以太坊扩展野望之：解决方案和权衡 - 区块链技术 - BitMere

以太坊的扩展年，这里有一些解决方案以及相应的权衡。

首先，如果您对各种虽然深入但容易理解的扩展技术感兴趣，请阅读JoshStark关于第2层扩展解决方案的内容（编者注：中译本见文末超链接）。

我也会在这里介绍/总结它们，但您应该大致了解交易分片、状态分片、状态通道（支付通道是其子集版本）、Plasma和Truebit。

太长不看版：第2层还没有来，并且再等6-12个月也不会。我们现在可以做的最好的事情是修复区块链网络的用户体验，即“信任但验证”积极的状态转换。

在XLNT我们正在与gnarly一起解决这个问题。欢迎来到XLNT.chat的#gnarly频道进行讨论。

首先，从哪儿开始扩展？

我们已经理解了第一层，第二层和第n层扩展解决方案的概念。

第一层解决方案是核心协议级别扩展，如各种分片方法，它们必须是共识协议的一部分才能正常运行。

第二层协议差了一个维度，它通过利用第一层协议（如以太坊）进行操作，并允许用户在客观上没有第一层安全的环境中进行交易，但其安全性由第一层解决方案支持。例如，如果状态通道中存在欺诈，则用户可以提交由第一层网络验证的欺诈证明。同样在Truebit中，如果对解算器（solver）提出的链下计算解决方案存在分歧，那么质疑者可以通过在以太坊上玩验证游戏“将解算器带到法庭上”。在乐观的情况下，我们使用可以被整体信任的网络子集来计算信息，即便悲观的情况下，我们已经恢复到第一层共识的安全性，最终仍然能得到一个正确的答案。

第n层解决方案是我们创建的这些想法的延伸，例如，从以太坊分支的Plasma链，我们可以创建更多的Plasma链，将第一个Plasma链作为基链。如果n级Plasma链被驱逐，它可以恢复到其根链的安全性，如果根链也受到攻击，它也可以恢复到其基链的安全性，如此一直回溯到以太坊主链。

第一层和第n层解决方案之间的区别在于提供的不同安全属性。最佳解决方案是第一层，因为它可以保证（在矿工看来）所有状态转移的安全性，而不会有任何妥协。也就是说，你的所有内容都将在此安全环境中计算，因此你的状态转换会相对区块确定性的失败或成功（因为你的状态转换是共识机制的一部分）。

而对于第二层解决方案来说，由于状态转移不是第一层区块链的共识机制的核心，因此第二层方案依赖于其它的安全保证。例如，第二层Plasma链可以在权益证明或权威证明下运行，在此环境中以牺牲部分安全性为代价允许更高的交易吞吐量。

第二层解决方案的主要优势在于，一旦我们确定可以回退到较低层级的安全环境，攻击就会变得不合逻辑，我们将看到唯一的攻击类型是来自具有恶意，但不理性的攻击。

第二层解决方案的主要缺点是，当发生攻击或欺诈时，恢复到主链安全性的过程代价非常高，并且通常用户体验非常差。例如，在Truebit中，因为要花O(log(n))步来定位解算器的错误，因此就要在O(log(n))个以太坊区块之后才能揭晓。每步15秒，意味着在最坏情况下可能需要花费数小时和数千美元来挑战解算器。通常来说，攻击第n层解决方案代价非常高，但恶意用户可能会愿意支付该成本以破坏网络。同样，许多第二层解决方案依赖于经济上的安全性，这种安全性基于“花钱来攻击系统不划算”的想法，但如果其中的经济要素没有得到完美模拟，这肯定会是一个缺点。

其次，你要扩展什么？

“扩展”涵盖了很多方面，分布式区块链的不同方面都可以扩展，每个方面都需要不同的技术、架构和权衡。

事务（Transaction）扩展

一种主流的方法是事务分片，比如Zilliqa。通过并行执行交易，允许更高的吞吐量。值得注意的是，这种技术并没有像许多Casper实现那样尝试分割区块链的状态。据我所知没有一个成功实现事务分片的生产环境网络。

区块链空间扩展

这会使区块链变得非常大。如下图所示。

数据非常大。Casper及其变种试图对区块链的状态进行分片，因此独立的节点可以是完全的（full）、验证节点（validatingnode），且无需存储臃肿的状态。

还原状态转换扩展

状态通道

假设我们有某种状态，如两个不同用户的余额，经历了许多频繁的小变化。如果我们可以完全在链下协商并且快速交易，然后只有在各方满意时才提交最终状态，那就很酷了。这就是状态通道（针对支付的用例被称为“支付通道”）。

状态通道的主要缺点是，它要求你与所有想要进行状态转换的人“打开一个通道”。因此，如果我想付钱给你，我必须开一个状态通道，这需要质押金钱（还是加密经济安全性），然后关闭通道（成本还更高）。在简单的情况下，额外工作并没有提供任何好处，但它确实提高了效率，将多个状态转换压缩到单个状态转换，可以支持小额支付或点对点游戏逻辑。你也可以像雷电或闪电网络那样通过中间人使用状态通道，这可能会缓解大部分不利因素。

一般而言，状态转换具有最终确定性，但该确定性是以“质疑期（Challengeperiod）”为代价的（仅在单边退出的情况下）。质疑期让一位参与者有时间窗口提交另一位参与者的欺诈证明，从而使双方提议的状态变化无效。从用户体验的角度来看，这个质疑期非常烦人，因为要渡过质疑期，状态通道关闭的最终状态才能实际使用。

闪电和雷电网络正在开发针对支付的通道。Counterfactual正致力于以太坊的通用状态通道实施。观看他们最近在ETHDenver2018上的演讲，了解一些很棒的信息。

https://www.youtube.com/watch?v=kZH_ty82jKY&feature=youtu.be

状态通道还没有完成，周期可能要6-12个月，因为整个生态系统并没有意识到这些东西实现起来比听起来更难。

Plasma

从比较抽象的角度看，Plasma是区块链的经典实现，当需要更高级别的安全性时，它能够在攻击的情况下以“基链”的视角重放其状态转换（主要的就是如果Plasma链发布了无效的状态转换）。它允许不同的参与者加入和离开Plasma区块链，这意味着它对于多方通信更合理。它与状态通道有类似的缺点，因为基础链的逐出过程需要大量计算与时间，会极大地破坏网络以及用户的网络体验。

理想情况下，一旦我们证明驱逐有效，理性的恶意参与者就不会发动攻击，但恶意用户仍然可以攻击网络。由于防御机制，这种攻击因为成本太高而不可行，但该防御机制也增加了普通用户的使用负担。L4的文章中还包含许多其他攻击面和缓解措施。

Plasma的主要缺点是它还需要一个“挑战期”来敲定由Plasma区块链管理的状态，但是，因为它设计的时候考虑多方，状态转换要在挑战期结束之后才能最终确定，导致额外的不确定性。

从开发时间上来说，Plasma要花的时间远远超过状态通道，并且实际上在接下来的10-16个月内都不能用于生产。OmiseGo以及以太坊基金会是Plasma的管理者，并正在开发它以用于去中心化交易协议。还提出了“最小可行Plasma”，一些团队正在研究它，但时间表尚不确定。

通用计算扩展

Truebit扩展了交易的“大小”，因为它允许部分计算由网络的一个非常小的子集完成，但这是由于全网都信任协议的加密经济属性。这主要适用于非常昂贵的交易，例如工作量证明的验证，概率视频编码验证，Bulletproof验证，Plasma状态转换验证等。

与Plasma类似，Truebit可以回退到根链的安全环境，允许它乐观地离线执行通用计算，但在链上验证结果。这个过程既缓慢又昂贵，并且与之前的第二层解决方案具有相同的缺点。

修复第一层的体验，如何？

扩展分布式区块链网络非常困难（正如我们在过去2年时间看到的那样，扩展是一个热门话题）。我们现在可以实现的修复，只是提供比现有第一层解决方案更好的体验。这是gnarly的目标，它提供了用于面向用户的应用程序的积极状态转换。

您可以通过下面的链接详细了解gnarly的技术细节，但我们将主要讨论它为创建面向用户的应用程序提供的属性。

https://medium.com/xlnt-art/solv ... gnarly-51f5310e5543

Gnarly:

启用声明式、响应式客户端，

具有置信区间的“即时”更新，即积极状态转换，

积极的UI模式，即时因应预期的变化，但一旦获得可信来源响应就会恢复内容，客户端只需要知道当前状态是正确的，并且具有适当的信心以便开展业务，

友好的错误管理意味着（i）开发人员获得合理的错误环境，且（ii）消费者获得有关错误的解释，

友好的错误管理允许任何人知道（i）发生的事情和（ii）发生的原因以及（iii）该错误如何影响他们的行为，

支持从任意块重放到（i）引导稳定状态和（ii）在失败后恢复，

默认输出是针对graphql消费者客户端的

gnarly方法的主要优点是用户可以获得状态转换的即时更新。他们不必担心交易，他们不需要停止手上的事情来等待确认，他们可以立即对新信息进行操作，并且通常只需使用app。