什么是链上扩容和链下扩容(区块链扩容是什么意思)

  最近有很多小伙伴咨询关于什么是链上扩容和链下扩容的问题,小编结合多年的经验整理出来一些区块链扩容是什么意思对应的资料,分享给大家。

  在比特币诞生之初,比特币的创始人中本聪并没有特意限制区块的大小,区块最大可以达到 32MB。当时,平均每个区块大小为 1-2KB,有人认为区块链上限过高容易造成计算资源的浪费,还容易发生 DDOS 攻击。因此,为了保证比特币系统的安全和稳定,中本聪决定临时将区块大小限制在 1MB。那时比特币的用户数量少,交易量也没有那么大,并不会造成区块拥堵。 2013年至今,比特币价格直线飙升,用户越来越多,比特币网络拥堵、交易费用上升的问题逐渐涌现出来。比特币社区开始探索如何给比特币“扩容”,即通过修改比特币底层代码,从而达到提高交易处理能力的目的。而从2013年随着用户的增多,以火币为代表的的交易平台在其中起着越来越重要的作用。

  DAG概念,当做继比特币,以太坊后新的一代区块链技术(区块链3.0),那么DAG区块链是什么?DAG的由来是什么?它的技术理念是怎么样的?运行在DAG区块链上的协议有哪些?

  要想解释DAG,离不开Yonatan Sompolinsky 和 Aviv Zohar两位以色列人,他们是DAG区块链这一概念的提出者。在DAG之前,Aviv Zohar提出了一个GHOST协议(以太坊初期就采用了GHOST协议),该协议解决的是链分叉带来的安全性问题,而分叉的区块链 在GHOST协议下数据结构就从一条链变成了一个树(Tree),而之后Aviv Zohar进一步提出了一个inclusive协议,在inclusive协议规则下,区块的结构就变成了有向无环图(DAG)。

  下边将通过解释什么是 分叉 ,为什么 分叉会降低链的安全性 , 链上扩容 为什么会导致更多分叉来详细介绍GHOST协议。

  等待不是为了 防范51%攻击 的。落后6个区块,如果拥有超过51%的算力,只要足够长的时间,一定能够产生更长的链完成攻击。它是为了防止 分叉 带来的风险。

  比特币在 理想情况 下,不同节点之间有相同的一条区块链,全部节点都是基于 同一个区块 进行挖矿,但当两个挖矿节点 几乎同时 挖到一个新的区块,当它们接收到对方产生的区块时,不同的节点将选择基于 其中一个 区块挖矿, 分叉 产生了。之后节点会根据哪条 分叉更长 ,选择哪条是主链进行挖矿,而不是主链的分叉区块全部被 抛弃 。

  比特币每天都会发生 二分叉 ,但出现连续的 六次分叉 几乎不可能,于是要等待6个区块的确认时间。(这种分叉不是来自恶意攻击,是 偶然性以及网络延迟 导致的。

  在比特币中,当链有 分叉 时,将选择分叉 最长 的链作为主链,恶意攻击就是产生一条比主链更长的链 代替主链。

  下图中蓝色区块代表诚实区块,红色代表攻击区块。2号、3号蓝色区块产生 分叉 ,此时攻击节点产生5个攻击区块(红色)就能产生一条 更长 的链完成攻击。虽然蓝色区块总数更多(有6个), 但分叉的区块没有增加链的长度 ,这种情况下,红色攻击方在算力(假设每个区块代表算力相同)没有超过51%的情况下攻击成功。

  比特币当前安全的原因在于10分钟的区块时间降低了分叉可能性,但其实际安全算力仍低于51%,也就是说,不需要51%的算力也能攻击成功。

  比特币当前处理交易量很低,改进这个缺陷一个可行方法就是 增大区块的大小和减小区块的产出时间 。大区块需要更多的网络传输时间、单位时间更多的区块数都会导致 更多的分叉 。

  链上扩容的方案对比特币处理交易能力提升是巨大的 ,假如每个区块大小变为原来的八倍(8M),出块时间缩短为原来的五分之一(2分钟),理想情况下,比特币的处理交易量将变为原来的 40倍 ,实际情况会产生分叉,交易量不会有这么高。

  比特币的最长链规则在有分叉情况下,将降低链的安全性,分叉越多,安全性越低。链上扩容将导致更多分叉,导致链不安全。

  Yonatan Sompolinsky提出GHOST规则, 当有分叉时,通过计算最大子树,也就是每条分叉拥有的所有区块数来决定哪条链是主链 。图0中,链在区块0后分叉了,上边分叉总计有6个蓝色区块,下边分叉有5个红色区块,蓝色区块1是主链,所以 红色攻击失败 。

  在有大量分叉的情况下,GHOST规则将链安全性直接提到了51%,分叉对采用GHOST协议的链安全性没有影响。

  根据GHOST规则,上图中虽然诚实节点产生了12个区块,但加入主链的只有4个区块,大量区块 被丢弃 ,假定比特币每个区块大小变为原来的八倍(8M),出块时间缩短为原来的十分之一(1分钟),分叉率为0.33(产生的区块加入主链的概率),比特币的处理交易能力将变为原来的 26.6倍 。

  在GHOST的提出后,Yonatan Sompolinsky提出一种新的设想,新产生的区块指向所有已知的分叉末端区块,即一个区块有多个父亲,此时 区块链就从一条链变为多条分叉链共同组成的的结构,这样的链结构就被叫做DAG(有向无环图) 。

  遗憾的是, Yonatan Sompolinsky之后并没有详细介绍补充该协议 ,而是提出了一种新思路的DAG协议——SPECTRE。

  看完上边内容之后,你会发现, 最长链规则下,分叉的区块对比特币安全性和交易量没有任何贡献 ,白白的浪费了算力,而 GHOST通过计算分叉区块个数来提升链的安全性 ,但分叉区块除了纳入区块计数外,区块内包含的交易信息却全部 被丢弃 。

  这种新的区块结构带来了新的特性,当然,比特币的 最长链规则 也可以在DAG上实施,只不过安全性和处理交易能力不佳,而GHOST协议可以提高安全性和处理交易能力,为了 最大化 利用DAG区块链特性,社区提出了不同的协议,接下来介绍Yonatan Sompolinsky 提出的 SPECTRE协议 ,以及 PHANTOM协议 ,以及国内某社区提出的 CONFLUX协议 。

  只要是产生的区块就不会被丢弃,所有的区块都是有效的,所有区块共同组成账本,这样进一步提高了区块链的处理交易能力, 该设计的关键在于设计算法来保证区块链不会被恶意攻击成功。

  SPECTRE协议较为复杂,下边将从其如何产生区块、如何处理冲突交易以及产生可信交易集三个方面进行描述。

  下图中,左边为比特币产生区块时,当有分叉出现,新区块将选择基于其中一个产生新的区块,而SPECTRE中,将基于所有分叉末端区块产生新的区块。同时,当有新区块产生时,节点要立刻将新区块(包含基于哪些区块产生这一信息)发送给与自己相连接的节点。

  仔细观察,GHOST协议中虽然有分叉,但每个区块都只基于前边某一个区块产生,而SPECTRE协议中要基于当前节点知道的所有末端区块产生下一个区块。

  比特币就像一本 权威 的账本,只要是里边记录的,就一定是真的(不考虑分叉和恶意攻击),而SPECTRE产生的DAG就像一本 不权威 账本,里边的交易信息可能冲突(上边图1中两个1区块中可能包含冲突交易信息)。

  该协议下,挖矿节点只 负责迅速挖区块 (能够达到1秒一个区块),而对分叉中可能包含的冲突交易在挖矿阶段并 不做任何处理 ,将记录交易速度最大化,让DAG这种区块链有着恐怖的处理交易能力。

  是时候解决挖矿不解决的 冲突交易 问题了,SPECTRE的思路是设计一个计算投票的算法,让诚实区块会投票给诚实的区块,后边的诚实区块会给前边的 堆叠算力 ,从而让恶意攻击失败,其安全算力也是 51% 。

  拿双花举例,下图中,X和Y区块中包含着两条冲突交易会导致双花,此时DAG中的区块会对X和Y进行投票, 决定哪一个交易有效。

  根据投票结果,X中的那条交易信息 有效 ,Y中对应的那条交易信息 无效 。 ??Yonatan Sompolinsky也对 不指向前边区块 以及 产生区块不发给邻居节点的恶意攻击 有进行分析,在投票规则中,低于50%算力的攻击者会失败。

  投票听起来像是一个主动地中心化行为,实际上不是,程序根据当前DAG区块所处的状态自发完成这一区块投票计算过程,就相当于,给定一个DAG数据,输入为两条冲突信息,运行该规则算法,将得出一对冲突交易的哪一个为有效。

  SPECTRE可信交易集就相当于超过当前6个区块的比特币链里组成的交易集合。 ??区块链从数字加密货币的角度来说,就是一个 账本 ,从账本上的交易信息中得出每个 账户 所拥有的货币,所以,得出 确定的、不可能更改 的交易信息就至关重要,SPECTRE可信交易集产生过程如下:

  SPECTRE并不会对所有区块进行排序,所有区块没有一个完整的线形顺序,有的只是决定冲突信息先后的区块顺序对。

  比特币中的高度代表的就是 线形顺序 ,高度低的区块中交易信息先于高度高的区块里的信息,高度高的区块就不能 包含和高度低的区块冲突的交易 ,而SPECTRE有大量的分叉,区块高度不能代表线形顺序,前边的区块交易信息不一定先于后边的分叉区块交易信息,交易信息的有效性要由投票算法来决定,区块投票算法很快,再加上它将 所有分叉区块 都包含进来,也就没有了比特币所面临的 分叉风险 (等待6个区块),交易确认时间可以达到10秒。

  SPECTRE协议非常 适合DAG型数字加密货币 ,但当它用于智能合约时,它的缺陷就出来了,智能合约需要一个 严格的线性顺序 ,对此Yonatan Sompolinsky新设计了 PHANTOM 协议来对DAG区块形成一个 线性顺序 ,下边将详细介绍PHANTOM协议。

  PHANTOM的挖矿机制和SPECTRE一样,会产生同样类型的DAG,不同的是PHANTOM通过对 区块连通度分析 ,判定区块诚实还是恶意,按照分类对区块排序,对DAG区块产生一个严格的 线性顺序 ,通过线性顺序来判断 冲突交易有效性 。

  DAG中,攻击者有两种攻击手段, 一产生的区块不基于已知的末端区块,二不立即发布自己产生的区块 ,前者会让自己区块指向的区块变少,后者让其他节点产生的区块不会指向自己的区块,这两种情况都会导致这些恶意区块的与其它区块的 连接度低 。

  诚实区块在考虑网络最大延迟下,经过一定时间一定会传遍整个网络,一定会被后边的区块所指向,诚实节点在产生新区块时也一定会指向自己所知道的末端区块。

  通过对 区块指出去的边和指向该区块的边 进行分析,也就是区块的 连通度 ,当考虑最大的网络延迟,连通度会有一个 极限值K ,低于该值的区块可以被认定为恶意区块,在排序中要处于 劣势 。

  接下来,进行区块 诚实和恶意 判定,判定分两步,第一步最重要, 实现复杂也耗费时间 ,主要为通过对区块连通度的判定,将强连通度的区块标为蓝色视为诚实区块,弱的标为红色视为恶意区块。

  第二步 先对蓝色区块集排序 ,拓扑排序,然后对 红色区块集排序 。红色区块的顺序要处于弱势,例如上图中C,它处于A和I之间,那么它的顺序会排在I的前一个区块,而D、H都会排在C前。 注意通过考虑最大延迟时间设定连通度的值,几乎所有正常诚实节点产生的区块都会被标记为蓝色

  至此,PHANTOM协议实现了对DAG的 线性排序 ,通过线性顺序就可以提取 无冲突交易集 ,进而提取 可信交易集 ,虽然耗时较长,满足智能合约的要求。

  至此,介绍了Yonatan Sompolinsky一开始从分叉导致不安全提出的GHOST,到后来将DAG引入区块链,设计了SPECTRE协议,以及为智能合约考虑的PHANTOM协议。接下来,介绍国内某社区提出的CONFLUX协议。

  GHOST有 主链但丢弃分叉区块 ;SPECTRE 没有主链,包含所有分叉,但没有线性顺序 ;PHANTOM 没有主链,包含分叉且有线性顺序 ,而CONFLUX 即有主链,又是DAG,利用主链让DAG产生线性排序 ,下面将从挖矿机制和区块排序两方面来说明CONFLUX协议。

  CONFLUX协议定义了根源边和参考边。 新区块是基于前一个主链区块产生的,新区块用根源边(实线)指向前一区块,用参考边(虚线)指向分叉的其他区块末端 ,如下图最后一个新区块实线指向H,虚线指向分叉末端区块K。 根源边用于代表区块基于哪个区块产生,给哪个区块堆叠算力,参考边用于表示分叉的其它区块产生在该区块之前。

  通过上述排序,DAG有了一个 线性顺序 ,上图DAG区块顺序为 Genesis, A, B, C, D, F, E, G, J, I, H, and K 。接下来对该线性顺序的区块里的交易信息进行交易排序, 单一区块 里可能包含的冲突交易将直接按照该区块内交易信息排列 先后顺序 决定。

  至此,CONFLUX对DAG所有区块产生一个 线性顺序 ,进而可以对区块内交易信息排序,产生 无冲突交易集 ,超过一定时间的无冲突交易组成 可信交易集 。 主链只是排序的标尺,作为分割时段的标准,CONFLUX包含所有分叉区块。

  Layer2层所涉及的是链上与链下的协议,主要负责链上链下消息传递、智能合约编程以及应用相关功能。也就是在现有区块链系统(Layer1)之上构建的辅助框架或协议。如果以法律架构来比喻,Layer1就像宪法,是所有法律的依据,法律的制定不能够牴触宪法。

  由Layer2协议,区块链事务的「状态生成」可以独立于Layer1之外进行,因此这些协议也可以称「链下」扩容方案。使用链下扩容方案的主要优点之一是能够降低Layer1的局限性,且不需要改变区块链本身的协议。Layer2扩容方案尽可能在不牺牲区块链网路安全性的情况下实现高吞吐量的状态生成。

  1、支付:如在时间方面,传统跨境汇款需要10分钟或数日不等,而区块链跨境汇款由于去中心化,可实现汇款秒到账。在便捷性方面,传统跨境汇款在19时以后需要等到次日才能转账,而区块链跨境汇款只需一台手机即可实现全天候汇款。

  2、共享病历:医疗数据区块链共享平台便可成就很多应用场景,病人历史数据等信息可以上链,病史和影像资料可供进入系统的人员查看。这些医疗数据还可以用来建模和机器学习。

  想象一下凌晨两点多,你接到了一个紧急呼叫,来自世界另一端帮你运行矿池 (质押池) 的人。从大约 14 分钟前开始,你的池子和其他几个人从链中分离了出来,而网络仍然维持着 79% 的算力。根据你的节点,多数链的区块是无效的。这时出现了余额错误:区块似乎错误地将 450 万枚额外代币分配给了一个未知地址。

  一小时后,你和其他两个同样遭遇意外的小矿池参与者、一些区块浏览器和交易所方在一个聊天室中,看见有人贴出了一条推特的链接,开头写着“宣布新的链上可持续协议开发基金”。

  到了早上,相关讨论广泛散布在推特以及一个不审查内容的社区论坛上。但那时 450 万枚代币中的很大一部分已经在链上转换为其他资产,并且进行了数十亿美元的 defi 交易。79%的共识节点,以及所有主要的区块链浏览器和轻钱包的端点都遵循了这条新链。也许新的开发者基金将为某些开发提供资金,或者也许所有这些都被领先的矿池、交易所及其裙带所吞并。但是无论结果如何,该基金实际上都成为了既成事实,普通用户无法反抗。

  这种情形会发生在你的区块链中吗?你所在区块链社区的精英,包括矿池、区块浏览器和托管节点,可能协调得很好,他们很可能都在同一个 telegram 频道和微信群中。如果他们真的想出于利益突然对协议规则进行修改,那么他们可能具备这种能力。以太坊区块链在十小时内完全解决了共识失败,如果是只有一个客户端实现的区块链,并且只需要将代码更改部署到几十个节点,那么可以更快地协调客户端代码的更改。能够抵御这种社会性协作攻击的唯一可靠方式是“被动防御”,而这种力量来自去一个中心化的群体:用户。

  想象一下,如果用户运行区块链的验证节点 (无论是直接验证还是其他间接技术),并自动拒绝违反协议规则的区块,即使超过 90% 的矿工或质押者支持这些区块,故事会如何发展。

  如果每个用户都运行一个验证节点,那么攻击很快就会失败:有些矿池和交易所会进行分叉,并且在整个过程中看起来很愚蠢。但是即使只有一些用户运行验证节点,攻击者也无法大获全胜。相反,攻击会导致混乱,不同用户会看到不同的区块链版本。最坏情况下,随之而来的市场恐慌和可能持续的链分叉将大幅减少攻击者的利润。对如此旷日持久的冲突进行应对的想法本身就可以阻止大多数攻击。

  “我们要明确一件事,我们之所以能够抵御恶意的协议更改,是因为拥有用户验证区块链的文化,而不是因为 PoW 或 PoS。”

  假设你的社区有 37 个节点运行者,以及 80000 名被动监听者,对签名和区块头进行检查,那么攻击者就获胜了。如果每个人都运行节点的话,攻击者就会失败。我们不清楚针对协同攻击的启动群体免疫的确切阈值是多少,但有一点是绝对清楚的:好的节点越多,恶意的节点就越少,而且我们所需的数量肯定不止于几百几千个。

  为了使得有尽可能多的用户能够运行全节点,我们会将注意力集中在普通消费级硬件上。即使能够轻松购买到专用硬件,这能够降低一些全节点的门槛,但事实上对可扩展性的提升并不如我们想象的那般。

  存储:我们能要求用户使用将乐天气预报内容多大的空间来进行存储?此外,其读取速度应该达到多少?(即,HDD 足够吗?还是说我们需要 SSD?)

  许多使用“简单”技术对区块链进行大幅扩容的错误看法都源自于对这些数字过于乐观的估计。我们可以依次来讨论这三个因素:

  我们需要一个安全边界来覆盖 DoS 攻击的可能性 (攻击者利用代码弱点制造的交易需要比常规交易更长的处理时间)

  节点也有其他非区块生产的工作要进行,大多数是验证以及对 p2p 网络中输入的交易和请求做出响应

  请注意,直到最近大多数针对“为什么只需要 5-10%?”这一点的解释都侧重于另一个不同的问题:因为 PoW 出块时间不定,验证区块需要很长时间,会增加同时创建多个区块的风险。这个问题有很多修复方法,例如 Bitcoin NG,或使用 PoS 权益证明。但这些并没有解决其他四个问题,因此它们并没有如许多人所料在可扩展性方面获得巨大进展。

  并行性也不是灵丹妙药。通常,即使是看似单线程区块链的客户端也已经并行化了:签名可以由一个线程验证,而执行由其他线程完成,并且有一个单独的线程在后台处理交易池逻辑。而且所有线程的使用率越接近 100%,运行节点的能源消耗就越多,针对 DoS 的安全系数就越低。

  错误答案:如果没 2-3 秒都产生 10 MB 的区块,那么大多数用户的网络都大于 10 MB/秒,他们当然都能处理这些区块

  如今,我们经常听到关于互联网连接可以提供多少带宽的广为传播的统计数据:100 Mbps 甚至 1 Gbps 的数字很常见。但是由于以下几个原因,宣称的带宽与预期实际带宽之间存在很大差异:

  “Mbps”是指“每秒数百万 bits”;一个 bit 是一个字节的 1/8,因此我们需要将宣称的 bit 数除以 8 以获得字节数。

  P2P 网络不可避免地会引入开销:节点通常最终会多次下载和重新上传同一个块 (更不用说交易在被打包进区块之前还要通过 mempool 进行广播)。

  当 Starkware 在 2019 年进行一项实验时,他们在交易数据 gas 成本降低后首次发布了 500 kB 的区块,一些节点实际上无法处理这种大小的区块。处理大区块的能力已经并将持续得到改善。但是无论我们做什么,我们仍然无法获取以 MB/秒为单位的平均带宽,说服自己我们可以接受 1 秒的延迟,并且有能力处理那种大小的区块。

  正如大家可能猜到的,这里的主要论点与其他地方相同:理论与实践之间的差异。理论上,我们可以在亚马逊上购买 8 TB 固态驱动 (确实需要 SSD 或 NVME;HDD 对于区块链状态存储来说太慢了)。实际上,我用来写这篇博文的笔记本电脑有 512 GB,如果你让人们去购买硬件,许多人就会变得懒惰 (或者他们无法负担 800 美元的 8 TB SSD) 并使用中心化服务。即使可以将区块链装到某个存储设备上,大量活动也可以快速地耗尽磁盘并迫使你购入新磁盘。

  此外,存储大小决定了新节点能够上线并开始参与网络所需的时间。现有节点必须存储的任何数据都是新节点必须下载的数据。这个初始同步时间 (和带宽) 也是用户能够运行节点的主要障碍。在写这篇博文时,同步一个新的 geth 节点花了我大约 15 个小时。如果以太坊的使用量增加 10 倍,那么同步一个新的 geth 节点将至少需要一周时间,而且更有可能导致节点的互联网连接受到限制。这在攻击期间更为重要,当用户之前未运行节点时对攻击做出成功响应需要用户启用新节点。

  此外,这三类成本之间存在交互效应。由于数据库在内部使用树结构来存储和检索数据,因此从数据库中获取数据的成本随着数据库大小的对数而增加。事实上,因为顶级 (或前几级) 可以缓存在 RAM 中,所以磁盘访问成本与数据库大小成正比,是 RAM 中缓存数据大小的倍数。

  不要从字面上理解这个图,不同的数据库以不同的方式工作,通常内存中的部分只是一个单独 (但很大) 的层 (参见 leveldb 中使用的 LSM 树)。但基本原理是一样的。

  例如,如果缓存为 4 GB,并且我们假设数据库的每一层比上一层大 4 倍,那么以太坊当前的 ~64 GB 状态将需要 ~2 次访问。但是如果状态大小增加 4 倍到 ~256 GB,那么这将增加到 ~3 次访问。因此,gas 上限增加 4 倍实际上可以转化为区块验证时间增加约 6 倍。这种影响可能会更大:硬盘在已满状态下比空闲时需要花更长时间来读写。

  现在在以太坊区块链中,运行一个节点对许多用户来说已经是一项挑战,尽管至少使用常规硬件仍然是可能的 (我写这篇文章时刚刚在我的笔记本电脑上同步了一个节点!)。因此,我们即将遭遇瓶颈。核心开发者最关心的问题是存储大小。因此,目前在解决计算和数据瓶颈方面的巨大努力,甚至对共识算法的改变,都不太可能带来 gas limit 的大幅提升。即使解决了以太坊最大的 DoS 弱点,也只能将 gas limit 提高 20%。

  对于存储大小的问题,唯一解决方案是无状态和状态逾期。无状态使得节点群能够在不维护永久存储的情况下进行验证。状态逾期会使最近未访问过的状态失活,用户需要手动提供证明来更新。这两条路径已经研究了很长时间,并且已经开始了关于无状态的概念验证实现。这两项改进相结合可以大大缓解这些担忧,并为显著提升 gas limit 开辟空间。但即使在实施无状态和状态逾期之后,gas limit 也可能只会安全地提升约 3 倍,直到其他限制开始发挥作用。

  另一个可能的中期解决方案使使用 ZK-SNARKs 来验证交易。ZK-SNARKs 能够保证普通用户无需个人存储状态或是验证区块,即使他们仍然需要下载区块中的所有数据来抵御数据不可用攻击。另外,即使攻击者不能强行提交无效区块,但是如果运行一个共识节点的难度过高,依然会有协调审查攻击的风险。因此,ZK-SNARKs 不能无限地提升节点能力,但是仍然能够对其进行大幅提升 (或许是 1-2 个数量级)。一些区块链在 layer1 上探索该形式,以太坊则通过 layer2 协议 (也叫 ZK rollups) 来获益,例如 zksync, Loopring 和 Starknet。

  分片从根本上解决了上述限制,因为它将区块链上包含的数据与单个节点需要处理和存储的数据解耦了。节点验证区块不是通过亲自下载和执行,而是使用先进的数学和密码学技术来间接验证区块。

  因此,分片区块链可以安全地拥有非分片区块链无法实现的非常高水平的吞吐量。这确实需要大量的密码学技术来有效替代朴素完整验证,以拒绝无效区块,但这是可以做到的:该理论已经具备了基础,并且基于草案规范的概念验证已经在进行中。

  以太坊计划采用二次方分片 (quadratic sharding),其中总可扩展性受到以下事实的限制:节点必须能够同时处理单个分片和信标链,而信标链必须为每个分片执行一些固定的管理工作。如果分片太大,节点就不能再处理单个分片,如果分片太多,节点就不能再处理信标链。这两个约束的乘积构成了上限。

  可以想象,通过三次方分片甚至指数分片,我们可以走得更远。在这样的设计中,数据可用性采样肯定会变得更加复杂,但这是可以实现的。但以太坊并没有超越二次方,原因在于,从交易分片到交易分片的分片所获得的额外可扩展性收益实际上无法在其他风险程度可接受的前提下实现。

  可以想象,只要有一个用户愿意参与,非分片区块链就可以运行。但分片区块链并非如此:单个节点无法处理整条链,因此需要足够的节点以共同处理区块链。如果每个节点可以处理 50 TPS,而链可以处理 10000 TPS,那么链至少需要 200 个节点才能存续。如果链在任何时候都少于 200 个节点,那可能会出现节点无法再保持同步,或者节点停止检测无效区块,或者还可能会发生许多其他坏事,具体取决于节点软件的设置。

  在实践中,由于需要冗余 (包括数据可用性采样),安全的最低数量比简单的“链 TPS 除以节点 TPS”高几倍,对于上面的例子,我们将其设置位 1000 个节点。

  如果分片区块链的容量增加 10 倍,则最低用户数也增加 10 倍。现在大家可能会问:为什么我们不从较低的容量开始,当用户很多时再增加,因为这是我们的实际需要,用户数量回落再降低容量?

  区块链本身无法可靠地检测到其上有多少唯一用户,因此需要某种治理来检测和设置分片数量。对容量限制的治理很容易成为分裂和冲突的根源。

  最低用户数为 1,000,这几乎可以说是没问题的。另一方面,最低用户数设为 100 万,这肯定是不行。即使最低用户数为 10,000 也可以说开始变得有风险。因此,似乎很难证明超过几百个分片的分片区块链是合理的。

  用户真正珍视的区块链重要属性是永久性。当公司破产或是维护该生态系统不再产生利益时,存储在服务器上的数字资产将在 10 年内不再存在。而以太坊上的 NFT 是永久的。

  但是一旦区块链的容量过高,存储所有这些数据就会变得更加困难,直到某时出现巨大风险,某些历史数据最终将……没人存储。

  要量化这种风险很容易。以区块链的数据容量 (MB/sec) 为单位,乘以 ~30 得到每年存储的数据量 (TB)。当前的分片计划的数据容量约为 1.3 MB/秒,因此约为 40 TB/年。如果增加 10 倍,则为 400 TB/年。如果我们不仅希望可以访问数据,而且是以一种便捷的方式,我们还需要元数据 (例如解压缩汇总交易),因此每年达到 4 PB,或十年后达到 40 PB。Internet Archive (互联网档案馆) 使用 50 PB。所以这可以说是分片区块链的安全大小上限。

  因此,看起来在这两个维度上,以太坊分片设计实际上已经非常接近合理的最大安全值。常数可以增加一点,但不能增加太多。

  尝试扩容区块链的方法有两种:基础的技术改进和简单地提升参数。首先,提升参数听起来很有吸引力:如果您是在餐纸上进行数学运算,这就很容易让自己相信消费级笔记本电脑每秒可以处理数千笔交易,不需要 ZK-SNARK、rollups 或分片。不幸的是,有很多微妙的理由可以解释为什么这种方法是有根本缺陷的。

  运行区块链节点的计算机无法使用 100%的 CPU 来验证区块链;他们需要很大的安全边际来抵抗意外的 DoS 攻击,他们需要备用容量来执行诸如在内存池中处理交易之类的任务,并且用户不希望在计算机上运行节点的时候无法同时用于任何其他应用。带宽也会受限:10 MB/s 的连接并不意味着每秒可以处理 10 MB 的区块!也许每 12 秒才能处理 1-5 MB 的块。存储也是一样,提高运行节点的硬件要求并且限制专门的节点运行者并不是解决方案。对于去中心化的区块链而言,普通用户能够运行节点并形成一种文化,即运行节点是一种普遍行为,这一点至关重要。

  每个区块里保存了上一个区块的hash值,使区块之间产生关系,也就是说的链了。合起来就叫区块链。

  比特币概念是2009年中本聪提出的,总量是2100万个。比特币链大约每10分钟产生一个区块,这个区块是矿工挖了10分钟挖出来的。作为给矿工奖励,一定数量的比特币会发给矿工们,但是这个一定数量是每四年减半一次。现在是12.5个。照这样下去2040年全部的比特币问世。

  它是一种在网络成员之间共享,复制和同步的数据库。直白说,在区块链上的所有用户都有记账功能,而且内容一致,这样保证了数据不可篡改性。

  区块链存储了从 历史 到现在的所有数据,任何人都可以查看,而且还可以查看到 历史 上的任何数据。

  历史 数据和当前交易的数据不可篡改。数据被存在链上的区块上,有一个hash值,如果修改该区块信息,那么它的 hash值也变了,它后边的所有区块的hash值也必须修改,使成为新的链。同时主链还在进行交易产生区块。修改后链也必须一直和主链同步产生区块,保证链的长度一样。代价太大了,只为修改一条数据。

  ddos:黑客通过控制许多人的电脑或者手机,让他们同时访问一个网站,由于服务器的宽带是有限的,大量流量的涌入可能会使得网站可能无法正常工作,从而遭受损失。但区块链是分布式的,不存在一个中心服务器,一个节点出现故障,其他节点不受影响。理论上是超过51%的节点遭受攻击,会出现问题。

  以比特币为例,某个时间点一个区块让2个矿工同时挖出来,然后接下来最先产生6个区块的链就是主链

  单链指的是一条链上处理所有事物的数据结构。多链结构,其核心本质是公有链+N个子链构成。只有一条,子链理论上可以有无数条,每一个子链都可以运行一个或多个DAPP系统

  区块链整体结构有六个:数据层,网络层,共识层,激励层,合约层,应用层。数据层:记录数据的一层,属于底层技术;网络层:构建区块链网络的一种架构,它决定了用户与用户之间通过何种方式组织起来。共识层:提供了一套规则,让大家接收和存储的信息达成一致。激励层:设计激励政策,鼓励用户参与到区块链生态中;合约层:一般指“智能合约”,它是一套可以自动执行,根据自己需求编写的合约体系。应用层:区块链上的应用程序,与手机的app类似前分布式存储研发中心

  时间戳是指从1970年1月1日0时0分0秒0…到现在的当前时间的总秒数,或者总纳秒数等等很大的数字。每个区块生成时都有一个时间戳,表明生成区块的时间。

  区块是区块链的基本单元,区块头和区块体是区块链的组成部分。区块头里面包含的信息有上一个区块的hash,本区块的hash,时间戳等等。区块体就是区块里的详细数据。

  Merkle树,也叫二叉树,是存储数据的一种数据结构,最底层是所有区块包含的原始数据,上一层是每个区块的hash值,这一层的hash两两组合产生新的hash值,形成新的一层,然后一层层往上,-直到产生一个hash值。这样的结构可以用于快速比较大量的数据,不需要下载全部的数据就可以快速的查找你想要的最底层的 历史 数据。

  比特币的一个区块大小大约是1M左右,可以保存4000笔交易记录。扩容就是想把区块变大,能保存更多的数据。

  每个区块都会保存上一个区块的 hash,使区块之间产生关系,这个关系就是链。通过这个链把区块交易记录以及状态变化等的数据存储起来。

  这个不是距离上说的高度,它指是该区块与所在链上第一个区块之间相差的区块总个数。这个高度说明了就是第几个区块,只是标识作用。

  同一时间内产生了两个区块(区块里的交易信息是一样的,只是区块的hash值不一样),之后在这两个区块上分叉出来两条链,这两条链接下来谁先生成6个区块,谁就是主链,另外的一条链丢弃。

  算力高的矿池很容易比算力低的矿机产生区块速度快,导致区块链上大部分区块由这些算力高的矿池产生的。而算力低的矿机产生的区块因为慢,没有存储到链上,这些区块将会作废。

  之前说过分叉,孤块就是同一时间产生的区块,有一个形成了链,另一个后边没有形成链。那么这个没形成链的块就叫

  上边说的孤块,通过幽灵协议,使它成为工作量证明的一部分,那它就不会被丢弃,会保存在主链上。这个区块就是下

  也叫数据集合DAG(有向非循环图),DAG是一种理想的多链数据结构。现在说的区块链大都是单链,也就是一个区块连一个区块,DAG是多个区块相连。好处是可以同时生成好几个区块,于是网络可以同时处理大量交易,吞吐量肯定就上升了。但是缺点很多,目前属于研究阶段。

  挖矿过程就是对以上这六个字段进行一系列的转换、连接和哈希运算,并随着不断一个一个试要寻找的随机数,最后成功找到一个随机数满足条件:经过哈希运算后的值,比预设难度值的哈希值小,那么,就挖矿成功了,节点可以向邻近节点进行广播该区块,邻近节点收到该区块对以上六个字段进行同样的运算,验证合规,再向其它结点转播,其它结点也用同样的算法进行验证,如果全网有51%的结点都验证成功,这个区块就算真正地“挖矿”成功了,每个结点都把这个区块加在上一个区块的后面,并把区块中与自己记录相同的列表删除,再次复生上述过程。另外要说的是,不管挖矿成不成功每个节点都预先把奖励的比特币50个、所有交易的手续费(总输入-总输出)记在交易列表的第一项了(这是“挖矿”最根本的目的,也是保证区块链能长期稳定运行的根本原因),输出地址就是本结点的地址,但如果挖矿不成功,这笔交易就作废了,没有任何奖励。而且这笔叫作“生产交易”的交易不参与“挖矿”计算。

  就是矿工们联合起来一起组成一个团队,这个团队下的计算机群就是矿池。挖矿奖励,是根据自己的算力贡献度分发。

  当区块链里的验证是对交易合法性的一种确认,交易消息在节点之间传播时每个节点都会验证一次这笔交易是否合法。比如验证交易的语法是否正确,交易的金额是否大于0,输入的交易金额是否合理,等等。验证通过后打包,交给矿工挖矿。

  区块链要像永动机一样不停的工作,需要矿工一直维护着这个系统。所以要给矿工们好处费,才能持久。

  当交易发生时,记录该笔交易的区块将进行第一次确认,并在该区块之后的链上的每一个区块进行再次确认:当确认数达到6个及以上时,通常认为这笔交易比较安全并难以篡改。

  就是我有10块钱,我用这10块钱买了一包烟,然后瞬间操作用这还没到付的10块钱又买了杯咖啡。所以验证交易的时候,要确认这10块钱是否已花费。

  冷钱包就是离线钱包,原理是储存在本地,运用二维码通信让私钥永不触网。热钱包就是在线钱包,原理是将私钥加密后存储在服务器上,当需要使用时再从服务器上下载下来,并在浏览器端进行解密。

  软件钱包是一种计算机程序。一般而言,软件钱包是与区块链交互的程序,可以让用户接收、存储和发送数字货币,可以存储多个密钥。硬件钱包是专门处理数字货币的智能设备。

  映射跟区块链货币的发行相关,是链与链之间的映射。比如有一些区块链公司,前期没有完成链的开发,它就依托于以太坊发行自己的货币,前期货币的发行、交易等都在以太坊上进行操作。随着公司的发展,公司自己的链开发完成了公司想要把之前在以太坊上的信息全部对应到自己的链上,这个过程就是映射。

  卖方,认为币价未来会下跌,将手中持有的币(或向交易平台借币)卖出,待币价下跌后,低价买入获利了结

  买入比特币后,币价下跌,为避免亏损扩大而赔本卖出比特币。或借币做空后,币价上涨,赔本买入比特币

  币价盘整已久,下跌可能性较大,空头大多已卖出比特币,突然空方将币价拉高,诱使多方以为币价将会上涨,纷纷买入,结果空方打压币价,使多方套牢

  NFT全称“Non-Fungible Tokens” 即非同质化代币,简单来说,即区块链上一种无法分割的版权证明,主要作用数字资产确权,转移,与数字货币区别在于,它独一无二,不可分割,本质上,是一种独特的数字资产。

  元宇宙是一个虚拟时空间的集合, 由一系列的增强现实(AR), 虚拟现实(VR) 和互联网(Internet)所组成,其中数字货币承载着这个世界中价值转移的功能。

  DeFi,全称为Decentralized Finance,即“去中心化金融”或者“分布式金融”。“去中心化金融”,与传统中心化金融相对,指建立在开放的去中心化网络中的各类金融领域的应用,目标是建立一个多层面的金融系统,以区块链技术和密码货币为基础,重新创造并完善已有的金融体系

  中本聪是比特币的开发者兼创始者。2008年11月1日中本聪发表了比特币白皮书,并于2009年1月3日首次挖出比特币,谁能动用创世区块里的比特币谁便是中本聪本人,所以谁是中本聪呢? 历史 上出现过很多个“中本聪”:2013年,有人爆料在数学领域有过卓越贡献的望月新一就是中本聪,但是并没有提出直接证据。 2014年,黑客黑进了中本聪用过的邮箱,并找到了邮件的主人多利安?中本(Dorian Nakamoto),随后多利安表示自己只是偶然获取了邮箱的地址和密码,并不是中本聪。2016年,克雷格?赖特(CraigWright)表示他是中本聪,且能提供中本聪的私钥。但随后,赖特因为无法面对大家的质疑而撤回自己的声明。

  比特币是一种去中心化的数字资产,没有发行主体。Q币是由腾讯公司发行的电子货币,类似于电子积分,其实不是货币。Q币需要有中心化的发行机构,Q币因为腾讯公司的信用背书,才能被认可和使用。使用范围也局限在腾讯的 游戏 和服务中,Q币的价值完全基于人们对腾讯公司的信任。

  比特币不通过中心化机构发行,但却能够得到全球的广泛认可,是因为比特币可以自证其信,比特币的发行和流通由全网矿工共同记账,不需要中心机构也能确保任何人都无法窜改账本。

  以比特币为例,比特币矿机就是通过运行大量计算争夺记账权从而获得新生比特币奖励的专业设备,一般由挖矿芯片、散热片和风扇组成,只执行单一的计算程序,耗电量较大。挖矿实际是矿工之间比拼算力,拥有较多算力的矿工挖到比特币的概率更大。随着全网算力上涨,用传统的设备(CPU、GPU)挖到比特的难度越来越大,人们开发出专门用来挖矿的芯片。芯片是矿机最核心的零件。芯片运转的过程会产生大量的热,为了散热降温,比特币矿机一般配有散热片和风扇。用户在电脑上下载比特币挖矿软件,用该软件分配好每台矿机的任务,就可以开始挖矿了。每种币的算法不同,所需要的矿机也各不相同。

  量化交易,有时候也称自动化交易,是指以先进的数学模型替代人为的主观判断,极大地减少了投资者情绪波动的影响,避免在市场极度狂热或悲观的情况下做出非理性的投资决策。量化交易有很多种,包括跨平台搬砖、趋势交易、对冲等。跨平台搬砖是指,当不同目标平台价差达到一定金额,在价高的平台卖出,在价低的平台买入。

  场外交易也叫OTC交易。用户需要自己寻找交易对手,不通过撮合成交,成交价格由交易双方协商确定,交易双方可以借助当面协商或者电话通讯等方式充分沟通。

  区块链通过时间戳保证每个区块依次顺序相连。时间戳使区块链上每一笔数据都具有时间标记。简单来说,时间戳证明了区块链上什么时候发生了什么事情,且任何人无法篡改。

  在中心化系统中升级软件十分简单,在应用商店点击“升级”即可。但是在区块链等去中心化系统中,“升级”并不是那么简单,甚至可能一言不合造成区块链分叉。简单说,分叉是指区块链在进行“升级”时发生了意见分歧,从而导致区块链分叉。因为没有中心化机构,比特币等数字资产每次代码升级都需要获得比特币社区的一致认可,如果比特币社区无法达成一致,区块链很可能形成分叉。

  硬分叉,是指当比特币代码发生改变后,旧节点拒绝接受由新节点创造的区块。不符合原规则的区块将被忽略,矿工会按照原规则,在他们最后验证的区块之后创建新的区块。软分叉是指旧的节点并不会意识到比特币代码发生改变,并继续接受由新节点创造的区块。矿工们可能会在他们完全没有理解,或者验证过的区块上进行工作。软分叉和硬分叉都向后兼容,这样才能保证新节点可以从头验证区块链。向后兼容是指新软件接受由旧软件所产生的数据或者代码,比如说Windows 10可以运行Windows XP的应用。而软分叉还可以向前兼容。

  从目前主流的区块链项目来看,区块链项目主要为四类:第一类:币类;第二类:平台类;第三类:应用类;第四类:资产代币化。

  USDT是Tether公司推出的对标美元(USD)的代币Tether USD。1USDT=1美元,用户可以随时使用USDT与USD进行1:1兑换。Tether公司执行1:1准备金保证制度,即每个USDT代币,都会有1美元的准备金保障,对USDT价格的恒定形成支撑。某个数字资产单价是多少USDT,也就相当于是它的单价是多少美元(USD)。

  山寨币是指以比特币代码为模板,对其底层技术区块链进行了一些修改的区块链资产,其中有技术性创新或改进的又称为竞争币。因为比特币代码开源,导致比特币的抄袭成本很低,甚至只需复制比特币的代码,修改一些参数,便可以生成一条全新的区块链。

  智能合约,Smart Contract,是一种旨在以信息化方式传播、验证或执行合同的计算机协议,简单说,提前定好电子合约,一旦双方确认,合同自动执行。

  通证经济就是以Token为唯一参考标准的经济体系,也就是说相当于通行证,你拥有Token ,就拥有权益,就拥有发言权。

  大数据是生产资料,AI是新的生产力,区块链是新的生产关系。大数据指无法在一定时间范围内用常规软件工具进行捕捉、管理和处理的数据集合,是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。简单理解为,大数据就是长期积累的海量数据,短期无法获取。区块链可以作为大数据的获取方式,但无法取代大数据。大数据只是作为在区块链运行的介质,没有绝对的技术性能,所以两者不能混淆。(生产关系简单理解就是劳动交换和消费关系,核心在于生产力,生产力核心在于生产工具)

  ICO,Initial Coin Offering, 首次公开代币发行,就是区块链数字货币行业中的众筹。是2017最为热门的话题和投资趋势,国家9.4出台监管方案。说到ICO,人们会想到IPO,两者有着本质不同。

  没有发行方,不属于任何机构或国家,由互联网网络专家设计、开发并存放于互联网上,公开发行的币种。

  发行总量一旦设定,永久固定,不能更改,不能随意超发,可接受全球互联网监督。因挖掘和开釆难度虽时间数量变化,时间越长,开采难度越大,所开釆的币就越少,因此具有稀缺性。

  用字母数字组成的存放在互联网上,任何人都可以查出其设计的源代码,所有人都可以参与,可以挖掘,全球公开化。

  每个人都可以在网上注册下载钱包,无需实名认证,完全由加密数字代码组成,全球即时点对点发送、交易,无需借助银行和任何机构,非本人授权任何人都无法追踪、查询。

  合约交易是指买卖双方对约定未来某个时间按指定价格接收一定数量的某种资产的协议进行交易。合约交易的买卖对象是由交易所统一制定的标准化合约,交易所规定了其商品种类,交易时间,数量等标准化信息。合约代表了买卖双方所拥有的权利和义务。

  每个区块大小是一兆,大概能容纳一千多条交易的信息,如果你上一个比特币区块链浏览器上去观看的话,你会查到现在每一个区块大概都是一兆左右,已经达到了区块容量的上限,如果比特币的网络的转账越来越多,很多交易就不会在交易发生后第一个发生的区块被打包和确认。可能要等好几个区块或者时间更长,在比特币的历史上曾经遭遇过几次粉尘攻击,其中就有很多交易者在交易所(币汇)制造大量的小额转账,粉尘攻击就是有人制造出大量的小额转账,使得网络中有大量的待确认的交易,导致正常的转账不能够被确认,确认时间被延迟,影响网络的正常运转。

  很多交易者的交易等待两天或者是更久才得到确认,虽然粉尘攻击是非常极端的例子,但是看现在的比特币的网络,正常的转账量,已经远远超出了他能够承受的最大的容量,每个区块大小现在都是一兆,所以扩大比特币区块容量,突破现有一兆大小的限制,这个过程叫做扩容。

  感谢您阅读本篇对什么是链上扩容和链下扩容的详细介绍,如果你对区块链扩容是什么意思还不够了解,想进一步学习关于什么是链上扩容和链下扩容的知识,可以在本站首页搜索你想知道的!

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