区块链可扩展性解决方案——概述

区块链已经在现代技术领域建立了一个据点，对分布式账本研究的兴趣日益浓厚。去中心化的分布式账本技术旨在实现去中心化的交易管理。因此，任何节点都可以拥有按一定规则启动交易的特权，而不需要任何第三方来管理交易。

区块链的广泛采用导致基于区块链的应用程序介入我们的日常生活。随着区块链系统中用户数量的增加，可扩展性问题越来越多，需要引入可靠的区块链可扩展性解决方案。以下讨论让您详细了解解决区块链可扩展性问题的不同可能解决方案。

为什么可扩展性对区块链很重要？ 

可扩展性是区块链网络的一项重要要求，因为它是指网络支持更高交易吞吐量的能力。因此，可扩展性对于区块链的未来发展至关重要。随着区块链技术的采用，越来越多的用例不会影响完美可扩展区块链的性能。由于越来越多的采用而导致性能下降的区块链可能表明缺乏可扩展性。

此外，区块链三难困境的问题还表明，实现更高的可扩展性将以降低安全性和去中心化为代价。同时，值得注意的是，只有可扩展性才能帮助区块链网络有效地与传统的中心化平台竞争。那么，是否有可能找到不影响安全性和去中心化的区块链可扩展性解决方案？

改善区块链可扩展性的有前途的解决方案

由于可扩展性是主流区块链采用最突出的障碍之一，因此不可避免地要找到有效的区块链可扩展性解决方案。目前，您可以找到正在开发的不同类型的解决方案来解决区块链可扩展性问题。有趣的是，您可以在四个不同的类别中找到区块链可扩展性问题的解决方案。每一类解决方案都为解决区块链中的可扩展性挑战提供了独特的建议。 

1. 第一层可扩展性解决方案

“如何解决区块链中的可扩展性问题”的最重要答案将带您进入第 1 层解决方案。第一层或第一层解决方案需要更改主区块链网络的代码库。因此，第 1 层解决方案也称为链上扩展解决方案。第 1 层解决方案专注于改进区块链网络的核心特性和特性，例如增加块大小限制或减少块验证时间。流行的第 1 层区块链可扩展性解决方案包括分片、隔离见证 (SEGWIT) 和硬分叉。  

• 分片

分片是著名的链上扩展解决方案之一。它专注于将区块链网络划分为更小且易于管理的部分，称为分片。然后，网络将彼此并行运行分片。随着组中每个分片的交易处理卡，整个网络的处理输出将大大增加。将网络分解成更小的部分使网络能够作为其部分的总和发挥作用。分片基本上消除了依赖单个节点的速度以获得更快和更高的事务吞吐量的担忧。

• 隔离见证

隔离见证或SEGWIT也是第一层解决方案中区块链可扩展性解决方案中另一个值得注意的补充。SEGWIT 基本上是比特币区块链网络中的协议改进，专注于修改数据存储的方式和结构。它有助于删除与每笔交易相关的签名数据，从而为存储交易开辟更多容量和空间。需要注意的是，用于验证发送方资金所有权和可用性的数字签名在交易中占据了大约 70% 的空间。删除数字签名可以为添加更多交易腾出更多空间。

• 硬分叉

硬分叉是一个专注于对区块链网络的属性进行结构性或根本性改变的过程。例如，硬分叉可能涉及增加块大小或减少创建块所需的时间。虽然硬分叉是第 1 层区块链可扩展性解决方案的基本要求，但最有效的替代方案是有争议的硬分叉。有争议的硬分叉基本上意味着更广泛的区块链社区的分裂，社区的特定部分在特定问题上无视核心社区。在这种情况下，区块链社区的特定部分可以选择在底层代码库中实现结构更改。 

2. 第二层可扩展性解决方案

第一层解决方案或链上扩展解决方案的可行性在很大程度上取决于对主区块链网络的修改。然而，寻找如何解决区块链网络中可扩展性问题的答案的研究导致了链下扩展解决方案的发展。链下扩展解决方案是第二层或第二层可扩展性解决方案. 第 2 层解决方案基本上是在主区块链上开发的二级协议。辅助协议将是从主区块链“卸载”交易的地方。因此，第 2 层解决方案可以极大地帮助解决空间和网络拥塞问题。第二层解决方案的常见示例以状态通道和侧链的形式显而易见。 

• 状态通道

状态通道是第 2 层解决方案中区块链可扩展性的常见补充之一。状态通道通过不同的机制在链下交易通道和区块链网络之间提供双向通信。因此，它可以确保交易速度和容量的大量改进。需要注意的是，状态通道不需要矿工立即参与来验证交易。相反，状态通道作为靠近网络的资源，在智能合约或多重签名机制的帮助下集成。在状态通道上完成交易或一组交易后，相关区块链会记录“通道”的最终“状态”以及所有相关的转换。

作为区块链可扩展性解决方案的状态通道的一些显着示例包括以太坊的 Raiden 网络、Liquid 网络、比特币闪电网络和 Celer。然而，状态通道为了提高可扩展性而牺牲了一定程度的去中心化。 

• 侧链

侧链也是第 2 层解决方案中的首选之一，用于找出如何解决区块链中的可扩展性问题你的选择。侧链实际上作为与区块链相邻的交易链，尤其是在大批量交易的情况下。与原始链相比，侧链利用独立的共识算法。有趣的是，独立的共识机制提供了优化的可能性，以实现更高的可扩展性和速度。侧链通常在侧链和主链之间传输数据的机制中使用实用代币。在这种情况下，主链的重要作用将集中在维护一般安全性以及促进争议解决上。同样重要的是要注意侧链以各种方式与状态通道显着区分开来。 

您应该注意到，侧链交易不具有参与者之间的隐私价值，因为它们在分类帐上公开记录。此外，侧链中的安全漏洞不会影响主链或其他侧链。但是，同样重要的是要注意，您需要付出相当大的努力来设置侧链，因为您必须从头开始工作。 

• 等离子体

Plasma 也是第 2 层扩展解决方案类别中著名的区块链可扩展性解决方案之一。它基本上侧重于使用从原始区块链开始的子链，每个子链作为一个独立的区块链。子链处理自己的交易，同时利用相关主链中的安全性优势。每个子链的独立运行相互平行，为优化速度和效率提供了理想的机会。此外，子链可能有其特定的特征和规则集。因此，您可以为涉及处理特定类别交易的用例创建 Plasma，同时确保在具有更高安全性的类似生态系统中执行。 

• 闪电网络

闪电网络也是区块链可扩展性的链下解决方案中的一个显着例子。它专注于在私有链下渠道中利用主区块链网络上的智能合约功能。链下渠道可以以有限的费用提供更快的交易。最重要的是，闪电网络通过将交易从主链上移开来减少主区块链的负载。这样一来，用户就不必为挖矿费用而烦恼，也不必等待更长的时间来确认区块。

3. 可扩展的共识机制

您对“如何解决区块链中的可扩展性问题”的答案的搜索也将带您进入可扩展的共识机制。您可以找到为简化达成共识的过程而量身定制的不同共识机制。因此，可扩展的共识机制可以提供改进的可扩展性和交易吞吐量。可以服务于高效的区块链可扩展性解决方案的可扩展共识机制的一些值得注意的例子包括以下内容。 

• 委托权益证明

Delegated Proof-of-Stake 或 DPOS 是指类似于民主治理国家的共识机制。在这种情况下，代币持有者可以为网络上的交易选择验证者。根据系统的不同，委托验证者的数量可以从 10 到 100 不等，并且会定期变化。代币持有者可以很容易地投票淘汰表现不佳的验证者或恶意反对系统的验证者。因此，与工作量证明或股权证明等竞争机制相比，DPOS 是一种协作共识机制。在 DPOS 的情况下，代表负责共同确保区块的生产。尽管 DPOS 部分中心化，但 DPOS 区块链网络比传统网络具有更好的速度公共区块链网络。

• 权威证明

您还可以选择权威证明作为区块链可扩展性解决方案中的另一个多产条目。它是一种可扩展的共识机制，实际上提供了基于信誉的共识算法。选定的节点负责通过权威证明共识机制验证网络中的交易。节点作为系统管理员工作，具有指示区块链上交易状态的能力. 在基于权威证明的区块链系统的情况下，参与者必须保证他们的身份。因此，权威证明机制意味着需要一个全面而严格的筛选过程来选择验证者。权威证明中基于身份的模型和更高的吞吐量使其适用于私有的、许可的区块链系统。 

• 拜占庭容错

拜占庭容错或 BFT共识机制一直是解决拜占庭将军问题的可信工具之一。BFT 基本上指出了分布式系统的特征，这意味着需要不断地达成共识，尽管网络中存在许多对抗性代理。您可以发现拜占庭容错算法的许多变体作为区块链可扩展性的有用解决方案。

BFT 共识机制的三种不同变体包括实用 BFT、联合 BFT 和委托 BFT——

• 实用的拜占庭容错

Practical BFT 基本上提供了拜占庭容错算法的高性能变体。它可以支持大量的计算工作，同时只带来轻微的延迟改善。它基本上用作一个异步系统，具有一个主节点和一个备用节点不断相互通信。

• 联邦拜占庭协议 

联邦 BFT 或联邦拜占庭协议 (FBA) 基本上是指一种 BFT 变体，它强调通过仲裁切片和仲裁达成共识。Quorum 指出了在系统中达成共识所需的节点数量。quorum 又包含 quorum 切片的集合，这些切片由 2 个以上的节点组成。FBA 的另一个有趣特征是没有共识多数的交易的公共分类账的准确性和更新。相反，FBA 侧重于通过与仲裁切片相关联的所有节点的单独选择来定义仲裁。

• 委托拜占庭容错

委托 BFT 或 DBFT 也是多产的区块链可扩展性解决方案之一，具有许多高效的现实生活实现。DBFT 基本上是一种 BFT 变体，专注于将节点划分为两种不同的形式，例如普通节点和记账节点，也称为委托。DBFT共识机制就像一个国家的民主进程一样运作。代币持有者和普通节点可以投票给代表，这些代表是随机选择的，用于验证和确认交易。 

4. 可扩展的分布式账本

区块链技术只是更广泛的分布式账本技术或 DLT领域的子集之一。除了区块链，您还可以发现其他类型的分布式账本。有趣的事实是，这种类型的分布式账本不遵循与区块链相同的数据结构，用于将信息组织成一系列区块链。

作为区块链可扩展性解决方案的可扩展分布式账本最多产的例子是有向无环图或 DAG。有向无环图或 DAG 异步操作，从而暗示交易独立操作的可能性。DAG 利用线性数据结构，允许数据从前面部分流到后面部分。因此，DAG 可以处理几乎无限数量的交易。 

最后的话

对区块链应用程序的不断增长的需求导致了可扩展性方面的突出问题。更多用户和更多交易可能会使区块链网络拥塞并限制其处理交易的能力。虽然影响区块链可扩展性的潜在因素有很多，但各种各样的区块链可扩展性解决方案提供了急需的缓解。不同类别的不同类型的区块链扩展解决方案，例如第 1 层解决方案、第 2 层解决方案、可扩展共识机制和 DAG，为区块链可扩展性挑战提供了有效的解决方案。

但是，同样重要的是要注意，大多数可扩展性解决方案都处于开发的初始阶段。从长远来看，可扩展性解决方案在实际用例中的效率将影响区块链的主流采用。