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扩容

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扩容概述

随着以太坊使用人数增加,区块链已经达到了一定的容量限制。 这提高了网络使用成本,从而导致需要“扩容解决方案”。 目前正在研究、测试和执行多种解决方案,这些方案采取不同的办法来实现类似的目标。

扩容的主要目标是提升交易速度(更快确定交易)和交易吞吐量(提高每秒交易量),而不影响去中心化或安全性(详情请见以太坊愿景)。 在第一层以太坊区块链上,高需求导致交易速度减慢和燃料价格难以持续。 提高网络速度和吞吐量是有意义地大规模采用以太坊的基础。

虽然速度和吞吐量很重要,但实现这些目标的扩容解决方案必须保持去中心化和安全性。 降低节点运营商的进入门槛,对于防止向不安全的中心化计算能力发展至关重要。

从概念上说,我们首先将扩容分为链上扩容和链外扩容两类。

前体条件

你应对所有基础性课题有很好的了解。 实施扩容解决方案是一项先进的任务,因为该技术没有经过多少实践检验,还在进一步研发中。

链上扩容

这种扩容方法需要变更以太坊协议(第一层主网)。 区块分片目前是这种扩容方法的重点。

区块分片

区块分片是一个横向分割数据库以扩展网络承载能力的过程。 在以太坊中,区块分片将通过创建新链(称为“分片”)来减少网络拥塞和增加每秒交易量。 这还可以减轻每位验证者的负担,因为他们不再需要处理整个网络的所有交易。

详细了解区块分片

链下扩容

链下解决方案与第一层主网分开实施,无需更改现有以太坊协议。 部分解决方案称为“第二层”解决方案,直接从第一层以太坊共识中获得安全性,例如乐观卷叠零知识卷叠状态通道。 其他解决方案包括建立不同形式的新链,这些新链单独从主网获得安全性,例如侧链plasma 链。 这些解决方案与主网进行通信,但为了实现各种不同的目标,它们获得安全性的方式也有所不同。

二层扩容

此类链下解决方案的安全性来自以太坊主网。

第二层是解决方案的一个集体术语,用于通过处理以太坊主网(第一层)的交易,同时利用主网的强大分散安全模式,帮助扩展您的应用程序。 当网络繁忙时,交易速度会受到影响,这可能使某些类型的去中心化应用程序的用户体验变差。 而且,随着网络越来越繁忙,由于交易发送者的目标是超越对方的出价,燃料价格也随之上升。 这可能会让以太坊的使用成本非常高。

大多数第二层解决方案均围绕着一个服务器或服务器群集,可以将它们称之为节点、验证者、操作者、排序器、区块生产者或类似术语。 根据实施情况,这些第二层节点可由使用它们的个人、企业或实体运行,或者由第三方运营商或一大群个人(与主网相似)运行。 一般而言,交易会提交给第二层节点,而非直接提交给第一层(主网)。 对于部分解决方案, 第二层实例会将它们分组,,然后锚定到第一层,之后受第一层保护且不能更改。 对于不同的第二层技术和实施而言,如何做到这一点的细节差异很大。

某个特定的第二层实例可能是开放的,由许多应用程序共享,也可能由一个项目部署,专供支持该项目的应用程序。

为什么需要第二层?

  • 每秒增加交易量会大大提高用户体验,并减少以太坊主网上的网络拥塞情况。
  • 卷叠就是将多个交易打包到一个交易中,然后发到以太坊主网上,这为用户减少了燃料费用。以太坊将更具包容性,任何人都可以用得起以太坊。
  • 关于可扩容性的任何更新都不应以分散安全性为代价 - 第二层建立在以太坊的基础上。
  • 有一些特定应用的第二层网络,在大规模处理资产时有它们自己的效率。

卷叠

卷叠在第一层之外执行交易执行任务,并在达成共识时,在第一层公开数据。 由于交易数据包含在第一层区块中,因此可以通过原生的以太坊安全性来保证卷叠的安全性。

有两种不同安全模式的卷叠:

状态通道

状态通道采用多签合约,使参与者能够在链下快速自由地进行交易,然后再与主网结算。 这将最大限度地减少网络拥塞、费用和延迟。 现在有两种通道:状态通道和支付通道。

了解更多关于状态通道的信息。

侧链

侧链是与主网并行运行且兼容以太坊虚拟机的独立区块链。 它们通过双向桥接与以太坊兼容,按照自行选择的共识规则和区块参数运行。

了解更多有关侧链的信息。

以太坊 Plasma 扩容解决方案

Plasma 是一条独立的区块链,锚定至以太坊主链,并使用欺诈证明(如乐观卷叠)来仲裁争议。

了解更多关于以太坊 Plasma 扩容解决方案的信息。

Validium

Validium 链使用诸如零知识卷叠之类的有效性证明,但数据未存储在第一层以太坊链上。 这会导致每条 Validium 链每秒处理 10000 笔交易,并且可以并行运行多条链。

了解关于 Validium 的更多信息。

为何需要如此多扩容解决方案?

  • 多重解决方案有助于减少网络任意部分的总体阻塞情况,也可防止单点故障。
  • 整体大于各部分的总和。 不同的解决方案可以同时存在,并且可以协同工作,对未来的交易速度和吞吐量产生指数效应。
  • 并非所有解决方案都需要直接利用以太坊共识算法,替代办法或许能带来难以获得的好处。
  • 没有一个单独的扩容方案可以完全满足以太坊愿景

更愿意通过视频学习?

请注意,视频中的解释使用“第二层”这一术语指代所有链下扩容解决方案,而我们通常所说的“第二层”是指通过第一层主网共识获得安全性的链下解决方案。

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