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区块链网络日益拥堵 如何解决扩容问题?

2018-12-11 11:27

来源: 通证通研究院

链下扩容方案及工作流程解读



4.2 链下扩容

第2层扩容,即链下(Off-Chain)扩容,不改变公链基本协议,通过链下在应用层进行改进提升扩展性。第2层扩容允许用户在客观上没有第1层安全的环境中进行交易,安全性由第1层支持,具体包括状态通道(State Channel)、侧链(Side-Chain)、跨链(Cross-Chain)和链下计算(Off-Chain Computation)等方案。

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(1)状态通道。状态通道的思路是将部分交易转移到链下,只将通道开启和关闭时的状态记录在区块链上。区块链由结算平台变为清算平台,状态通道内的交易视为结算,在链下实现,需要脱离状态通道进行交易时视作清算,通过区块链实现。这样大大降低了区块链上的交易数量,间接提升了交易处理能力并相应降低了交易手续费。如闪电网络(Lighting Network)和雷电网络(Raiden Network)就是采用了状态通道方案。

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状态通道的简化工作流程如下:

1)A和B之间开启状态通道,将通道开放记录在区块链上。

2)通道在任意时间内保持开放,A和B可以进行无限次交易,每次交易更新状态,但不提交到区块链上。

3)A和B想要关闭状态通道时,将最终状态记录在区块链上。

其中第1步和第3步包含区块链上的操作,需要支付交易费并等待确认,第2步完全在链下进行。

(2)侧链

侧链这一概念是相对主链而言的,通过将部分操作转移到侧链以解决主链的性能和功能瓶颈等问题。以Plasma为例,Plasma是运行在根链(ETH主链)上的一系列智能合约。Plasma区块链为树状结构,每个分支为一条子链,一般情况下只将子链区块头的哈希值提交到根链,用于验证区块有效性。当有欺诈证明被提交到根链,区块会回滚并且惩罚区块创建者。由于根链只需要处理子链的少量提交,根链的交易负荷有效降低。Plasma与状态通道的主要区别在于并非所有参与者都要在线更新状态,参与者也不需要把数据提交到根链执行和确认。

举例:法院体系中下级法院可同时处理多起案件,上级法院监督下级法院,当有人质疑下级法院的判决可以上诉。

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(3)跨链

相比于侧链,跨链的概念更加广泛,跨链方案的主要目的是实现资产、状态等跨链转移交换,链与链之间不仅仅是主侧的关系。以Cosmos为例,其网络由Hub(枢纽)和Zone(分区)两部分组成,每个分区可以拥有多种通证,分区之间通过枢纽进行交易,因此跨链方案除了能够实现资产、状态的跨链转移交换也可将链上交易转移至链下进行从而减轻链上交易处理压力。

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Cosmos基于Tendermint共识,支持交易快速处理。Tendermint共识过程与BFT类共识类似,开始时节点对新一轮的区块进行提议,合格的提议区块在预投票(Prevote)环节获得2/3以上投票则进入预认可(Precommit)环节,再次获得2/3以上的预认可后即获得正式认可(Commit)。

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(4)链下计算

链下计算最初针对ETH提出,由于ETH存在区块GasLimit,计算量较大的交易消耗gas较多将导致拥堵(比如单个区块只能打包一笔交易)甚至无法执行(单笔交易消耗gas超过区块GasLimit)。链下计算的思路是将复杂的交易放到链下执行,执行结果提交回链上,减轻链上处理压力。

以Truebit为例,Truebit由求解游戏和验证游戏构成。

求解游戏中,求解者执行智能合约的计算,同时提交押金和问题结果,如果正确,返还押金并获得奖励,如果求解者欺诈,押金将被没收。

是否存在欺诈通过验证游戏解决。验证者在链下对求解者的工作进行检查,如果没有验证者发出质疑,系统将会接受结果,如果出现质疑,由裁判在链上裁定质疑,链上裁定的工作量与链下执行任务的工作量相比微不足道。如果确实存在欺诈,则没收欺诈者的押金,如果不存在欺诈,质疑者将为误报消耗的资源支付一定的费用。

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第n层(Layer-n)扩容。在第2层扩容的基础上有人提出了第n层扩容,即第2层扩容的进一步延伸,比如,在从ETH分支的Plasma链的基础上,可以创建更多的Plasma链。

4.3 第0层扩容

第0层扩容通过优化区块链底层数据传输协议提升区块链可扩展性,不改变区块链的上层架构。如bloXroute通过提升节点间区块传播速度,从而在保证非中心化和安全性的基础上显著提升链上可扩展性。该项目通过提供BDN(Blockchain Distribution Network,区块链分布网络)提升节点之间通讯的速度,改善节点同步情况,各节点通过bloXroute提供的对等节点(Peer Node)接入BDN网络,对等节点作为区块链应用程序和BDN的中间网关。

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