區塊鏈:區塊鏈TPS的擴展性探索：為什么說BBP技術帶來卓越的性能改變？_有人拉你做區塊鏈

區塊鏈在元宇宙和web3世界中是操作系統一樣的基礎設施，其性能決定了未來數字經濟的發展歷程。現階段，區塊鏈普遍存在著交易數據處理能力較弱的問題。這使得比特幣和以太坊的性能無法與中心化系統相抗衡，從根本上制約了區塊鏈上諸多應用的開展。因此增強區塊鏈的可擴展性，也就是實現更高的交易數據處理速度（TPS）刻不容緩。

為了實現更高效的區塊鏈交易數據處理，不斷有人提出區塊鏈擴展容量解決方案。目前的擴容方案百花齊放。

業界一般將區塊鏈系統的六個層次數據層、網絡層、共識層、激勵層、合約層和應用層劃入三個Layer，由底到頂分別為Layer 0（L0）、Layer 1（L1 ）和Layer 2（L2）。Layer 0又稱網絡傳輸層，主要涉及區塊鏈和傳統網絡之間的結合問題。當前主流擴容方案大多從L1層和L2層著眼，鮮有通過改進L0層（網絡層）成功擴容的案例。

輕松集團執行副總裁馬孝武：區塊鏈技術用在保險方面使投買、理賠等整個鏈條服務更清晰:6月2日消息，2022第五屆華夏時報保險科技峰會今日線上舉行，輕松集團執行副總裁馬孝武指出，區塊鏈技術會用在保險方面，保險從前期的投買保險的過程以及后續的理賠、服務以及保障后續的一些核心的階段當中，都會使用到一個區塊鏈的技術，能夠讓整個鏈條服務更為清晰。這是整個智能匹配過程當中以用戶為中心，圍繞用戶需求，實現保險和健康資源的一個智能匹配，是一個完整的科技互聯網閉環。[2022/6/2 3:58:37]

Layer 1擴容方案又稱鏈上擴容，指在區塊鏈基層協議上實現的擴容解決方案。Layer 2擴容方案又稱鏈下擴容，指不改變區塊鏈底層協議和基礎規則，通過狀態通道、側鏈等方案提高交易處理速度。但是這些擴容方案無一列外的都以犧牲安全性為代價，也就是區塊鏈CAP理論的限制。

湖北：布局區塊鏈等前沿產業 建設湖北區塊鏈服務網絡:4月12日，《湖北省國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標綱要》發布。其中提到，布局區塊鏈等前沿產業，推動區塊鏈與人工智能、大數據、物聯網等技術的深度融合，加快區塊鏈技術創新、應用創新、模式創新，建設有全國影響力的區塊鏈創新發展集聚區。構建湖北特色“智信、智管、智理”區塊鏈應用服務生態，打造運營集中化、操作規范化、管理可視化的區塊鏈能力平臺。實施智能化傳感器規模化部署工程。建設湖北區塊鏈服務網絡。（財聯社）[2021/4/12 20:09:46]

而今年4月，來自深圳大學、香港中文大學的區塊鏈研究團隊提出了一種全新的L0層區塊傳播與驗證技術，即隱形區塊傳播（Bodyless Block Propagation, BBP）技術，不需要傳輸區塊且不損失安全性，突破了CAP理論。

陳曉豐：區塊鏈技術在金融領域的應用廣度和應用深度都得到提升:金色財經現場報道，2020年9月22日下午，區塊鏈行業應用反洗錢標準討論會在北京召開。杭州趣鏈科技有限公司質量標準部總監陳曉豐表示，區塊鏈技術作為“新基建”的重要支撐技術，在金融領域的應用廣度和應用深度都得到了很大的提升。趣鏈科技參與研制區塊鏈行業應用反洗錢的標準工作，將使金融領域的研究和探索進入了更深的層次，增強服務金融、賦能金融的能力和實力。[2020/9/22]

（公開在康奈爾大學在線學術網站arXiv上的論文信息）

該論文的作者們注意到，在當前的公鏈中，交易都存在重復傳輸和串行驗證的問題。交易的重復傳輸是說，交易本身會單獨在全網廣播傳輸一次；交易被打包進區塊后，又會隨著區塊一起在全網廣播傳輸一次。交易的串行驗證是說，交易打包進區塊后并在全網廣播，各驗證節點收到該區塊后再進行驗證。由于這些問題的存在，區塊包含交易越多，其在網絡中傳播和驗證的速度就越慢，這就極大制約了區塊鏈的TPS。BBP要實現的就是通過消除區塊中的交易數量對于傳播時間的制約以及減少區塊驗證時間來提高TPS。

聲音 | 中國工程院院士吳光輝：利用區塊鏈等技術保護知識產權:據解放日報消息，3月13日，十三屆全國人大二次會議上海代表團舉行全體會議。中國商用飛機有限責任公司副總經理、黨委委員、中國工程院院士吳光輝建議，構建行政、司法、技術三位一體的保護機制。充分利用區塊鏈、云計算、大數據、人工智能等信息技術，實現知識產權保護的確權、監測、維權一體化。加強對打擊侵權行為、保護知識產權工作的宣傳力度。[2019/3/13]

具體而言，BBP技術只在節點之間傳輸區塊頭，各節點對新區塊的交易進行預測和提前打包、提前驗證，這樣區塊在傳播過程中對新區塊的驗證就只是將預先計算的全局狀態和嵌入在區塊頭中的全局狀態進行一個簡單的比較確認即可。因此，不管每個區塊中的交易量有多大，其傳播時間和驗證時間都只是一個區塊頭的時間（固定的），不再受到交易數量的制約，每個區塊也能容納下任意多數量的交易。同時，BBP技術利用了除出塊節點外，其他節點也在進行出塊計算的原理，將區塊傳播和區塊驗證從串行關系轉向并行關系。于是，BBP從基礎協議設計上來消除區塊中交易數量對于傳播時間的制約以及減少區塊驗證時間，徹徹底底地提高TPS，釋放區塊鏈的性能。

聲音 | 虹橋商務區相關負責人：海關利用區塊鏈技術對貨物狀態實時監管:虹橋商務區管委會商務處相關負責人接受采訪時表示，“保稅倉庫0租金”的政策扶植、海關通過區塊鏈的信息化系統，對貨物狀態實時監管，通過保稅展示交易模式，為企業節省了物流和資金成本。[2019/1/25]

（傳統區塊鏈中交易傳播、驗證和BBP中的交易傳播、驗證方案比較）

不過，要實現上述技術目標也并不容易，要同時兼顧很多方面的考慮和解決若干技術挑戰：

1、如何確保在預打包一個區塊體前，所有節點的預測都是大致相同的。由于去中心化的區塊鏈節點之間沒有假定信任（presumed-trust），因此原則上節點可以根據自己的喜好選擇交易并將其封存在區塊中。在以太坊中，節點通常會選擇交易后將其排序并打包到區塊中，使GAS收益達到最大化。為了使分散的去信任節點做出的決策達到一致，新方案必須要能起到激勵節點的作用，通過遵循共同的規則預先打包幾乎完全一樣的區塊體。??

2、如果節點預測的交易略有不同，又該如何協調成一致。由于區塊鏈是在去中心化的 P2P 網絡上運行的，因此不同節點上的交易很可能是不同的。因此，即使所有節點都遵循相同的規則來選擇交易并預先打包成區塊體，這些區塊體也可能是不同的。值得注意的是，在以太坊中，區塊體中單個交易的差異或是打包順序的差異都可能導致區塊頭中驗證摘要信息的不同。當節點選擇的交易以及排序略有不同時，一旦在區塊到達時需要重新排序并重新驗證所有的交易，BBP就會失效。因此，新方案要能在新區塊到達之前就能使不同節點做出的交易預測達到一致。

3、如何在預驗證過程中處理一些尚未得到的信息。由于在新區塊到達之前，用于驗證區塊的一些信息可能還無法知曉，因此區塊就無法執行完整的預驗證。例如，某些交易可能會涉及到與礦工相關的Coinbase地址，但在每個節點的預驗證過程中卻無法事先知道哪些礦工最后會成功。因此，為了能夠保證整個流程的一致性并且使TPS最高效，BBP的預驗證過程還必須要能解決此類交易中產生的難題。

BBP技術的提出者對如何解決上述技術問題給出了當前的方案（具體可詳見論文：https://arxiv.org/abs/2204.08769），并在大規模區塊鏈網絡上對BBP進行了實驗。結果表明，BBP的區塊全網傳播時間比以太坊（在可以支持最大交易數量時）減少了 4 倍。

結語：當前，區塊鏈網絡中的區塊傳播與驗證時間制約了TPS性能。此外，由于許多提高TPS的解決方案是以降低安全性為代價，因此如何在TPS和安全性之間做出平衡也是急需解決的一大難題。與以太坊上的協議相比，帶有預驗證機制的隱形區塊傳播（BBP）可以在不影響安全性的情況下，將區塊傳播速度提高。更重要的是，BBP的區塊傳播時間幾乎與區塊中的交易數量無關。因此，TPS將不再受到區塊傳播的制約。實際上，在實施BBP時，相當于只插入了一個預打包的區塊體模塊和一個預驗證模塊作為對交易池的擴展，因此BBP與其它下層和上層的區塊鏈技術是完全兼容的。最后，實驗結果也證實了BBP在TPS的擴展性方面具有相當卓越的性能。因此，我們對于BBP在真實區塊鏈系統中的表現抱有極大的期待。

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