为什么比特币需要扩容？为什么扩容是区块链最大的问题

目前区块链平台的安全问题可以用一个简单的类比来解释：

在 2000 年代初期，互联网非常缓慢。 那时，如果您有博客，用户访问它既费时又费钱。 人们注意到了这个问题，也认识到了互联网的用处。 为了解决这个问题比特币扩容方案有哪些方式，已经做出了许多努力来改进因特网的基础设施和设计。 同时，人们还建造了更强大的硬件来运行这些互联网设施。

由于这些改进，互联网变得更快、访问成本更低。 以前，开发人员只能创建一个网页。 但现在，开发人员可以在改进的基础架构上构建 Facebook、Google 和 Twitter 等网站。 由于互联网的速度和容量大大提高，所有这一切都是可能的。

区块链技术也面临着类似的问题——缓慢且昂贵。

许多区块链公司致力于构建可扩展的基础设施，使区块链平台成为未来的主流。 一旦那一天到来，人们不仅可以使用区块链进行支付，还可以在其上构建类似于谷歌和 Facebook 的应用程序。

01区块链和可扩展性问题

在解释扩容问题之前，必须先解释一下吞吐量的概念。 假设你在火车站等车，每趟车间隔一个小时，只能做10个人。 一旦火车满员，第十一位乘客只能等待下一班火车。 打个比方，乘客代表交易，比特币或以太坊等常见的区块链平台平均每秒可以处理约 10 笔交易。

相比之下，像 VISA 这样的支付公司目前平均每秒处理 5,000 到 8,000 笔交易。 处理任务的速率称为吞吐量。 与 Visa 等支付平台相比，区块链平台目前的吞吐量非常低。

现在假设你们在同一个火车站，但这次又有一百人想乘坐这列火车。 火车到了，售票员看着人群说：“出钱最多的十个人可以上车。” 你赶时间，所以你花了很多钱买票上车。

由于区块链平台的吞吐量低，交易费用不断上涨。 例如，在拥挤的区块链平台上，一笔 10 美元的交易可能会花费 2 美元的交易费用。 因此，速度慢、成本高是阻碍互联网主流交易向区块链平台迁移的巨大障碍。

02完善产能扩张

为了提高区块链平台的主流接受度，这些平台需要扩展。 区块链公司为此提出了几种解决方案。

2.1 增加区块大小

第一种也是最直接的方法是增加块大小。 回到火车类比，这意味着将火车的容量从 10 人增加到 20 人。 这样，火车可以在给定时间运载更多乘客，从而减少车站的拥堵。

比特币目前的区块大小为 1MB，将其增加到 2MB 可以使其每秒的处理能力增加一倍。 块越大，每秒的吞吐量就越高。

但这在实践中是有问题的，假设你将块大小从 1MB 增加到 1GB，当你创建一个块时，你必须将它传输给网络中的其他人，而网络无法足够快地处理巨大的文件。 就像你用邮件一样，当你上传一个大文件时，邮箱是不会接受的。 这就是增加块大小的问题，你不能超过某个点，所以这个解决方案的能力是有限的。

2.2 链下解决方案

第二种可能是链下解决方案，比如比特币的闪电网络、以太坊的雷电网络、Neo 的本体网络。

在当前情况下，每个交易处理都必须经过网络中每个节点的验证。 （节点是运行算法和处理事务的计算机。

例如，你想在一个月内每天从一家特定的咖啡店买一杯咖啡，咖啡的价格是 1 美元，但在网络上每天交易 1 美元是非常昂贵的，你不想挤满整个互联网。 因此，您与咖啡馆老板签订了合同。 合约规定你每天必须支付一个代表1美元的token作为咖啡费。 您向网络发送交易以标记合同开始，并在 30 天后发送交易以标记合同结束。 合同结束后，咖啡馆老板可以在网络上将这 30 个代币兑换成 30 美元。

因为这些是在区块链网络之外发生的私人协议，所以它们被称为链下解决方案。 这种交易系统的缺点是整个过程都集中在托管这些链下交易的服务器上。 这些链下网络也是黑盒子，其透明度和安全性值得怀疑。

2.3 代理共识协议

目前的区块链网络处理速度很慢，因为网络中的每个节点都必须参与处理。 如果网络中有一千个节点，那么这千个节点都必须参与处理网络中的每一笔交易。

如果一个社区有1000个人，每个人都要达成一致，不仅过程漫长，而且非常混乱。 相反，如果你从社区中选出10个代表，任命他们为社区的管理员，让这10个人投票，会更快更容易达成共识。

同样，您可以委托一组节点来运行协议并就交易达成一致，代理节点的共识将代表社区的共识。

大多数可扩展的区块链项目都使用此协议。 为了加入治理联盟，社区成员必须注册兴趣并通过测试（称为股权证明或权威证明）。 如果他们成功通过，他们将获得加入治理联盟并运行共识协议的授权。

2.4 分片技术

分片技术是一种将网络切分的链上扩容解决方案，但分片在数据库领域并不是一个新概念。 分片技术将大型数据库分成更小、更快、更易于管理的部分，称为数据分片。

为了展示它是如何工作的，现在假设您有五个步骤的问题。

想象一下，你班上有 10 个学生可以帮你解决这个问题，这个问题可以分成 5 个并行的步骤。 所以你把全班分成 5 组，每组两个，每组解决一个子任务。

一旦一个小组完成了它的子任务，信息就会传递给老师，老师汇总五个小组的所有答案并将完整的答案传递给所有小组。 这样，即使小组在不知道其他小组在做什么的情况下专注于他们的子任务，最终所有参与者都会有一个答案。

在这个例子中，学生是网络上的节点。 一个类是网络中的所有节点，一个组是一个分片。 教师代表目录服务委员会 (DS)，它本身就是一个分片。

如果将比特币网络比作教室，学生将不得不自己弄清楚每一步，这将花费更长的时间，并且会给每个参与者带来更大的负担。

但是有了网络分片，如果你有 10,000 个节点，通过工作量证明过程，它们将被随机分成 10 组，每组称为一个分片。 每个分片处理一组不同的数据，并得出组内一致同意的答案。 然后每个分片将这些数据的汇总报告提交给一个称为目录服务委员会的分片，该分片协调不同分片的数据汇总并将它们组合起来形成一个更大的数据集，称为最终块，最终块的数据将返回到所有分片。

从上面的分析可以看出，分片技术是一种去中心化、安全的链上扩容方案，具有线性扩容能力——即节点越多，获得的吞吐量越大。

分片技术有两种类型：网络分片和状态分片。 以太坊正在开发的技术是状态分片。 这两种技术的区别在于，在网络分片中，不是每个节点都必须处理每条信息，而是每个节点都必须存储来自网络中其他分片的信息； 如果使用状态分片，每个节点都只存储它们处理过的信息的一个子集。 这样虽然减轻了各个节点的负担，但是分片之间的互通会变得复杂。

03 分片技术的缺点是设计和部署复杂

部署一个简单版本的分片很容易，但要让它正确、安全地工作却很困难，这就是为什么现在很少有团队在研究它。 与最简单的解决方案相比，增加块大小只需要调整一个参数——块大小，吞吐量就会增加。 但是当引入分片技术时，需要考虑的事情很多。

如何合理划分群成员？ 如何分配任务？ 所有这些都增加了系统的复杂性。 但如果做得正确，系统将是分布式的、安全的，并且可以线性扩展。

04宽带和存储容量是所有扩容方案的通病

对于比特币和以太坊这样的区块链平台，这个问题并不严重，因为它们的吞吐量很低。 比特币和以太坊每秒处理 10 笔交易比特币扩容方案有哪些方式，以目前的速度，一年的所有交易数据将达到数 GB。

但是当我们每天处理数亿笔交易时，数据可能会爆炸。 为了存储所有这些数据，我们必须找到更好的存储解决方案，这不能通过网络分片直接解决。