区块链可扩展性:当前的挑战和潜在的解决方案

2019-09-04


区块链和去中心化技术的相关领域对人类来说是一个巨大的机会——更不用说它们出现的时间近乎完美。我们最大的机构已经变得如此强大,以至于它们可以在没有影响的情况下利用大众。看看facebook对其用户的监视就知道了。


幸运的是,区块链技术、密码学和其他分布式系统起到了制衡这种极端权力的作用。它们是防御性的技术,使多数人能够对抗少数人。就像BitTorrent扰乱音乐行业一样,加密货币和去中心化的应用程序是几乎不可能关闭的。


区块链可扩展性的挑战


从根本上说,区块链是一种与时间挂钩的分布式分类账。网络中的每台计算机或节点都保留了分布式帐本的副本,从而降低了数据在网络的任何个人或组织中的损坏风险。


分布式网络的一个情况是,由于每台计算机必须保留分类帐的副本,因此这对系统的吞吐量造成了巨大的限制。从本质上讲,系统只能像任何一台计算机一样快地处理交易。


2017年,由于比特币(BTC)的日益普及,网络交易吞吐量接近其目前的限制。换句话说,有更多的人试图使用网络,哪怕超出了它的处理能力。这导致了将BTC从一个用户转移到另一个用户所需的费用增加。

(每笔转账的花费)


这个瓶颈引发了一些关于扩展的争论,其中出现了两种不同的观点。一个阵营希望专注于链上扩展,这意味着增加区块大小限制。这可以在短期内缓解收费压力,但只会带来线性改善——不足以实现全球全面采用。

另一个阵营希望通过在更高的层上构建额外的协议来专注于指数级的链下扩展。每个分层协议都将受益于比特币区块链的安全性,同时添加链下功能。作为参考,这种分层的方法就是我们目前的互联网所构建的方式。


比特币的主要离链扩展解决方案是闪电网络(Lightning Network),它可以提供比特币所需的指数扩展,从而大幅提高其吞吐量。但是Lightning Network足够让每个人用BTC购买咖啡吗?如果它大获成功,大多数估计都会假设比特币还需要其他规模上的改进——比如Schnorr签名、Liquid侧链和其他我们还没有想到的东西。


我们现在已经从伟大的扩展辩论中脱离了几年。很明显,比特币社区将把精力集中在闪电网络和其他第二层缩放解决方案上。


然而,这并不意味着我们应该放弃对更具可扩展性的区块链架构的研究。比特币行业还太年轻,不能认为比特币已经解决了所有问题。


PoW共识对于比特币来说很棒

但我们仍然需要替代方案


比特币使用工作证明(PoW)在网络中形成共识。事实证明,这对于比特币来说是极其安全的,但它也是非常资源密集型的。


比特币已经成为互联网上的一种货币,所以我们不需要另一个PoW链来竞争。与其创建更多的PoW区块链,我们应该专注于开发其他具有不同权衡的共识机制,以支持不同的使用案例,例如投票、社交媒体、机器到机器经济和供应链来源。


备选共识算法


两种可能的协商一致共识机制是委托权益证明(DPoS),这是Dan Larimer发明的一种基于PoS的权益证明,它使用基于实时投票的共识算法,并结合了社会信誉系统。第二种是实用拜占庭容错(PBFT),由Barbara Liskov和Miguel Castro在1999年开发,尽管恶意节点试图将虚假数据传播到其他对等节点,但它仍然能够明确地达成共识。


我相信这些替代系统为一些非金融区块链使用案例提供了有用的属性。然而,它们并不能满足所有潜在的用例,需要做更多的工作。


首先,PoS的利害关系证明是另一种协商一致的机制,在这种机制中,用户对维护分类帐的少量代表进行投票。你可以认为这是一个代议制民主。活动节点的减少意味着网络可以增加其吞吐量。每个节点都通过通货膨胀获得报酬,并且可以证明运行大型数据中心来支持网络是合理的。


DPoS共识的缺点是网络变得更加中心化。这限制了它抗审查、开放和无边界的能力。DPoS特别容易被寡头收购。恶意的寡头政治可以通过购买选票来确保自己继续掌权,并有可能改变网络的规则。目前,EOS区块链集中在少数中国代币持有者手中,这使得基于EOS构建的项目重新考虑他们想要构建的区块链。


另一个潜在的基层共识机制是实用的拜占庭容错。pBFT系统中的节点轮流验证状态。虽然pBFT在技术上不是区块链,但它执行许多相同的功能。这可以实现比PoW区块链更高的吞吐量和更低的资源消耗。

pBFT的缺点包括容易受到Sybil攻击,因为在网络上创建新节点很简单。恶意参与者可以创建足够多的节点以达到33%的网络占有率,在这种情况下,他们可以成功地攻击链。比特币通过要求节点执行工作证明来降低这种风险。同样在比特币网络中,攻击者需要控制超过50%的网络,这比pBFT系统要求的33%有了很大的提高。

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