了包括增加区块大小、闪电网络(雷电网络)、分片、分层网络、平行链等数十种解决方案。千万不要被这些陌生的名词吓倒,其实这些方案都是在解决同一个问题:住在I区的小A如何快速的将10吨面粉运给住在河对岸II区的小B。

问:小A和小B住在河的两侧,唯一的交通方式是一座窄桥,桥上每次只能通行一辆汽车,这辆车每次只能运1吨面粉,小A如何尽快的把10吨面粉送到河对岸呢?

原始问题

增加区块大小

小A首先想到的方案就是增加汽车运力。换一辆每次能运2吨面粉的货车,就只需要运5次了。如果直接换一辆能运10吨面粉的货车,就只需要1次了。但是,小A如果要运100吨面粉呢?这个方案最直接也最容易实现,但是并不能从根本上解决问题,因为单辆汽车的运力是有隐性上限的,也就是说单个区块的容量是有上限的,这就是区块链增加区块大小的方案。

面粉对应transaction,货车对应block,桥对应blockchain。我们可以通过增加区块大小,让每个区块容纳更多的tx,使得单位时间内能够执行更多的tx,以达到更快的交易速度。1M区块大小不够就扩展到2M,还不够就8M。这个方案的瓶颈和小A遇到的瓶颈是一样的:因为区块大小不能无限扩大。

增加区块大小

闪电网络

小A现在知道了另一个消息:河对岸的II区的小C每天要往I区运送8吨面粉给住在I区的小D。小A又想到了一个好办法,去和小C协商:小A给同侧的小D 8吨面粉,小C给同侧的小B 8吨面粉,小A只需要运两吨面粉给小B就行了。这就是比特币的闪电网络方案,通过离链交易减轻主链的压力。以太坊也在实现类似的机制,取名雷电网络。

闪电网络

更加学术化的解释是:大部分交易通过已经建立的链下通道进行,只在需要进行最终验证时才使用链上交易。看起来似乎很美好,这个方案的问题在于:小A怎么知道小C要给小D运面粉呢?如果小C只有一天需要将8吨面粉运送给小D呢?小A和小C协商也是需要成本的。如果小C每天都要运8吨面粉运给小D,和小A协商成本肯定更低。但是,如果小C只有一天需要将8吨面粉运给小D,则直接通过窄桥运给小D的成本可能比协商成本更低。这就是闪电网络方案面临的路径发现成本、通道建立成本问题。

因为存在路径发现成本和通道建立成本,所以大家会更倾向于使用已有的路径和通道,这又会引发第三个问题:中心化。小A不仅可以和小C协商也可以跟EFG协商,以后大家只要想到运面粉,都会去找小A。小A控制了整个面粉运输市场。

分片

为了保证面粉质量,我们在桥头设置了检查站,所有检查员都会对每一袋面粉进行仔细检查,只有大家都认为这面粉是合格的,才能运输。也就是说一袋面粉在运输上花费的总时间=桥上运输时间+检查时间。因为所有检查员都要去检查每一袋面粉是否合格,所以这个时间会很长。小A提出了一个建议,把所有检查员分成10组,每一组检查1/10的面粉,这样效率就提高了10倍。如果这个效果不错,可以进一步分成100组,1000组,甚至更多。这个方案的问题在于:不够安全。

以前小A如果想运输劣质面粉需要买通所有人,现在她只需要买通1/10的人,甚至1/1000的人,就可以通过特定的检查员的验收,将劣质面粉运上桥。分片方案一直着力于解决如何在分片之后仍然能达到分片之前相近的安全性。至于具体如何解决,开发团队表示:让我们再想想。参照以太坊的shading方案。

分层网络

小A终于想明白了:根本问题还是路太窄。继续修路!路多了运力问题就解决了。既然桥已经有了,最直接简单的方案就是:在现有的桥上再搭建一层,修一条新路出来。这就是区块链的分层网络方案:在已有网络上搭建一层或者多层新网络,比如以太坊的plasma方案。

新的问题又出现了,对窄桥的依赖太严重。所有新的路都是以窄桥为地基,一层层盖上去的,本质上还是只有一座桥。如果窄桥出问题了,大家一起玩完。在以太坊的实现中多层网络本质上只是一个新的智能合约。

分层网络

平行链

小A突然想到:为什么不再修一座桥呢!为什么不呢,因为修建并且运营一座桥实在是太难了。小A自己并不会修桥,他只是一个运面粉的。这时候建筑公司G出现了,告诉小A:我们提供可定制免费修桥服务。小A使用了G提供的服务,桥也很快的修建了起来。

可是没有安检员,这条路上的面粉都是没有经过检验的,大家信不过通过这座桥运输的面粉。G说:我们另外几座桥的安检人员可以和你共享,每一个安检员可以同时在几十座桥上工作,不过安检员是要收费的。小A爽快的答应了,桥也很快正常运营了起来。

平行链

小A又想,如果桥和桥之间可互通,我就可以在各个桥上运输了,岂不是更好。G告诉小A:两座桥之间签署一个互通协议就可以了。不过因为跨桥运输比较复杂,所以跨桥的车辆需要经过一次特殊的安检,并且花费的时间比在单桥上运输时间更长,缴纳的费用也更多。

小A想了想:有实际需求的时候再跨桥吧,大多数时候我就老老实实在自己的桥上运输吧。平行链方案本质上就是创建一条新的区块链,旧链和新链之间共享验证者,新旧链之间通过一个价值互换协议VEP进行价值互换。

平行链方案在实现难度和可扩展性方面拥有巨大的优势,比起其他已经出现的方案而言,更能从根本上解决区块链的扩容问题,缓解区块链拥堵。

为了大家更形象的理解,在本文中使用了“比喻案例”的诠释手法,关于平行链该项技术的实现细节未能做过多的讨论。如果你想要更深入的了解平行链技术实现细节,请关注我们的官网,我们将在近期公布最新版白皮书。

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