以太坊:網絡拓展≠提高吞吐量，區塊鏈的可擴展性該如何被定義？_ROLL

區塊鏈的可擴展性一直是一個被激烈討論的話題。幾乎每個區塊鏈網絡都把高的每秒交易量作為一個賣點。然而，TPS并不是比較區塊鏈網絡的有效指標—這使得評估其相對性能成為一種挑戰。此外，大的TPS數字通常是有代價的—這就提出了一個問題：這些網絡實際上是在擴展，還是只是增加了他們的吞吐量？

因此，讓我們研究一下如何定義可擴展性，為實現可擴展性要做哪些權衡，以及為什么ValidityRollups是終極可擴展性解決方案。

不是所有的交易都消耗同等gas

首先，我們需要確定我們的論斷，即簡單方便的TPS指標并不是可擴展性的準確衡量標準。

為了補償執行交易的節點，區塊鏈收取與計算負擔成比例的費用。在以太坊中，計算負擔的復雜性是以gas來衡量的。因為gas是一個非常方便的交易復雜性衡量標準，所以這個術語在本文中也將用于非以太坊區塊鏈。

交易的復雜程度有很大不同，因此，它們消耗的gas也有很大不同。比特幣是無信任的點對點交易的先驅，只支持基本的比特幣腳本。這些從地址到地址的簡單轉移使用的gas很少。相比之下，像以太坊或Solana這樣的智能合約鏈支持虛擬機和圖靈完備的編程語言，可以進行更復雜的交易。因此，像Uniswap這樣的dApps需要更多的gas。

V神：預計合并不會對網絡產生任何不利影響，因為大多數以太坊社區都支持合并:8月6日消息，Vitalik Buterin（V神）在周六的網絡研討會上表示，以太坊合并不會對ETC上鑄造新代幣產生不利影響。他預計不會對區塊鏈產生任何不利影響，因為大多數以太坊社區都支持合并。

有人擔心涌向ETC的礦工可能會破壞合并。開發人員Tim Beiko說，理想情況下，用戶不應該注意到任何不同。Buterin補充說，ETC擁有強大的社區和強大的產品，可為提供PoW。ETC社區大力提倡PoW價值觀。盡管如此，市場仍有可能分裂。（Be in Crypto）[2022/8/7 12:07:01]

這就是為什么比較不同區塊鏈的TPS是沒有意義的。我們應該比較的是計算能力或吞吐量。

所有區塊鏈都有一個區塊大小和區塊時間，決定了每個區塊可以處理多少計算單位和可以多快的速度增加一個新區塊。這兩個變量共同決定了一個區塊鏈的吞吐量。

什么制約了可擴展性？

區塊鏈努力成為最大限度的去中心化、對外開放的和具有包容性的網絡。為了實現這一目標，必須保持兩個基本屬性。

●硬件要求

區塊鏈網絡的去中心化是由網絡中最弱的節點驗證區塊鏈和保持其狀態的能力決定的。因此，運行一個節點的成本應該保持在盡可能低的水平，以使盡可能多的個人成為去信任網絡中的無需許可的參與者。

以太坊網絡當前已銷毀超117萬枚ETH:金色財經報道，據Ultrasound數據顯示，截止目前，以太坊網絡總共銷毀1173033.79枚ETH。其中，OpenSea銷毀123767.14枚ETH，ETHtransfers銷毀115000.00枚ETH，UniswapV2銷毀107147.78枚。

注：自以太坊倫敦升級引入EIP-1559后，以太坊網絡會根據交易需求和區塊大小動態調整每筆交易的BaseFee，而這部分的費用將直接燃燒銷毀。[2021/12/13 7:34:48]

●狀態增長

狀態增長指的是區塊鏈增長的速度。區塊鏈允許在單位時間內發生的吞吐量越大，區塊鏈的增長速度就越快。全節點存儲網絡的歷史，且必須能夠驗證網絡的狀態。以太坊的狀態是使用默克爾樹等高效結構來存儲和引用的。隨著狀態的增長，新的葉子和分支被添加到其中，這使得執行某些行動變得越來越復雜和費時。隨著鏈的增長，它使節點執行的最壞情況更糟，這導致驗證新區塊的時間越來越長。隨著時間的推移，這也增加了一個全節點同步的總時間。

增加吞吐量的不利影響

●節點

運行一個節點的最低要求和節點數量情況。

Bitcoin1:350GB硬盤空間，5Mbit/s連接，1GB內存，CPU>1Ghz。節點數量：~10,000

獨家｜七月以來以太坊的網絡算力已上漲30%:金色財經消息，據歐科云鏈OKLink鏈上數據顯示，以太坊24h鏈上活躍地址數逾42.04萬，環比上升7.16%；鏈上交易量近447.5萬ETH，環比下降17.43%；鏈上交易筆數逾108.43萬筆，環比上升0.41%。

截至下午2時，以太坊全網算力約為230.78TH/s，環比上升0.89TH/s。自7月以來，以太坊的全網算力已由175TH/s上升至近期的230TH/s，漲幅超過30%。[2020/9/16]

以太坊2。500GB以上的SSD磁盤空間，25Mbit/s的連接，4-8GB內存，CPU2-4核。節點的數量：~6,000

Solana3。1.5TB以上的SSD磁盤空間，300Mbit/s的連接，128GB內存，CPU12個以上的核心。節點數量：~1,200

請注意，區塊鏈的吞吐量對節點的CPU、帶寬和存儲要求越大，網絡上的節點就越少，這會導致更弱的去中心化程度和更差的網絡包容性。

●同步一個完整節點時間

當第一次運行一個節點時，它必須與所有現有的節點同步，下載并驗證網絡的狀態，從創世塊到鏈的頂端。這個過程應該是盡可能的快速和高效，以允許任何人作為協議的無需許可的參與者。

奧地利Salamantex公司與網絡運營商A1合作:奧地利金融科技公司Salamantex宣布，他們的加密支付服務軟件已經被整合到奧地利最大的移動網絡運營商A1的服務中。A1支付有超過2500個商戶，顧客可以使用加密貨幣進行支付。商家可以免費激活它并開始接受加密貨幣，包括比特幣(BTC)、以太幣(ETH)、Dash，從而取代現金或信用卡。顧客以加密方式支付，但商家持續獲得歐元，“因此不會產生任何匯率或貨幣風險”。（CryptoNews）[2020/7/2]

以JamesonLopp的2020年比特幣節點和2021年節點同步測試為指標，表1比較了在普通消費級PC上同步一個比特幣、以太坊、Solana的完整節點所需的時間。

表1.區塊鏈吞吐量和節點同步比較

表1顯示，吞吐量的增加導致同步時間的延長，因為越來越多的數據需要被處理和存儲。

雖然不斷對節點軟件進行改進，以減輕區塊鏈不斷增長的挑戰，但節點顯然仍然無法跟上吞吐量的增長。

應如何定義可擴展性？

可擴展性是區塊鏈領域中最被誤用的術語。雖然增加吞吐量是可取的，但它只是難題的一部分。

可擴展性意思是在相同的硬件上能夠執行有更多的交易。

動態 | 去中心化存儲網絡Storj孵化產品Tardigrade已付費上線:去中心化存儲網絡Storj宣布于本月發布全新產品，并開始對服務進行收費。在報告中，團隊稱該項目目前已經有超過4000個志愿節點，支持者們長期的貢獻使得項目得以堅持至今。在即將到來的版本中，之前的免費用戶們將不再能夠完全無償地使用網絡。據了解，Storj Labs開發的這款基于Storj網絡的存儲平臺叫做Tardigrade，目前已經開始試運營。在報告中，團隊提到了一項用戶推薦計劃，即活躍開發者可通過推薦其他開發者進駐該平臺獲得存儲和帶寬積分。此外，從候補名單中激活的Beta帳戶將可免費獲得該平臺每月25 GB的存儲和帶寬。產品上線后，前10000個開發者帳戶還可獲得1 TB的30天存儲和帶寬額度。[2020/1/3]

出于這個原因，可擴展性可以分為兩類：

●排序器的可擴展性

排序器描述的是網絡中交易的排序和處理行為。如前所述，任何區塊鏈都可以通過提高區塊大小和縮短區塊時間來增加其吞吐量，直到這種方法對網絡的去中心化程度造成較大的負面影響。但是，只是調整這些簡單的參數并不能提供所需的改進。以太坊的EVM理論上可以處理高達約2,000TPS，這不足以滿足長期的區塊空間需求。為了擴展排序，Solana做了一些令人印象深刻的創新：利用可并行的執行環境和巧妙的共識機制，使吞吐量的效率大大提高。但是這些改進不足以滿足對吞吐量的需求，也不具備排序器的可擴展性。隨著Solana增加其吞吐量，運行一個節點和處理交易的硬件成本也在增加。

●驗證可擴展性

驗證的可擴展性指在不給節點帶來不斷增加的硬件成本負擔的情況下增加吞吐量的方法。具體來說，它指的是像Validityproofs這樣的密碼學創新。它們是ValidityRollups能夠可持續地擴展區塊鏈的原因。

什么是ValidityRollups？

ValidityRollups將計算和狀態存儲轉移到鏈外，但在鏈上保留少量的特定數據。底層區塊鏈上的一個智能合約維護著Rollup的狀態根。在Rollup上，一批高度壓縮的交易連同當前的狀態根，被發送到一個鏈外證明人。Prover計算交易，生成交易結果的和新狀態根的有效性證明，并將其發送給鏈上的驗證者。驗證人對有效性證明進行驗證，然后維護Rollup狀態的智能合約將其更新為驗證者提供的新狀態。

在相同的硬件要求下，ValidityRollups是如何擴展？

即使證明人確實需要高端硬件，它們也不會影響區塊鏈的去中心化；因為交易的有效性是由數學上可驗證的證明來保證的。

重要的是驗證證明的要求。由于所涉及的數據經過了高度壓縮并通過計算進行了大量的抽象，它對底層區塊鏈節點的影響是很小。

驗證器不需要高端硬件，批次的大小也不會增加硬件要求。只有狀態轉換和少量的調用數據需要由節點處理和存儲。這允許所有以太坊節點使用他們現有的硬件來進行有效性驗證。

交易越多，價格越低。

在傳統的區塊鏈中，交易越多，對每個人來說就越昂貴，因為區塊空間被填滿了。用戶需要在收費市場上出價高于對方，才能使他們的交易包含在區塊內。

這個情況在ValidityRollup中是相反的。在以太坊上驗證一個批交易有一定的成本。隨著一個批中的交易數量的增加，驗證該批交易的成本以對數級的速度增長。但在一個批中添加更多的交易會帶來更便宜的交易費用，即使這個批的驗證成本增加。因為這些成本由一個批內的所有交易攤銷，所以ValidityRollup希望在一個批內有盡可能多的交易。當一個批的大小增長到無限大時，每筆交易的攤銷費用會收斂到零，也就是說，ValidityRollup中包含的交易越多，對每個用戶說需要支付的交易費就越便宜。

dYdX，一個由ValidityRollup驅動的dApp，經常看到超過12,000個交易的批。將同樣的交易兩在主網和在ValidityRollup上的消耗gas量進行比較，可以看見可擴展性的提高。

在以太坊主網上結算一筆dYdX交易：200,000gas

在StarkEx上結算一筆dYdX交易：<500gas

另一種方式來看待它則發現ValidityRollups的主要成本與同一個批的用戶數量成線性比例。

為什么OptimisticRollup的可擴展性不如人們想象的那么好？

理論上，OP擁有與ValidityRollups幾乎相同的可擴展性優勢。但有一個重要的區別。OP針對平均情況進行優化，而ValidityRollups針對最壞情況進行優化。因為區塊鏈系統是在極端對抗的條件下運行的，針對最壞情況進行優化是實現安全的唯一途徑。

OP擁有的最壞情況是用戶的交易不會被欺詐檢查器檢查到。因此，為了質疑欺詐，用戶必須同步一個以太坊全節點和一個L2全節點，同時自己計算可疑的交易。

在ValidityRollups中，即使在最壞的情況下，用戶也只需要同步一個以太坊全節點來驗證有效性證明，省去了自己的計算負擔。

與ValidityRollups相比，OP的成本與交易數量呈線性關系，而不是與用戶數量呈線性關系，這使得OP更加昂貴。

無需許可的訪問Rollup狀態

為了保證交易的有效性，用戶只需要運行一個以太坊節點。然而，用戶和開發人員可能希望出于各種目的查看并運行Rollup的狀態和執行。一個索引的L2節點完美地滿足了這個需求。它不僅可以讓用戶看到網絡中的交易，而且也是生態系統基礎設施運作所必需的一個關鍵基礎設施。像TheGraph、Alchemy、Infura這樣的索引器；像Chainlink這樣的Oracle網絡，以及區塊瀏覽者，所有這些都由無需許可的索引L2節點完全支持。

結論

許多解決區塊鏈可擴展性的方法錯誤地集中在增加吞吐量上。但是，這忽略了吞吐量對節點的影響：處理區塊和存儲網絡歷史的硬件要求不斷增加，以及這如何抑制了網絡的去中心化。

隨著有效性證明密碼學的出現，區塊鏈可以實現真正的可擴展性，而不給節點帶來不斷增加的成本負擔，并允許廣泛的去中心化。同樣的硬件執行具強大和更復雜計算的交易現在是可能的，扭轉了收費市場的困境——ValidityRollup上的事務越多，它就越便宜！

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