区块链如何处理可伸缩性？

了解区块链可伸缩性挑战

区块链可扩展性是指网络能够处理越来越多的交易量的能力，而不会损害速度，成本或安全性。随着越来越多的用户加入区块链网络，交易的数量会增加，从而导致拥堵。这种拥塞可能会导致交易费用增加和更长的确认时间。例如，在高需求期间， Bitcoin网络经历了几个小时的交易延迟，费用急剧上升。同样，以太坊网络在流行的NFT铸造活动中也面临交通拥堵。核心问题在于区块链的分散性质：每个节点都必须验证并记录每笔交易，这本质上限制了吞吐量。

第1层解决方案：增强基本协议

第1层解决方案涉及修改基础区块链协议以直接提高可扩展性。一种突出的方法是碎片，将网络分为较小的分区称为碎片。每个碎片都处理自己的交易和智能合约，从而减少了单个节点的负载。以太坊的路线图包括将碎片作为关键升级，旨在大大提高交易能力。另一层方法是增加块大小，由Bitcoin现金等网络使用。通过将块大小从1MB增加到32MB，每个块可以包括更多交易。但是，较大的块需要更多的存储和带宽，潜在的集中节点操作。共识机制升级也起着作用。以太坊从工作证明（POW）到股份证明（POS）的过渡可降低能耗，并允许更快的阻塞终止性，间接支持可伸缩性。

第2层解决方案：在基础链的顶部建造

第2层解决方案在现有区块链的顶部运行，以处理链离链的交易，然后将结果恢复到主链上。这些解决方案保持安全性，同时大大改善吞吐量。广泛采用的第2层技术是Bitcoin的闪电网络。它通过在用户之间创建付款渠道来实现即时，低成本的付款。在通道关闭之前，通道内的交易不会广播到主链。以太坊利用汇总作为主要第2层策略。乐观的汇总假设交易默认情况下是有效的，并且只有在挑战时才验证它们，而ZK滚动使用零知识证明来验证交易批处理，然后将其发布到以太坊之前。两种方法都减少了链上数据负载，使以太坊可以每秒处理数千笔交易。

状态渠道和侧链：替代链型模型

州渠道和侧链提供了可扩展性的其他途径。州渠道允许参与者在链上进行多次互动，只有最终状态记录在区块链上。该模型用于以太坊的Raiden网络等项目。与支付渠道不同，州渠道支持复杂的智能合同互动。 Sidechains是独立的区块链，平行于主链，并通过双向桥连接。他们使用自己的共识机制，可以更快，更便宜。多边形POS链是一个值得注意的例子，使开发人员能够在保持与以太坊的兼容性的同时构建可扩展的DAPP。但是，与主链相比，Sidechains可能会提供降低的安全性，因为它们依靠自己的验证器集。

数据可用性和压缩技术

有效的数据处理对于可伸缩性至关重要。数据可用性可确保所有参与者都可以访问验证链条所需的交易数据。没有它，链解决方案可能会变得不透明或脆弱。数据压缩技术减少了存储在链上的交易数据的大小。例如， EIP-4844 （Proto-DankSharding）引入了斑点- 将交易数据保留在主执行层中，但仍由以太坊的共识确保。这允许汇总发布更便宜的数据，从而降低费用。稀疏的默克尔树和擦除编码用于验证数据完整性而无需下载整个数据集。这些创新能够在保留权力下放和安全性的同时更高的吞吐量。

网络级优化和点对点改进

除了协议和分层策略之外，网络级优化有助于可扩展性。八卦协议增强功能改善了节点如何在整个网络中传播交易和块。更快的传播减少了叉子的机会并增加了有效的吞吐量。紧凑型块继电器技术，例如Bitcoin中的BIP 152 ，通过仅发送交易标识符而不是完整数据来最大程度地减少带宽的用法，从而从内存池中重新构建缺少零件。节点修剪允许节点丢弃旧事务数据，同时仍验证新块，减少存储要求并使更多的参与者运行完整的节点。此外，对等选择算法优先使用高带宽节点的连接，从而提高了同步速度和网络弹性。

常见问题

链和链缩放缩放之间有什么区别？链上的缩放修改区块链的核心协议（例如增加阻滞大小或实现碎片），以直接在主链上处理更多交易。相比之下，离链缩放率使用状态通道，汇总或侧链等解决方案在主链之外移动交易处理，然后在链上解决最终结果。离链方法在利用主链的安全性的同时减少了拥塞和费用。

汇总如何在处理交易时确保安全性？通过向主链发布交易数据或证明来维护安全性。乐观的汇总使用防欺诈机制：任何人都可以在争议期内挑战交易，如果检测到欺诈，则执行正确的状态。 ZK滚动使用加密零知识证明，表明数学上证明了一批交易在接受之前的有效性。两者都依靠主链的共识来实现最终性和数据可用性。

碎片可以折衷区块链安全吗？碎片可以引入新的攻击向量，例如，如果恶意演员的验证者较少，则由恶意演员瞄准。为了减轻这种情况，网络使用随机验证器分配和交叉脱落通信协议。以太坊计划实施可验证的随机功能（VRF） ，以将验证器随机分配给碎片，从而使攻击者在一个碎片中集中力量在计算上是不可行的。

为什么Sidechains被认为不如第2层汇总安全？ Sidechains具有独立的共识机制和验证器集，这意味着它们不会继承主链的安全性。如果Sidechain的验证器较少，则它将变得更容易受到51％的攻击。相比之下，第2层汇总将数据或证据张贴到主链中，依靠其强大的共识来解决最终性和争议解决方案，从而提供了更强的安全保证。