干货系列 | 谈谈以太坊的扩容计划【Part 1】

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喜多说为了践行我们的价值投资体系，新推出了一系列干货，旨在提升大家的辨别能力和知识储备。 这个系列会深入讨论一些话题，也会有一些门槛。 我们试着用例子来解释。 希望展开积极的讨论。

第一期，悟空整理了一些关于以太坊扩容的干货。 内容比较复杂。 希望大家看完后有所收获。

以太坊扩容问题一直是人们讨论的热点，各种解决方案层出不穷。 然而，这个问题并没有得到足够的重视。 直到 2017 年底，一款名为 CryptoKitties 的 DAPP 非常流行，导致以太坊网络出现拥堵。 不仅转账延迟高，手续费也涨了很多倍。

虽然这是一件小事，但它揭示的现实却令人担忧，那就是以太坊目前的容量无法支撑dAPP的正常运行。 龟速的转账和极不稳定的费用，让你无法安心使用以太坊平台上的应用。 买猫，卖猫，这个小游戏把以太坊网络搞得一团糟，以后也没有办法部署大规模的DAPP。

作为以太坊的坚定支持者，悟空非常关注扩容计划。 今天的文章就带大家简单了解一下目前的几种解决方案。

区块链的三角困境

区块链技术有一个永恒的问题，就是安全性、去中心化、可扩展性三者最多只能选其二。 在以太坊开发初期，V神就确定了开发路线，即保证安全和去中心化，可扩展性的问题以后可以慢慢研究。

然而区块链这两年的发展已经超出了大家的想象，曾经看似遥不可及的扩容问题变得迫在眉睫。 首先，更直接的想法是增加区块容量，比如比特币现金（BCH）。 在相同的出块时间下，每个区块包含的交易数量更多，因此整个网络的吞吐量会增加。

这个解决方案简单明了，但它产生了一个非常严重的问题。 随着块大小的增加，生成每个块将消耗更多的能量，并且需要更多的存储空间。 一些配置不好的电脑不能继续出块。 长此以往，大部分节点将被少数大公司控制，区块链将失去去中心化的本质。 该解决方案满足了安全性和可扩展性，但牺牲了去中心化。

那么问题来了，如何在不影响安全性和去中心化的情况下帮助以太坊扩展？ 目前有几种想法。

分片技术（Sharding）

目前以太坊的每个节点都对整个账本进行处理和保存，很大程度上保证了网络的安全。 但是，当前传输是顺序单行，不能并行处理。 世界上所有的中转都必须按顺序排队。 这种模式保证了安全性和去中心化，但也成为了扩容的最大瓶颈。

V神提出如果全网分片，每个分片只处理和存储自己分片内的交易。 不同的分片可以处理不同的转账，这样从整个网络的宏观角度来看，转账可以由多个线程并行处理，从而提高吞吐量。 这个想法不错，但是有个问题。 如何处理跨分片的传输？

我们可以用默克尔树来帮助验证。 具体步骤如下。 比如悟空在1号分片，Sido在2号分片，Wukong想转100个ETH给Sido。

第一步：悟空在分片1发起转账，转出100ETH。 这笔转账会先被验证，然后悟空的余额会减少100ETH

第二步：上一步的转账收据将存储在分片1的Merkel Root中。

第 3 步：分片 1 向分片 2 发起转账申请，并附上第一步的收据。

第 4 步：片段 2 收到申请并开始处理。

第五步：Shard 2 处理完成，Sido 的钱包余额增加 100ETH，收据存入 Shard 2 的 Merkle 根，以供后续验证。

这样就完成了跨芯片传输。

分片是一种“链上”解决方案，可确保传输和交易的顺序。 但是一个很大的风险是，如果分片太小，很容易被控制。 之后，这个分片就会开始作恶，影响整个网络的秩序。 假设一共有100个分片，控制其中最小的分片，这就是所谓的1%攻击。 为了解决这个问题，以太坊目前的对策是随机抽样，利用概率来降低分片被控制的风险。 当然也不能100%解决问题。

等离子体

这是一种“链下”方法，不在以太坊主网上运行。 当它开始运行时，Plasma 将从主网络中衍生出多个子网络。 在不违反主网安全的情况下，子网可以维护自己的状态、处理和保存自己的转账和余额。 只有出现特殊情况，比如子网纠纷内部无法解决，才会上报给主网。 这个时候，主网的作用就很重要了，它是所有子网的基础和标准。 Plasma 的算法将整个网络划分为许多子网络，并将大量转账转移到链下处理。 只有在发生纠纷时才会升级到主网，大大优化了速度和效率。 这种分级过程与等离子分层非常相似，因此得名。

这种方式的另一个特殊优势是每个子网都可以独立运行，不会违反以太坊主网的规则。 这种自由度创造了很大的潜力。 子网可以制定一些有趣的规则，或者满足某些需求，比如隐私以太坊扩容方案，比如局域网。

还有一点就是当子网空闲的时候，也可以向主网提交“退出申请”。 汇总所有状态变化并通知主网后，即可下线，节省资源。

雷电

Raiden 是另一种“链下”解决方案。 它允许用户在对等点之间打开一个“状态通道”。 这个通道可以在没有以太坊主网参与的情况下传递信息，即转账。 虽然不需要主网的确认，但是仍然需要发送方对信息进行加密以确保安全。 雷电有一个特别适合的使用场景，就是两个用户经常互相转账。 比如我每天早上都要在楼下买一碗豆腐脑，每周去游泳锻炼身体，每个月公司都会给我发工资。 这种固定频繁的转账非常适合雷电网络，既降低了手续费又提高了速度，而且对主网没有影响。 当状态通道不被使用时，双方都可以选择关闭通道，双方的多次转账记录加起来就是一笔大转账，发送到以太坊主网。 比如我签了一张一年期的健身卡，月费是1ETH，那么最后的转账记录就是12ETH，而不是1ETH的12笔交易。 节省大量手续费。

Raiden 的另一个好处是传递性。 假设A节点和B节点开通了状态通道，B节点和C节点之间也有通道，那么A可以安全的给C转账，不用担心B不诚实。 这种转账手续费远低于主网，必将吸引大量用户。

但是，仔细想想，如果很多人为了节省转账费用而共享节点，那么大家就会聚集在某些大节点周围，形成一个中心化的网络，去中心化的特性就被打破了。 这是有争议的。

干货系列第一期，先说这么多。 让我们消化一下。 如果您有任何问题，欢迎与我讨论。

悟空会在下一期详细讲解Casper的工作原理。

熊积累知识以太坊扩容方案，等待下一次爆发。 坚持住我们就能赢。

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