今日链见：区块链扩容的不同技术方案

今日链见，和大家谈谈区块链扩容的不同技术方案。

以太坊是最大的工程化的区块链“计算机”。它同时做到了数字资产交易和合约的上链。但由于数字资产交易记账和各类智能合约应用的性能要求不同，经常性的出现了“道窄车多”的问题。扩容就成了当前基础公链技术的主要拓展方向，扩块、共识算法创新、分片和分层是主要的四种解决方案。

扩块是一种作法，比如比特黄金，针对比特币2M大小的块扩展到8M。但对公链全网共识来说，块可扩展的容量是有限的，同时这意味着每个节点更大的工作量，对单个节点的性能要求更强，某种程度上它可能带来矿机生产和运营的更加专业化和集中化。

共识算法创新，是一种解决方案，从POW到POS、甚至DPOS，牺牲掉去中心化的公平性，来换取效率的提升，比如EOS共识算法变成了DPOS，选举出21个超级节点来做共识，效率自然很大提升。以太坊也试图进行新版本Casper分叉，切换到POS的共识算法。而且，Vitalik认为，POS是分片的前提。

分片是Vitalik重点推进的以太坊扩容方案。分片是在以太坊的基础级协议中实现的，一个区块链网络被分割成不同的片，比如100个，每一个片都可以独立处理交易。相当于建立了100个子链，帐户交易信息都是储存在子链上的，不同分片处理不同的区块和交易。作为验证节点要干两件事，一是验证主链上的区块，二是验证分片上的区块。区块可能被分配到100甚至更多的分片中，交易也是分开到不同分片的，由不同的验证者来验证不同的区块和交易。但需要某种机制来知道每个节点执行了哪个分片，这种机制还要能保证系统安全又高效。主链就能发挥这个作用，主链负责生成随机数，随机选择哪个验证节点进入哪个分片，并且保持对验证节点的追踪，比如节点被分配到什么分片、当前的奖励和惩罚是什么，还可以追踪到子链上的区块，所有这些信息都是由主链完成的。通常主链追踪分片的方式，不是追踪每个分片中的每个区块，只会追踪交联（cross-link）。子链就只做交易处理，并且存储帐户状态和合约状态。子链之间使用收据来实现跨分片通信。假设一个计算机可以来处理N个交易，主链就可以来追踪N个分片，每个分片本身都能够处理N个交易。系统可以处理的是2倍N的交易。通过分片，全网交易通量成倍增长。

分层是以太坊采取的另一种扩容解决方案。基本思路是分出层次，主链只处理关键数字资产记账，把很多交易和应用在主链之外进行处理，也称为离链方案或者“第2层”扩容方案，主要技术方案包括状态通道（state channels）、Plasma和 Truebit。这些链下的技术方案，不需要更改基本级别的协议，只是作为以太坊上的智能合约，用于与链下软件进行交互，既保证了主链的公平性和稳定性，又增加了链下高效和灵活性。

状态通道（State Channel）是一种用于执行交易和其他状态更新的离链技术，但也确保了一个状态通道“中”发生的事务仍保持了很高的安全性和权威性。闪电网络是比特币的支付通道，雷电网络是以太坊上的支付通道，很多小额交易在支付通道中进行，只有初始和最终值被记录在主链上。状态通道是支付通道泛化出来的形式，它不仅可用于支付，还可用于区块链上任意的“状态更新”，比如智能合约中的更改。某个应用合约的琐碎执行就在状态通道中进行，直到提交“最终状态”后关闭该通道，在以太坊主链上就只用付一次交易费，用来记录初始和最终状态。

2017 年 8 月 11 日，Vitalik和Joseph发表了一篇题为 Plasma: Autonomous Smart Contracts的文档，提出了Plasma 技术。Plasma是一种自治的智能合约，是一种用于管理链下交易的技术，同时依靠底层的以太坊区块链来实现其安全性。Plasma是通过创建依附于“主”以太坊区块链的“子”区块链，这些子链又可以循序产生它们自己的子链，并能依次循环往复。结果是可以在子链层级中执行许多复杂的操作，在与以太坊主链保持最低限度交互的情况下，运行拥有数千名用户的完整应用程序。Plasma 子链可以更快迁移，并承担更低的交易费用，因为其上的操作无需在整个以太坊区块链上进行重复。为了保证安全性，Plasma设置了用户能将他们的资产随时收回到主链上的机制、以及用户可以向根节点合约发布欺诈证明（fraud proof）的机制，来确保一旦发生安全风险，可以采取及时保护措施。

Truebit也是一种链下进行繁重或者复杂运算的技术，可以让基于以太坊的智能合约处理更复杂的事务并仍能被主链验证。TrueBit系统由两个层级组成：问题解答层和奖励层。同时，在问题解答层级中使用 “验证游戏” ，作为判断解答是否正确的方法，来确保外包出去的链下计算任务能够安全正确。解答层支付给智能合约一份押金，开始执行外包计算任务，并返回结果。如果结果是正确的，它们的押金将被退回。如果结果被证实没有正确执行运算，比如，欺诈或者犯错，它们会失去押金。

在很多新的公链中，沿着基础链分层的思路，提出了很多新的“双链”或“链下”解决方案，主要思路也是主链保持公平性和稳定性，链下去解决效率问题。总之，扩容是当前和一段时间内基础公链技术创新的主要领域。