區塊鏈如何處理可伸縮性？

了解區塊鏈可伸縮性挑戰

區塊鏈可擴展性是指網絡能夠處理越來越多的交易量的能力，而不會損害速度，成本或安全性。隨著越來越多的用戶加入區塊鍊網絡，交易的數量會增加，從而導致擁堵。這種擁塞可能會導致交易費用增加和更長的確認時間。例如，在高需求期間， Bitcoin網絡經歷了幾個小時的交易延遲，費用急劇上升。同樣，以太坊網絡在流行的NFT鑄造活動中也面臨交通擁堵。核心問題在於區塊鏈的分散性質：每個節點都必須驗證並記錄每筆交易，這本質上限制了吞吐量。

第1層解決方案：增強基本協議

第1層解決方案涉及修改基礎區塊鏈協議以直接提高可擴展性。一種突出的方法是碎片，將網絡分為較小的分區稱為碎片。每個碎片都處理自己的交易和智能合約，從而減少了單個節點的負載。以太坊的路線圖包括將碎片作為關鍵升級，旨在大大提高交易能力。另一層方法是增加塊大小，由Bitcoin現金等網絡使用。通過將塊大小從1MB增加到32MB，每個塊可以包括更多交易。但是，較大的塊需要更多的存儲和帶寬，潛在的集中節點操作。共識機制升級也起著作用。以太坊從工作證明（POW）到股份證明（POS）的過渡可降低能耗，並允許更快的阻塞終止性，間接支持可伸縮性。

第2層解決方案：在基礎鏈的頂部建造

第2層解決方案在現有區塊鏈的頂部運行，以處理鏈離鏈的交易，然後將結果恢復到主鏈上。這些解決方案保持安全性，同時大大改善吞吐量。廣泛採用的第2層技術是Bitcoin的閃電網絡。它通過在用戶之間創建付款渠道來實現即時，低成本的付款。在通道關閉之前，通道內的交易不會廣播到主鏈。以太坊利用匯總作為主要第2層策略。樂觀的匯總假設交易默認情況下是有效的，並且只有在挑戰時才驗證它們，而ZK滾動使用零知識證明來驗證交易批處理，然後將其發佈到以太坊之前。兩種方法都減少了鏈上數據負載，使以太坊可以每秒處理數千筆交易。

狀態渠道和側鏈：替代鏈型模型

州渠道和側鏈提供了可擴展性的其他途徑。州渠道允許參與者在鏈上進行多次互動，只有最終狀態記錄在區塊鏈上。該模型用於以太坊的Raiden網絡等項目。與支付渠道不同，州渠道支持複雜的智能合同互動。 Sidechains是獨立的區塊鏈，平行於主鏈，並通過雙向橋連接。他們使用自己的共識機制，可以更快，更便宜。多邊形POS鏈是一個值得注意的例子，使開發人員能夠在保持與以太坊的兼容性的同時構建可擴展的DAPP。但是，與主鏈相比，Sidechains可能會提供降低的安全性，因為它們依靠自己的驗證器集。

數據可用性和壓縮技術

有效的數據處理對於可伸縮性至關重要。數據可用性可確保所有參與者都可以訪問驗證鏈條所需的交易數據。沒有它，鏈解決方案可能會變得不透明或脆弱。數據壓縮技術減少了存儲在鏈上的交易數據的大小。例如， EIP-4844 （Proto-DankSharding）引入了斑點- 將交易數據保留在主執行層中，但仍由以太坊的共識確保。這允許匯總發布更便宜的數據，從而降低費用。稀疏的默克爾樹和擦除編碼用於驗證數據完整性而無需下載整個數據集。這些創新能夠在保留權力下放和安全性的同時更高的吞吐量。

網絡級優化和點對點改進

除了協議和分層策略之外，網絡級優化有助於可擴展性。八卦協議增強功能改善了節點如何在整個網絡中傳播交易和塊。更快的傳播減少了叉子的機會並增加了有效的吞吐量。緊湊型塊繼電器技術，例如Bitcoin中的BIP 152 ，通過僅發送交易標識符而不是完整數據來最大程度地減少帶寬的用法，從而從內存池中重新構建缺少零件。節點修剪允許節點丟棄舊事務數據，同時仍驗證新塊，減少存儲要求並使更多的參與者運行完整的節點。此外，對等選擇算法優先使用高帶寬節點的連接，從而提高了同步速度和網絡彈性。

常見問題

鍊和鏈縮放縮放之間有什麼區別？鏈上的縮放修改區塊鏈的核心協議（例如增加阻滯大小或實現碎片），以直接在主鏈上處理更多交易。相比之下，離鏈縮放率使用狀態通道，匯總或側鏈等解決方案在主鏈之外移動交易處理，然後在鏈上解決最終結果。離鏈方法在利用主鏈的安全性的同時減少了擁塞和費用。

匯總如何在處理交易時確保安全性？通過向主鏈發布交易數據或證明來維護安全性。樂觀的匯總使用防欺詐機制：任何人都可以在爭議期內挑戰交易，如果檢測到欺詐，則執行正確的狀態。 ZK滾動使用加密零知識證明，表明數學上證明了一批交易在接受之前的有效性。兩者都依靠主鏈的共識來實現最終性和數據可用性。

碎片可以折衷區塊鏈安全嗎？碎片可以引入新的攻擊向量，例如，如果惡意演員的驗證者較少，則由惡意演員瞄準。為了減輕這種情況，網絡使用隨機驗證器分配和交叉脫落通信協議。以太坊計劃實施可驗證的隨機功能（VRF） ，以將驗證器隨機分配給碎片，從而使攻擊者在一個碎片中集中力量在計算上是不可行的。

為什麼Sidechains被認為不如第2層匯總安全？ Sidechains具有獨立的共識機制和驗證器集，這意味著它們不會繼承主鏈的安全性。如果Sidechain的驗證器較少，則它將變得更容易受到51％的攻擊。相比之下，第2層匯總將數據或證據張貼到主鏈中，依靠其強大的共識來解決最終性和爭議解決方案，從而提供了更強的安全保證。