科普：什么是鏈上擴容和鏈下擴容？_區塊鏈:區塊鏈的未來發展前景分析

區塊鏈項目里，很多人對比特幣(BTC)最為熟悉。然而，比特幣網絡每秒最多只能處理7筆交易，超過的交易只能按順序排隊等著。

最擁擠的時候，有超過15萬筆的比特幣交易在排隊等候處理（注1）。也許，你會嘀咕：這種性能的比特幣怎么和微信、支付寶PK呢？

確實，這個問題——擴容，早已成為區塊鏈（不僅僅是比特幣）的重點優化方向。

那我們需要多高性能的區塊鏈呢？

很多人會把Visa、或者雙11時淘寶的峰值交易處理速度作為區塊鏈的性能優化目標。

事實上，在一些特殊場景下，這個性能也可能是不夠的，比如將區塊鏈應用于物聯網時，對終端和設備的實時訪問控制需求，就需要極高的數據傳輸和處理速率。

IMF今日發布的加密貨幣科普視頻實為兩年前舊聞，且存在諸多疏漏:國際貨幣基金組織IMF今日在推特上發布了一條關于加密貨幣的科普視頻，這段時長兩分鐘的視頻最初發布于2018年6月。該視頻稱加密貨幣是“貨幣進化的下一步”，但沒有特別提到DLT、區塊鏈，甚至是代幣名稱等術語。BTC、XRP和ETH只出現在說明加密交易的圖形中。盡管這段視頻到目前為止已經獲得了超過13.7萬的點擊量和2900個贊，但來自加密社區的許多反應都是批評的，他們指出了信息中的漏洞和似乎具有誤導性的措辭。

Reddit用戶nanooverbtc稱：“他們犯了很多錯誤，比如把私鑰稱為密碼。”該視頻也沒有討論挖礦或加密貨幣供應。Kraken策略師Pierre Rochard等知名人士表示：“可證明的稀缺性是比特幣有趣的原因，你忘了提這一點。”（Cointelegraph）[2020/8/24]

因此，如果要用區塊鏈來構建價值傳遞網絡，有人認為它的性能至少應該以目前整個互聯網信息的數據實時處理速度為目標(包括每秒200萬封郵件、6.5萬次google搜索、7.2萬次youtube視頻等、以及53TB的數據流程。數據出處見注2)，這已經絕非簡單只用每秒處理量(TPS)來要求了。

人大附中物理老師李永樂科普拜占庭將軍問題和區塊鏈:5月14日，人大附中物理老師、科普視頻網紅李永樂在其公眾號發布視頻《拜占庭將軍問題是什么？區塊鏈如何防范惡意節點？》。李永樂老師在視頻中對拜占庭將軍問題和區塊鏈進行了講解，他表示，拜占庭將軍問題本質上指的是，在分布式計算機網絡中，如果存在故障和惡意節點，是否能夠保持正常節點的網絡一致性問題。在近40年的時間里，人們提出了許多方案解決這一問題，稱為拜占庭容錯法。例如蘭波特自己提出了口頭協議、書面協議法，后來有人提出了實用拜占庭容錯PBFT算法，在2008年，中本聰發明比特幣后，人們又設想了通過區塊鏈的方法解決這一問題。區塊鏈通過算力證明來保持賬本的一致性，也就是必須計算數學題，才能得到記賬的權力，其他人對這個記賬結果進行驗證，如果是對的，就認可你的結果。與拜占庭問題比起來，就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]

如何在目前區塊鏈有限處理能力的基礎上進行提升呢？

聲音 | CNBC主持人：加密貨幣最大的缺點之一就是難以向外行快速科普:CNBC主持人Ran NeuNer近期發推稱，加密貨幣最大的缺點之一就是很難向外行快速解釋。當人們要求我向他們解釋比特幣時，我知道他們至少需要一個小時才能真正理解。[2019/9/10]

這其中存在著巨大的挑戰和機會，近幾年，眾多擴容方案紛紛登臺亮相，總體上，它們都來自于兩大陣營：鏈上擴容和鏈下擴容。

最先登臺的是鏈上擴容派，也常被稱為layer-1擴容。

所謂鏈上，顧名思義，就是直接在區塊鏈上動手術，直接修改區塊鏈的基礎規則，包括區塊大小、共識機制等。拿修路打個比方，如果車多路堵了，最直接的就是把原來的雙向二股車道擴充成四股，再不夠就改成六股、八股。

中科院自動化研究所將面向大中小學生開展區塊鏈等主題的科普講座:5月21日，新華網訊，今年，中國科學院自動化研究所將舉辦第十四屆“自動化之光”公眾科學開放日活動。屆時，自動化所將面向大中小學生分別開展《腦與智能》、《區塊鏈技術與平行智能》、《大數據時代的視覺智能》、《動畫真奇妙》等4個主題報告，用實例和生動的演示深入淺出地為大家揭示智能技術的原理和奧妙。[2018/5/21]

比特幣現在每秒只能處理7筆，直接原因是出塊慢、區塊容量小，那就把出塊速度提高、區塊變大。

比如萊特幣（LTC），在比特幣代碼基礎上，把出塊速度從平均10分鐘左右，提高了4倍到每2.5分鐘出塊；還有比特幣現金(BCH)，也是在比特幣基礎上，把區塊從1M大小直接提到32M，處理能力提高了32倍；還有采用相對復雜的分片方案，把原來全網共同處理每一筆交易，優化成多個小組并行運作，在同樣的時間干更多的活，等等。

鏈上擴容這種方式比較直接，不過也和道路直接擴充一樣，有點折騰，或者說很難一步到位。好不容易實現了擴容，更高性能需求的應用場景又出現了，需要不斷地超越自己。而且，因為所有交易仍然需要在區塊鏈這個分布式系統中進行數據同步，整個網絡的性能瓶頸會取決于其中單臺服務器的處理性能。

所以，通常會認為鏈上擴容方案在性能上會存在難以逾越的天花板。

于是，從2018年開始，涌現了越來越多的鏈下擴容方案，也常被稱為Layer-2擴容方案。

鏈下擴容和鏈上擴容是相對的，鏈下擴容陣營換了種思路，他們不直接改動區塊鏈本身的規則（區塊大小、共識機制等），而是在其之上再架設一層來做具體的活，只將必要信息、或需要共識參與（如數據出錯、發生糾紛時）時才與區塊鏈進行信息交互和傳播。因為擴容本質上沒有發生在區塊鏈上，因此這類方案被直觀地稱為鏈下擴容。

仍然拿道路擴容打比方的話，鏈下擴容不是在原有道路上擴充，而是在現有路線上架個可以四通八達的高架、或者隧道，普通汽車都上那兒開，原來的路不到萬不得已盡量不用。

鏈下擴容方案中，大量的事務通常只在參與節點間直接交易，不會進行全網傳播，效率直接取決于節點間的網絡性能，顯然效率更高。而且因為沒有全網廣播 ，信息不能公開可查，通常隱私性也更高。

因此，鏈下交易性能不受原有區塊鏈性能的影響，鏈下擴容的性能目標沒有最高，只有更高。

鏈下擴容主要包括狀態通道、側鏈等解決方案，閃電網絡就是鏈下擴容的代表選手之一。

在閃電網絡中，交易雙方可直接構建通道，之后便可在通道內點對點實現任意多筆零確認的交易，只需要在通道開啟和關閉時才跟區塊鏈“打個招呼”，在全網傳播確認即可。

它不需要修改比特幣的共識算法，比特幣網絡從每筆交易的處理者，后退一步，僅處理少量關鍵交易，或在交易出現糾紛時進行處理以“主持公道”。這樣的工作量現有性能即可滿足。

當然，鏈下擴容也并非完美，其方案也伴隨著是否會帶來中心化、或者數據可能會被修改等等疑慮。

不過，作為普通用戶，通常不會考慮具體采用了哪種解決方案的。隨著區塊鏈商業應用場景的落地，哪些解決方案能更好地解決問題，并且不影響使用體驗，就很可能會在擴容方案中勝出。

你更看好鏈上擴容還是鏈下擴容，還是兩者都看好？為什么？歡迎在留言區留言。

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