技术、经济双管齐下！如何让慢吞吞的区块链赶上网速？

区块链自诞生之初就常被拿来和互联网比较，但为什么我们还是觉得区块链 “很小众”、不如互联网那么大众呢？其中很重要的一个原因就是区块链可扩容性需要极大提升。

到底怎么提升呢？

Celer Network 或许可以给我们一些思路。Celer Network 致力于以链下扩容技术为基石构建匹配互联网规模的区块链应用入口平台，让所有人都能够在该平台上便捷快速地开发、运行与使用高性能的分布式区块链应用。

对了，Celer Network 团队成员的学术背景和工作经历可谓极其豪华。

真•学霸

在今年 6 月 26、27 号两天的中美区块链大会 Blockchain Connect Conference（圣何塞站）上，Celer Network 的共同创始人之一董沫博士进行了精彩分享。

今天，小探就来和大家分享一下董沫博士发言的部分内容。

价值的传递速度，比信息传递速度慢了 100 年

我们如何定义经济行为呢？董沫博士把它定义为：信息的传递、价值的传递、以及两者之间的转化。

在过去的 100 年里，我们从鸿雁传书逐渐变成了今天的电子邮件。

那么，传递价值的方式在过去 100 年里有多少改变呢？

...没什么变化。

为什么会发生这样的情况？这是因为，价值传输与信息传输有一点关键的不同：价值传输需要信任作为保证，而技术发展很长一段时间内并没能解决信任的问题。

现在我们有了区块链技术。区块链带来了在具有任意合同逻辑的不互信方之间，进行价值转移的可能性，不论是比特币这种所谓 “第一代区块链”，还是时下热门的 EOS。

我们刚才说到 “价值传输需要信任作为保证”，而区块链技术使得 “信任” 不再成为发生价值传输的必要条件。

但 “价值传输” 的问题还没解决，只是瓶颈从 “信任” 变成了交易速度。

区块链技术前景描绘得再美好，如果没有交易速度作为支撑、无法运行快速的执行复杂的智能合约逻辑，这些前景根本就无法实现。

因此，可拓展性就成了重中之重。

每秒确认 5 亿笔交易！不可能的任务？

不少人认为区块链的可扩展性应达到与全球支付系统 Visa 相同的水平，而董沫博士认为，这种想法是完全错误的。他认为，“我们应该让价值转移与互联网信息传递的规模相匹配，使价值转移像信息传递一样流畅、迅速。”

现在信息传输的速度有多快？这么说吧，我们每秒发送 200 万封电子邮件、6.5 万个谷歌搜索、在 YouTube 上有 72 万条视频播放... 互联网 1 秒内就能传送 53TB 数据，但同样时间内，区块链却只能处理 8-10 个交易。

这个速度显然是太慢了。

在区块链上，如果我们做一个“匹配估算”，假设区块链的价值转换能达到和信息一样的大规模和实时性，我们粗略的估计每1000KB数据的传输，就会发生一笔区块链的逻辑事务（transaction）。这里要注意的是，这个估算不是说要把数据传输放在区块链上，而是去按比例估算一种量级。按此计算，为了使价值传递的速度和现在互联网上信息传递的速度相媲美，区块链每秒交易量应该有 … 5 亿笔！

每秒确认 5 亿笔交易，听起来像是 “不可能的任务”。但董沫博士指出，这个目标实际上是有可能实现的。

我们来看一下区块链的结构。最底下是区块链的底层部分，而 dApp 则是在面向用户的顶层，并使用区块链技术作为后端数据库。下图黑点处，就是我们现在所处的位置：

但正如这张图显示的，如果我们只关注 on-chain limit 的话，发展到一定程度后，我们的收益是递减的。说到底，区块链仍然是关于 “如何取得共识” 的一致性算法，而一致性算法不可避免地会遇到效率问题。如果说区块链技术大规模普及所要求的速度是最上面那根绿色的线的话，以现有方式的可扩展性是无法达到的。

大家一直把区块链对标互联网，那互联网为什么可扩展呢？

因为当我们使用互联网时，我们不需要像区块链那样、和互联网上的所有用户达成共识。

同样，我们也可以问自己：我们怎样才能将区块链中的大部分交易带到区块链之外，同时仍然保持整个区块链系统的安全呢？

这就是链下扩展平台想解决的问题。如果能解决这个问题，很可能成为区块链技术能真正地被我们大规模运用的起点。

那么，链下扩展是怎么工作的呢？

大家在讨论 “链下交易” 时，Side chain、state channel 等常被提及。这些方式的交易速度很快，这是因为在这些情况下，无需网络内所有人都达成共识、只要参与交易的几方达成共识即可。虽然无需全网达成共识，其安全性却并不会被牺牲：在链下如果有争议发生，链上的协议会帮助裁决。

技术突破+经济模式

Celer Network 想要在技术层面和经济模式两方面共同下手，解决这个问题。

我们首先来说说技术层面。

受互联网的分层抽象原则启发，Celer Network 提出 “cStack” 的设计构想。cStack 将复杂的离线操作网络分解为分层模块，这种架构降低了系统设计、开发和维护的难度，而且使该平台每个单独部分都能够快速迭代。

Celer 通过提出新的广义状态通道模型，实现链下智能合约与相应的条件状态转换，实现区块链应用运行的快速、低成本、灵活和可扩展性等特性。Celer Network 的广义状态通道实现了一套标准，能够使得各类区块链应用都方便地接入和符合这样的标准来进行开发。

Celer 中最基本的状态通道是多人双向广义状态通道连接（Generalized Payment Channel GPC ）。和传统的闪电网络一样，需要将存款存入主链来创建通道，但不同的是，Celer Network 定义了一套广义状态通道模型标准。该模型在数学上定义了通道状态，状态证明，条件状态转换，条件状态转换群的抽象模型，通过这些抽象模型，提供来链下智能合约与任意状态转换的基础。

从底层往上，cSstack 包括以下几个部分：

cChannel：广义状态通道和侧链套件

cRoute：最佳价值传输路由

cOS：链下应用程序的开发框架和运行环境

处在底层的 cChannel 是离底层区块链最近的一层，直接与基础公链产生交互，并且在有限的时间内，为有共同抽象结构的上层提供实时状态更新。cChannel 使用状态通道和侧链技术，这些都是链下扩展平台的基石。

该层使 Celer Network 拥有极强的普适性，可以广泛兼容主流区块链，并使不同区块链之间的相互操作成为可能。无论底层区块链是什么，Celer Network 都能够成为该区块链的一部分、并在这些平台上实现可扩展性。

我们知道共识算法是区块链的性能引擎（performance engine），那么对于链下平台来说，其性能引擎又是什么呢？

这就要说到 cChannel 上一层的 cRoute。 cRoute 是具有透明通道平衡的、可证明最佳状态（例如小额支付）的路由。 与目前市面上最先进的解决方案相比，cRoute 的吞吐量提高了 20 倍。

此外cRoute 还有透明通道平衡、完全分散、故障弹性、隐私保护等优点。

现在，我们回到刚才分享的那张图：

我们看到，在 cRoute 这个性能引擎上一层的，是 Celer Network 的应用引擎 cOS。

链上的 dApp 只是一个简单的连接区块链的前端，链下 dApp 虽然具有高扩展性的巨大潜力，但要将它构建在传统的公链上并不容易。

因此，Celer Network 引入了 cOS，一个能让每个人都可以轻松开发、操作和与可扩展的链下 dApp 进行交互的开发框架，从而减少了由于链下扩展带来的额外的复杂性。Celer Network 让开发人员更专注于应用程序逻辑的开发，并创建最佳的用户体验，而繁重的工作则由 cOS 来处理，比如找出任意链下状态和链上状态的依赖关系、处理链下状态的跟踪，存储和争议、中间节点故障容错和透明、支持多个并发的链下 dApp、统一实施到不同的链上和链外模块等。

完美解决方案？

当然，提升可扩展性就意味着要对其他性能做出取舍。Celer Network 需要在 “可扩展性” 和 “流动性”、以及 “可扩展性” 和 “可用性” 这两对限制条件中做出取舍。

首先是对 “可扩展性” 和 “流动性” 的权衡。

链下操作网络首先通过牺牲链上网络的流动性来获得可扩展，这对潜在的链下服务提供商来说尤其具有挑战性，因为需要大量的流动性来提供高效的状态通道服务。但持有加密资产的大户可能没兴趣、或没技术能力去构建一个状态通道服务的基础设施。而有能力构建可靠的可扩展的状态通道服务能力的人，又通常没有如此大量的资金存放在通道或欺诈证明债券合约中。这种不匹配给大量链下操作网络运用的技术发展带来了巨大障碍。

需要说明的是，这种抉择并不是 Celer Network 一家要面临的问题。任何链下扩展解决方案 —— 不论是侧链还是链下 —— 都不得不在可扩展性和流动性之间进行权衡。

除了可扩展性和流动性，Celer Network 还需要权衡 “可扩展性” 和 “可用性”。

什么叫可用性呢？某种意义上说，区块链并不总能达到全球共识，因此用户总是有责任维护、跟踪和存储区块链上相关内容，甚至可能需要在有分歧时自己解决。这就对用户的可用性提出了要求。

为了两个元素都满足，Celer Network 提出了一个概念：加密货币经济原理（Crypto Economics Principles），简称为 cEconomy。它把通证模式、或激励模式作为系统的一部分，以此为系统带来额外价值。

我们刚才介绍了 Celer Network 在技术上的创新，而 cEconomy 则是其在经济模式上的创新。

简单说来，cEconomy 由三部分组成：

流动性承诺证明

流动性支持拍卖

状态守护网络

这三个紧密耦合的组件、再加上Celer Network 的协议 token（CELR) 组成了 cEconomy，提供网络效应、稳定的流动性和高可用性，以及不可或缺的价值。

结语

Celer Network 将具有合同逻辑（contractual logic）的、没有信任关系的双方间的非常缓慢的区块链事务速度大大提升，使得没有信任关系的两方能在有合同逻辑的约束下，高速实现价值传输。

此外，Celer Network 还能连接到不同的区块链，也可作为所有希望使用 Celer Network 提供的可扩展性平台、或可扩展性功能的区块链应用程序的入口。通过这些方式，Celer Network 希望最终为区块链带来互联网规模。

区块链发展到今天，可扩展性的确是其发展的瓶颈，因此也一直是社区内常被讨论的热门话题。看了 Celer Network 的思路，你对可扩展性有哪些想法呢？欢迎留言讨论！