區塊鏈的擴展問題是什麼？當前的解決方案是什麼？

區塊鏈的擴展問題是指擴展技術以每秒處理大量交易（TP）的挑戰，同時保持其分散的性質和安全性。隨著區塊鏈技術，尤其是Bitcoin和以太坊的知名度，對更快，更有效的交易處理的需求也增加了。本文探討了區塊鏈的擴展問題，並討論了目前正在實施的解決方案來解決它。

了解擴展問題

區塊鏈技術中的擴展問題主要圍繞兩個關鍵方面：交易吞吐量和區塊大小。 Bitcoin和以太坊等傳統區塊鏈在每秒可以處理的交易數量上存在限制。例如，Bitcoin可以處理約7 tps，而以太坊處理約30 tps。與傳統金融系統（如Visa）相比，這些數字蒼白，簽證可以處理每秒成千上萬的交易。

這些局限性的主要原因是大多數區塊鏈使用的共識機制。 Bitcoin使用工作證明（POW），這要求礦工解決複雜的數學問題以驗證交易並將其添加到區塊鏈中。這個過程固有地緩慢且能量密集型，導致較低的交易吞吐量。

當前解決擴展問題的解決方案

已經提出並實施了幾種解決方案，以解決區塊鏈的擴展問題。這些解決方案可以大致分為鍊和鏈縮放方法。

鏈縮放解決方案

鏈縮放解決方案的重點是修改區塊鏈協議本身以增加交易吞吐量。最常見的方法之一是增加塊大小。 Bitcoin現金，即Bitcoin的叉子，將其塊大小從Bitcoin的1 MB增加到32 MB，從而可以在每個塊中處理更多的交易。

另一個鏈解決方案是碎片。碎片涉及將區塊鏈分為較小的碎片或碎片，每個碎片都能處理自己的一組交易。以太坊正在積極實施碎片以提高其可擴展性。通過允許多個碎片同時處理交易，可以顯著改善網絡的整體交易吞吐量。

離鏈縮放解決方案

鏈縮放解決方案旨在處理主要區塊鏈之外的交易，從而減少網絡上的負載。最受歡迎的離子解決方案之一是為Bitcoin設計的閃電網絡。閃電網絡在用戶之間創建付款渠道，使他們能夠在鏈上進行多次交易，並僅解決區塊鏈上的最終餘額。這大大減少了需要在主要區塊鏈上處理的交易數量，從而提高了總體可擴展性。

另一個鍊鍊解決方案是側鏈。 Sidechains是單獨的區塊鏈，它們固定在主區塊鏈上，使資產可以在它們之間轉移。通過處理Sidechains的交易，主要區塊鏈可以專注於保持安全性和共識，而Sidechains則處理大部分交易量。

第2層解決方案

第2層解決方案是縮放區塊鍊網絡的另一種方法。這些解決方案在現有區塊鏈（第1層）的頂部建立，以增強其可擴展性，而無需更改基礎協議。第2層解決方案的一個示例是狀態通道，該渠道與閃電網絡相似，但不僅可以用於付款。狀態渠道允許用戶在鏈上進行多個交互，而僅將最終狀態提交給區塊鏈，從而減少網絡上的負載。

另一個第2層解決方案是匯總。匯總將多個交易批量交易到單個事務中，然後在主區塊鏈上處理。有兩種類型的匯總：樂觀的匯總和ZK滾動。樂觀的匯總假設事務默認情況下是有效的，並且僅在挑戰時執行它們，而ZK-Rollups則使用零知識證明在將交易驗證到鏈上驗證交易，然後將其提交給區塊鏈。

共識機制創新

共識機制的創新在解決擴展問題方面也起著至關重要的作用。雖然工作證明（POW）是Bitcoin等區塊鏈的傳統共識機制，但它本質上是緩慢且能量密集型的。結果，已經開發了替代共識機制，例如股份證明（POS）和授權證明（DPO） 。

例如，以太坊正在用POW過渡到POS，並以其以太坊2.0升級。 POS允許驗證者根據其持有的硬幣數量創建新塊，並願意將其作為抵押品。這種方法更節能，可以比POW更快地處理交易。由EOS等區塊鏈使用的DPO允許令牌持有人投票選出少數負責驗證交易並創建新區塊的代表，從而進一步提高可擴展性。

互操作性和跨鏈解決方案

還探索了互操作性和跨鏈解決方案，以增強區塊鏈的可伸縮性。通過允許不同的區塊鏈在它們之間進行交流和轉移資產，可以提高區塊鏈生態系統的整體能力。 Polkadot和Cosmos等項目正在努力創建可互操作的區塊鍊網絡，每個網絡都能處理自己的交易並與他人進行交流。

例如，Polkadot使用繼電器鏈連接多個降落傘，每個降落傘都可以針對特定用例進行優化。這允許在網絡內提高可擴展性和靈活性。另一方面，宇宙使用塊間通信（IBC）協議來使不同的區塊鏈可以安全地交換數據和資產。

常見問題

問：碎片如何提高區塊鏈的可伸縮性？

答：碎片通過將網絡分為較小的獨立物品稱為碎片來提高區塊鏈的可擴展性。每個碎片可以同時處理自己的交易集，從而使整個網絡每秒處理更高量的交易。這種方法減少了單個節點上的負載，並增加了整個區塊鏈的吞吐量。

問：樂觀的匯總和ZK滾動之間的主要區別是什麼？

答：樂觀的匯總和ZK-Rollups都是第2層縮放解決方案，但它們的操作方式不同。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執行它們，這可能會導致更長的確認時間，但計算較少。另一方面，ZK-Rollups使用零知識的證明在將交易驗證到區塊鏈之前驗證交易，以提供更快的確認時間，但需要更多的計算能力。

問：單獨增加區塊大小可以解決區塊鏈的擴展問題嗎？

答：增加塊大小可以在某種程度上有助於改善交易吞吐量，但這並不是解決擴展問題的完整解決方案。較大的塊需要更多的存儲和帶寬，這可以導致集中化，因為只有具有重要資源的節點才能參與網絡。此外，較大的塊不能以共識機制（例如工作證明）的方式解決潛在問題，這仍然可以限制可擴展性。

問：閃電網絡如何工作，其好處是什麼？

答：Lightning Network是一種脫鏈縮放解決方案，可在用戶之間創建付款渠道。這些渠道允許用戶在鏈上進行多次交易，僅在區塊鏈上解決最終餘額。閃電網絡的好處包括更快的交易處理，較低的費用和增加的可擴展性，因為它減少了需要在主區塊鏈上處理的交易數量。