N 种方案,以太坊会选择如何扩容?

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近段时间,以太坊在扩容问题上取得不少进展——前天 Raiden(雷电网络)正式部署测试网络、上月以太坊创始人和闪电网络作者推出了“Plasama”项目…… 但是,以太坊交易拥堵的问题已经越来越严重,在这么多个方案当中,以太坊应该选择如何扩容?

 

现实与理想存差距,扩容势在必行

 

与比特币不同,限制以太坊链上区块容量的不是区块大小,而是 gas 值。目前以太坊每个区块 gas 值的限制约为 670 万,根据每区块大约容纳 200 笔交易、平均出块时间为 15 秒来计算,以太坊的交易处理速度可达 13 笔/秒。

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截图自:etherchain.org

虽然这已经是比特币网络可以实现的两倍,但还远远不够。以 Facebook 为例,这个社交平台每秒至少要处理 17.5 万条请求,假如加上 API 端的或许还要高大概三到四倍。也就是说,想要借助以太坊“虚拟机”构建去中心化的社交平台,那就需要进行万倍以上的扩容。

不过抛开这些远的不说,现阶段以太坊在处理火爆 ICO 项目时就已出现较为严重的交易拥堵问题。为此,扩容成了以太坊发展规划中必须可少的一环。

 

链内扩容只能解决燃眉之急,链外方案不可缺

 

大致来说,目前关注度较高的扩容方案分为链内和链外两类。其中链内扩容方案有,

  • 提高 gas 值限制

这一扩容方案是今年六月份时,以太坊基金会联合创始人 Hudson Jameson 为暂时缓解网络交易拥堵问题而提出的。由于当时以太坊出现区块链拥堵、系统反应迟缓、交易手续费上涨等等问题,Jameson 呼吁矿工通过手动修改 gas 限制值来提高网路的交易吞吐量。不过这样一来,出现叔块的几率也随之增加。与比特币的孤块不同,以太坊的叔块是有补偿奖励的,所以大部分矿工对此扩容方式的反应并不积极。

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6 月 29 日 UTC09:20(北京时间 17:20)开始,以太坊网络 Gas 上线提升

  • EIP 648

两个月前,Vitalik Buterin 在 Github 开源代码库上发布了名为 EIP 648 的扩容方案。该方案可通过各节点间的高效并行来缓解交易拥堵问题。简单来说就是分流,将 ICO 众筹活动与以太坊网络的运行分开,使得以太坊系统可在不影响正常流量的情况下同时处理多个 ICO 项目(据 Vitalik 介绍,最多为八个)。

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截图自:Github

  • 分片技术(Sharding)

目前以太坊正在部署的分片技术,是从传统数据库中启发而来的。具体来说,就是将区块中的数据分成很多不同的“片段”并分别存放在各个节点中,减少每个节点储存数据量的同时,也提高了系统的验证速度。分片技术被认为是更为长期且理论上可行的扩容方案,不过要实现它还有很多问题亟待解决,比如“不存在证明”问题——在这种分散式储存模型之下,简单使用 Merkle 根值来验证交易的做法被打破,使得某些场景下无法进行“不存在证明”(也就是涉及双花问题的信息验证)。

提高 gas 值限制、EIP 648 以及分片技术都能在一定程度上实现扩容,但是 将所有交易都放到区块链上并不是“长久之计”。从七月份开始,以太坊区块链就以每天约 2.5 GB 的速度快速膨胀,短短一个月时间体积就已增长近 100 GB。按照这样的发展趋势,2018 年或许会超过 1TB。如此大的占用体积将会加大节点的运行成本且降低区块链的同步效率,不利于以太坊未来的发展。因此除了链内扩容方案之外,Vitalik Buterin 还提出了不少链外扩容方案。

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比特币与以太坊区块链体积对比图

  • 雷电网络

很多的介绍中都拿闪电网络和雷电网络进行类比,但这两者间存在一定差异。与闪电网络原理相似,雷电网络没有将所有的交易放到区块链上处理,而是把部分转移到链外,让用户通过私下交换转账签名信息来实现交易。不同的是,雷电网络在完成链下支付任务的基础上,还能够处理“状态交易”,也就是类似概念的非货币性交易。据悉增加这种二层网络之后,以太坊网络的交易吞吐量可提高至百万笔。

  • Plasma项目

这个号称可实现“每秒十亿次交易处理量”的项目,是八月初时 Vitalik 和闪电网络联合作者 Joseph Poon 共同提出的。该项目将区块链设计为树状结构——通过大量的“子区块链”来减少储存在区块链上的数据量,并使用名为“欺诈证明”的技术将“子区块链”和“主区块链”连接在一起,从而实现扩容。而且,Plasma 和雷电网络一样可以扩展到更加复杂的运算(比如以太坊智能合约)之中,而不仅仅是闪电网络所能实现的链下支付。

虽然 Vitalik 和 Poon 对 Plasma 非常有信心,“随着 Plasma 的出现,未来世界上所有的东西都能放到区块链上运行”;但是这个扩容方案目前还只是一份白皮书,未来是否能实现还未能下定论。

 

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截图自:Plasma 项目的白皮书

以太坊的扩容思路:分散式并行

 

现阶段,以太坊的扩容之路更多是处于摸索阶段,确切的方案以及落实时间还未给出。 不过,从其创始人 Vitalik 提出的多个扩容备案中可以看出,他们的扩容思路更多集中在分散式并行这种操作模式之中 。上面大部分扩容方案归根结底都是通过某一组成结构的分散式分布以及相关技术的连接实现高效并行运作的。比如通过节点间高效并行来缓解交易拥堵问题的 EIP 648、将交易数据或者说区块链信息进行分散式储存的分片技术和 Plasma……

另一方面,最近以太坊即将迎来其发展的第三阶段——“大都会”(Metropoli)硬分叉。不过,按照早前以太坊发布的规划路线图可以得知,这次硬分叉更关注于匿名性(零知识证明或者 zk-SNARK)、PoS 共识机制缓冲部署(释放“难度炸弹”)等等方面的升级。 下一阶段 Serenity 硬分叉的着重点才是扩容问题 。

 

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文章原载于:粹客网 http://www.cheekr.com/P/72546
编译:LucyCheng
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    目前以太坊正在部署的分片技术,是从传统数据库中启发而来的。具体来说,就是将区块中的数据分成很多不同的“片段”并分别存放在各个节点中,减少每个节点储存数据量的同时,也提高了系统的验证速度。分片技术被认为是更为长期且理论上可行的扩容方案,不过要实现它还有很多问题亟待解决,比如“不存在证明”问题——在这种分散式储存模型之下,简单使用 Merkle 根值来验证交易的做法被打破,使得某些场景下无法进行“不存在证明

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