区块链的扩展问题是什么？当前的解决方案是什么？

区块链的扩展问题是指扩展技术以每秒处理大量交易（TP）的挑战，同时保持其分散的性质和安全性。随着区块链技术，尤其是Bitcoin和以太坊的知名度，对更快，更有效的交易处理的需求也增加了。本文探讨了区块链的扩展问题，并讨论了目前正在实施的解决方案来解决它。

了解扩展问题

区块链技术中的扩展问题主要围绕两个关键方面：交易吞吐量和区块大小。 Bitcoin和以太坊等传统区块链在每秒可以处理的交易数量上存在限制。例如，Bitcoin可以处理约7 tps，而以太坊处理约30 tps。与传统金融系统（如Visa）相比，这些数字苍白，签证可以处理每秒成千上万的交易。

这些局限性的主要原因是大多数区块链使用的共识机制。 Bitcoin使用工作证明（POW），这要求矿工解决复杂的数学问题以验证交易并将其添加到区块链中。这个过程固有地缓慢且能量密集型，导致较低的交易吞吐量。

当前解决扩展问题的解决方案

已经提出并实施了几种解决方案，以解决区块链的扩展问题。这些解决方案可以大致分为链和链缩放方法。

链缩放解决方案

链缩放解决方案的重点是修改区块链协议本身以增加交易吞吐量。最常见的方法之一是增加块大小。 Bitcoin现金，即Bitcoin的叉子，将其块大小从Bitcoin的1 MB增加到32 MB，从而可以在每个块中处理更多的交易。

另一个链解决方案是碎片。碎片涉及将区块链分为较小的碎片或碎片，每个碎片都能处理自己的一组交易。以太坊正在积极实施碎片以提高其可扩展性。通过允许多个碎片同时处理交易，可以显着改善网络的整体交易吞吐量。

离链缩放解决方案

链缩放解决方案旨在处理主要区块链之外的交易，从而减少网络上的负载。最受欢迎的离子解决方案之一是为Bitcoin设计的闪电网络。闪电网络在用户之间创建付款渠道，使他们能够在链上进行多次交易，并仅解决区块链上的最终余额。这大大减少了需要在主要区块链上处理的交易数量，从而提高了总体可扩展性。

另一个链链解决方案是侧链。 Sidechains是单独的区块链，它们固定在主区块链上，使资产可以在它们之间转移。通过处理Sidechains的交易，主要区块链可以专注于保持安全性和共识，而Sidechains则处理大部分交易量。

第2层解决方案

第2层解决方案是缩放区块链网络的另一种方法。这些解决方案在现有区块链（第1层）的顶部建立，以增强其可扩展性，而无需更改基础协议。第2层解决方案的一个示例是状态通道，该渠道与闪电网络相似，但不仅可以用于付款。状态渠道允许用户在链上进行多个交互，而仅将最终状态提交给区块链，从而减少网络上的负载。

另一个第2层解决方案是汇总。汇总将多个交易批量交易到单个事务中，然后在主区块链上处理。有两种类型的汇总：乐观的汇总和ZK滚动。乐观的汇总假设事务默认情况下是有效的，并且仅在挑战时执行它们，而ZK-Rollups则使用零知识证明在将交易验证到链上验证交易，然后将其提交给区块链。

共识机制创新

共识机制的创新在解决扩展问题方面也起着至关重要的作用。虽然工作证明（POW）是Bitcoin等区块链的传统共识机制，但它本质上是缓慢且能量密集型的。结果，已经开发了替代共识机制，例如股份证明（POS）和授权证明（DPO） 。

例如，以太坊正在用POW过渡到POS，并以其以太坊2.0升级。 POS允许验证者根据其持有的硬币数量创建新块，并愿意将其作为抵押品。这种方法更节能，可以比POW更快地处理交易。由EOS等区块链使用的DPO允许令牌持有人投票选出少数负责验证交易并创建新区块的代表，从而进一步提高可扩展性。

互操作性和跨链解决方案

还探索了互操作性和跨链解决方案，以增强区块链的可伸缩性。通过允许不同的区块链在它们之间进行交流和转移资产，可以提高区块链生态系统的整体能力。 Polkadot和Cosmos等项目正在努力创建可互操作的区块链网络，每个网络都能处理自己的交易并与他人进行交流。

例如，Polkadot使用继电器链连接多个降落伞，每个降落伞都可以针对特定用例进行优化。这允许在网络内提高可扩展性和灵活性。另一方面，宇宙使用块间通信（IBC）协议来使不同的区块链可以安全地交换数据和资产。

常见问题

问：碎片如何提高区块链的可伸缩性？

答：碎片通过将网络分为较小的独立物品称为碎片来提高区块链的可扩展性。每个碎片可以同时处理自己的交易集，从而使整个网络每秒处理更高量的交易。这种方法减少了单个节点上的负载，并增加了整个区块链的吞吐量。

问：乐观的汇总和ZK滚动之间的主要区别是什么？

答：乐观的汇总和ZK-Rollups都是第2层缩放解决方案，但它们的操作方式不同。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执行它们，这可能会导致更长的确认时间，但计算较少。另一方面，ZK-Rollups使用零知识的证明在将交易验证到区块链之前验证交易，以提供更快的确认时间，但需要更多的计算能力。

问：单独增加区块大小可以解决区块链的扩展问题吗？

答：增加块大小可以在某种程度上有助于改善交易吞吐量，但这并不是解决扩展问题的完整解决方案。较大的块需要更多的存储和带宽，这可以导致集中化，因为只有具有重要资源的节点才能参与网络。此外，较大的块不能以共识机制（例如工作证明）的方式解决潜在问题，这仍然可以限制可扩展性。

问：闪电网络如何工作，其好处是什么？

答：Lightning Network是一种脱链缩放解决方案，可在用户之间创建付款渠道。这些渠道允许用户在链上进行多次交易，仅在区块链上解决最终余额。闪电网络的好处包括更快的交易处理，较低的费用和增加的可扩展性，因为它减少了需要在主区块链上处理的交易数量。