探索区块链可扩展性：以太坊2.0、分片、DAG和链下状态通道的深度解析

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作者 | Rohit Chatterjee

责编 | 徐威龙

出品 | 区块链大本营（blockchain_camp）

事实证明，可扩展性是当今采用区块链技术的最大障碍。虽然就安全性和去中心化而言，比特币是无可挑剔的，但就可扩展性(以TPS或每秒交易次数来衡量)而言，就完全不同了。与Visa的1700 TPS相比，比特币的4 TPS确实少得可怜。以太坊是支持智能合约和去中心化应用程序(DApps)的市场领导者，其平均每天的TPS约为10笔，最好的时候能达20笔。德勤会计师事务所（Deloitte）的一份报告指出：对于依赖高性能传统交易处理系统的企业来说，区块链缓慢的交易速度是一个无法回避的严峻问题。

2017年向全世界介绍了区块链及其众多可能性，但随之而来的是一个残酷的提醒:我们在技术方面尚有很多不足。2017年12月发生的“Cryptokitty惨败”事件，对以太坊的PoW (Proof-of-Work) 共识算法的局限性敲响了警钟。雪上加霜的是，2018年年中FCoin的上市闹剧再一次给以太坊的稳健表现打上了问号。

诸如此类的灾难迫使区块链开发人员开始认真关注困扰现有区块链网络的可扩展性问题，做好充分准备以迎接日后在区块链项目中会遇到的此类问题。

多年来，BTC的低TPS一直是一个备受关注的问题

以太坊2.0——救世主

尽管比特币已经成为区块链技术的典型代表，但以太坊也已经赢得了“世界上最重要的去中心化超级计算机”的声誉。全球各地的DApp开发人员会定期在以太坊上部署新的应用程序。

以太坊推动了DeFi(去中心化金融)领域的发展，它使用区块链、数字资产和智能合约（而不是传统的金融工具）来提供货币服务。最近，加密DeFi市场上的总价值已经突破了10亿美元大关！

毋庸置疑的是，整个加密世界一直都在密切关注着以太坊开发团队的更新，他们一直在努力实现以太坊的下一个版本。此次被命名为Eth 2.0的升级有望实现更高的交易吞吐量和新的安全模型，以及向PoS(Proof-of-Stake权益证明)共识机制的转变。

Eth 2.0：https://blog.sfox.com/ethereum-2-0-what-the-next-three-years-of-ethereum-will-look-like-b366a46f9704

作为PoW的低能耗替代品，PoS通常被认为具有更强的可扩展性，且能够支持更高的吞吐量。

锁定在DeFi市场的资产总值甚至达到了12亿美元

区块链中的分片

除了转向PoS之外, Eth 2.0的开发人员还集成了分片技术，这是一种在集中式数据库中使用的热门技术，在集中式数据库中，整个数据集被分割成更小的分片。

在区块链网络中，分片技术用于将交易分解为分片并将其分布到整个网络中，这样一来，每个网络节点都不必下载和保存整个区块链状态。通过并行化，分片技术可以显著提高交易处理速度。以太坊并不是第一个实施分片技术的区块链项目，第一个使用的是Zilliqa。Cardano、Harmony和Elrond等其他项目也一直在努力将分片技术集成到区块链技术中。但很不幸，Eth 2.0的开发团队对发布时间进行了多次变更。从2020年1月到所谓的“内部日期”2020年第二季度，Eth 2.0第一阶段的部署日期现已被推迟到2020年7月。

这些不确定性让我们不禁怀疑何时才能看到Eth 2.0的全貌，但还是十分值得期待的。

其他的区块链可扩展性解决方案

在分片技术开始流行之前，开发人员一直在对“链下状态通道（off-chain state channel）”的概念进行修改。状态通道是网络参与者之间的双向通信通道，能够帮助他们在区块链之外进行交易，然后将交易的最终状态广播到区块链。

由于所有中间交易都发生在链下，主区块链上仅验证最终状态，所以状态通道交易时间能够呈指数型减少。比特币的闪电网络（Lightning Network）、以太坊的雷电网络（Raiden）和赛勒网络（Celer Network）都属于这一领域。

DAG（有向无环图）是在寻求可扩展解决方案的区块链开发者们中流行的另一个概念。在DAG中，每笔交易都能与多笔交易相连。

与传统的块链相比，DAG网络中没有交易块。单笔交易彼此间进行相互验证。

因此，从理论上讲，交易量越大，DAG验证的速度就越快。Iota、Nano和COTI都是基于DAG技术的加密项目。

Iota的DAG(称为Tangle)将每笔交易与其他多笔交易相连

近期进展

上个月(2020年2月)，Harmony发布了其主网，并宣布了从ERC-20 (以太坊)和BEP-2 (Binance链)代币到本机ONE (Harmony)代币的代币交换。

虽然从公共区块链到本地区块链的代币交换是非常常见的，但其独特之处在于Harmony是第一个实现PoS分片区块链的项目。

据其区块链资源管理器显示，Harmony的出块时间为8秒，有4个活跃分片。

这对于其他希望实现分片的PoS项目(比如Eth 2.0和Cardano)来说非常重要。长期以来，PoS共识与分片的共生被认为是纯理论概念。

Harmony的成功不仅表明其可以应用于实践，而且也为以太坊实现分片的、支持PoS的区块链铺平了道路，使区块链爱好者们相信Eth 2.0有希望在短期之内问世。

闪电网络作为比特币区块链之上的超高速支付层，允许用户以低廉的费用快速地发送和接收BTC。在过去几个月中，该网络也取得了显著进展。

2019年第四季度，其第二层扩展项目达到1万个节点。2019年12月，其开发团队宣布，不久便可以使用该网络进行大额比特币支付了。

闪电网络的成功预计将大大缩短比特币的确认时间，使其更容易被普通商家所接受。

在DAG方面，COTI已经启动了代币发行协议MultiDAG，并将其集成到主网节点中。

MultiDAG是第一个以DAG为基础的协议，该协议允许在基于DAG的基础架构上发行代币。

与以太坊类似，COTI MultiDAG生态系统是一个通用的去中心化平台，能够处理代币和智能合约，使用本地代币支付所有费用和抵押。但是与以太坊不同的是，MultiDAG由受许可的实体组成，各MultiDAG实例的所有者可以根据自身需求来设置自己的规则。

目前有很多区块链可扩展性项目，但是很少有项目能够真正实现其目标

美好的未来

自2017年以来，我们就一直在思考“更快的区块链交易速度会带来更高的采用率和更多的实际用例”。DeFi 已经成长为区块链领域中的重要部分。

更强的可扩展性应该会带来更多的 DeFi 用例，包括加快汇款速度和跨境支付等等。

供应链和物流行业也有望从区块链技术的进步中获益。同时，随着时间的推移，身份管理领域也会更多地应用到区块链技术。

更具扩展性地解决方案应该有助于我们在日常生产线中进一步集成区块链。而且，这还只是区块链技术应用的无数可能之一而已。

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