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区块链扩容前史:状态通道、DPoS、大区块与侧链

2021-06-17 15:41:16
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一眨眼,从 17 年「扩容」这个词进入圈内大众的视线至今,已然 4 年过去了。

4 年里,无数的团队为了区块链扩容大计做出了卓绝的努力,他们有的致力于提升比特币或以太坊的可扩展性,有的则干脆另起炉灶,想要没有技术包袱的实现更好更快的比特币或是以太坊。

而随着 Arbitrum 的主网上线,我们对于「扩容」这本书,已经翻到了倒数第二章。相信几年之后伴随着 ETH2.0 分片+Rollup 的「最终章」,扩容将不再是区块链技术发展的主旋律。

在终章之前,让我们简单回顾下过去几年,我们一起追过的那些扩容方案:

通道:闪电网络、Raiden、Celer、Connext

提到扩容,通道可能会是很多老玩家脑子里蹦出的第一个词。

最早的扩容技术应该算是比特币闪电网络,然后 ETH 上面有了类似的 Raiden (雷电网络),包括后来的 Celer 等项目。

闪电网络作为最早的扩容方案,拿发展时间和今天的数据来看,无疑算是「失败」的,Raiden 在 ETH 的扩容方案里更是存在感最弱的一个。

原因无它,通道技术的原理是在交易双方间开启多个微支付通道,互相连结并形成网络,多数时间里只适合固定交易对象的高频交易场景,且通道节点需要质押金额,由于质押金额的不同,非常容易形成不同的路由瓶颈而导致转账失败。

闪电网络在 17 年时有一个视频的讲解和推导特别火,随着通道节点越来越多,那些中大型节点,也就是有着更大质押金额的节点,会越来越受欢迎,因为其不会造成路由瓶颈。而那些小金额的节点,会逐步淘汰。

很简单,如果你想在 A 到 Z 之间通过闪电网络转 10 个 BTC,那么途径的的 B,C,D 等闪电节点,其 BTC 余额大于 10 的才会被选中,小于 10 的自然要绕开。长此以往,很容易推演出来,闪电网络会慢慢自发演化汇聚到一个最有效率的方式,即几个超大节点参与到几乎所有的路由。

嗯?这和我们传统的用户 - 银行 - 用户有什么区别?这些超大节点不就是银行么?这还是主打去中心化的区块链和比特币么 ?

关于通道技术,除了闪电网络,目前最值得关注的两个项目是 Celer 和 Connext,原因在于 ETH 目前 Layer2 割裂严重,若是短时间无法形成一家独大的局面,那么在几个 Layer2 之间搭建状态通道网络,在一定程度上缓解这种「割裂性」,反而会成为必不可少的技术方案。

但不管怎样,通道技术注定只能作为一个扩容方案的「辅助位」,站不到前排,更不用提 C 位。

DPoS:EOS、Tron、BSC

EOS,Tron 作为 17-18 年最富盛名的「以太坊杀手」,其技术核心,无疑就是 DPoS,后面更是催生出好多其他的 DPoS 和 DPoS 变种系列高速链,现如今大名鼎鼎的 BSC,同样是用的 DPoS。

DPoS 其实最早由 Bitshare 在 2014 年提出,然而进入主流视线,却是 17 年的 EOS。

EOS 刚一上线便饱受争议,批评的人指责 21 个节点的设计无论是从数量上,还是对硬件的要求上都完全「不去中心化」,赞成的人认为这种一币一票的机制最符合现阶段人类政治领域的「代议制民主」,并反驳说,BTC PoW 目前有影响力的大矿池数量,其实还不到 21 个。

客观的说,EOS 还是给区块链带来了很多新的思路,比如把全网的 CPU,内存等转化为可以买卖的资源,是第一个拥有「宪法」的区块链,提出了仲裁委法庭的概念,把「链上投票」这个概念深入人心……

当然,这些与扩容无关,所以暂且不表。

DPoS 在扩容领域,最大的特点就是让 21 个「高性能超级节点」来处理所有的事务,包括打包,出块,验证等等。

这里有个概念要特别强调,即「高性能超级节点」,后面我们讲其他扩容方案的时候,你也会经常看到。

DPoS 本质上来说依旧是 PoS,但区别于普通的 PoS,为了提升整个网络的性能和 TPS,DPoS 对于节点的要求比之前的 PoS 高了无数倍,要求节点拥有超高的运算性能与足够的带宽,尽可能的提升整个链的处理能力和节点之间的通信速度,相当于是把传统 PoW,PoS 里面木桶理论中所有短的木板统统消除,只用 21 块基本上等长又结实的木板来做这个桶。

DPoS 这 21 个节点是通过 Token 持有者链上投票选举出来的。

后面 DPoS 的各路变种,LPoS,BPoS,NPoS 等共识机制,以及后面许多的新型公链 - 比如 IOST,Algorand 之类,其实都有着 EOS 的影子,只不过节点数量不再是 21,DPoS 里面的 D 去掉,节点的方式从直接投票生成变成了委托投票,或是可验证随机函数指定等方式等生成,对于节点硬件的要求没有 EOS 那么「变态」,然而高性能依旧是必须的。

很有意思的是,目前所有这些「XPoS」里面,最能打的,反而是年龄最小,几乎没什么原创,只是单纯 Fork 了 ETH 然后把共识机制从 PoW 变成了 DPoS 的 BSC,不知道算不算是一种讽刺。

但不管怎么说,高性能节点从 EOS 的 DPoS 时代,算是正式进入了区块链「矿工」阶级,不仅趋向中心化,但凡区块链项目,都会存在。

大区块:BCH、BSV

大区块是一个比 DPoS 更加「直观」的扩容方式。

既然现在 TPS 这么低,主要原因就是因为一个区块里面可以容纳的交易太少,那我把区块扩大 10 倍,甚至 100 倍,从 1M 提升到 10M,100M,甚至 1G,TPS 不就相应的扩大了 10 倍,100 倍,1000 倍了么。

大区块主要是围绕着 BTC 扩容,与 ETH 无关,也诞生了区块链历史上著名的 BCH 与 BSV 分叉事件,三大阵营口水战了数年不止,基本上谁都无法说服谁,颇有当年「基督教」分叉的既视感。

(图片来源自网络)

这其中,BCH 算是「温和大区块」流派,认为区块大小应该随着网络的需求和互联网的技术进步逐步提高,BSV 则是「极端大区块」流派,一开始就把区块大小提升到很大,后来更是开放了「无上限区块」的扩容方案。

然而简单提升区块大小并没有想象的那么简单,18 年末 BCH 的压力测试,有 16% 的全节点掉线,无法同步数据;19 年 4 月,BSV 的压力测试则造成了 6 个区块的重组。节点掉线,区块重组,孤块等一系列问题,会随着单个区块数据(非区块上限)的逐步增大而逐渐显现出来。

以 BSV 为例,在 BSV 的构想中,最终的成熟形态,应该是类 EOS 那种超级节点风格,甚至比 EOS 更高的硬件和带宽要求,差不多是数据中心级别。最终通过市场的优胜劣汰,留下几家或是十几家「超高性能超级节点」来做矿工。只不过不是投票,而是依旧保持纯正的 PoW,强调的并非节点数量或是「去中心化」,而是「Permissionless」(无许可)。

你看,高性能节点,又在这里出现了。

关于使用高性能节点是否伤害去中心化这个区块链最为重要的特性,依旧是一个当前有所争论的话题,而大区块,无疑是高性能节点的一个前排代表。

两个项目在智能合约的方向上也走出了完全不同的道路,BCH 最早开始起草的是虫洞协议,后来宣布失败,走回了纯电子现金路线,再后来 BSC 火了之后,开始开发一个叫做 SmartBCH 的侧链,类似于 BSC,走兼容 EVM 的路线,据说已经基本完成,相信大家很快就能体验到了。

BSV 则是一开始就坚持打造原生的 PoW+UTXO+脚本,来实现类智能合约的功能,目前也有了不错的生态。SmartBCH 的竞争对手是 ETH 的各个侧链以及 L2,BSV 则是一开始就把 ETH 本身作为竞争对手来看的。相信至少还得有三五年,大区块这种扩容方式是否可行或是证伪,市场才会给出一个相对确切的答案。

侧链:Matic、Skale、BSC、Heco、Near、Avax、Fantom

严格意义来讲,侧链本身只是一个概念,并不能算是一种具体的扩容技术手段。

比如当前的 Matic 和 Skale 就是侧链,都是 PoS 链,他们的共识机制有所不同,但都是为了 ETH 而服务,他们最开始的目的便是扩容 ETH。

BSC,HECO 这种「交易平台链」,直接 Fork 了 ETH,然后共识改成 DPoS,ETH 上面的很多资产也能跨过去,所以也可以算是 ETH 的侧链。

Near 是分片,Avax,Fantom 是 DAG……他们一开始的定位是一条原生的高速链。但不管什么技术手段,只要他们做了一个去 ETH 的桥,那么便可以某种意义上看成是 ETH 的侧链。

如果 EOS 上面做了一个桥,连接到 ETH,那么你也可以说 EOS 是 ETH 的一个侧链。

当然,侧链的概念其实是相互的。比如波卡,上面有类似 Moonbeam 这种平行链来负责「桥接」ETH,一开始肯定会有许多 ETH 上面的资产通过桥到波卡上,你感觉波卡也可以算 ETH 的侧链。

但如果某一天波卡上面的资产比 ETH 更丰富,市值比 ETH 更大,许多原生资产反过来通过桥从波卡去了 ETH 上,那是不是也可以说,ETH 是波卡的侧链?

所以侧链本身是个相互的概念。只是当前 ETH 基本一家独大,几乎所有的有价值资产都在 ETH,ETH 自身性能又弱,所以会让人感觉所有「搭了桥去 ETH」的链,都可以算是 ETH 的侧链。

每一条侧链本身就是一条独立的区块链。性能,安全等等都完全取决于自身链的节点,与 ETH 没有任何关系。清楚侧链与 Layer2 的区别,是考验你对区块链扩容(此处特指 ETH 扩容)理解是否透彻的一个关键问题。

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