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区块链第二层缩放性解决方案综述

区块链第二层缩放性解决方案综述

目前正在开发的第二层的解决方案,以帮助使块链技术更具可扩展性。“第二层”这个术语在区块链技术的讨论中经常被提及,但它的真正含义是什么呢?首先要了解的是,第二层与基层(也成为主链)是不同的,主链是指区块链本身的一种奇特的方式。例如,比特币和以太网区块链就是基层区块链。

你为什么要在意区块链技术?
自从区块链技术在近10年前问世以来,技术爱好者就对它最终可能支持世界任何地方各方之间的即时支付方式产生了兴趣,这一发展可能为新的数字经济的出现铺平了道路。在这种经济中,中间商将是稀缺的。例如,读者直接向文章作者支付费用,而不必每月向中间商支付费用就可以访问新闻网站的内容,他们可以在零点的基础上购买这些文章。大众媒介服务,如音频或视频通话,都几乎可以免费获得。在这样的经济中,许多其他类型的分散系统,从防篡改的投票制度到土地契约和自然资源登记处,也证明了人们能够克服所固有的技术挑战。
然而,在2017年的大部分时间里,比特币区块链的平均交易费用超过1美元,并且在2017年12月达到了超过50美元的历史高点,这些对货币、信息和服务一体化经济的崇高希望,目前只不过是一个空想。这是因为,在当前的技术范式中,利用比特币网络发送价值几美分的交易是不现实的,但这种经济是有必要存在的。此外,比特币区块链长期面临着超负荷的事务,而在以太坊上的CryptoKitties游戏的出现也表明,这个年轻的平台有自己的问题。
然而,如果区块链综合服务在全球范围内成为主流,那么与这些区块链互动的人员和其他实体的数量就会比较少。毫不奇怪,规模化已经成为区块链发展领域的一个核心问题。
那么,什么是第二层呢?
简单地说,第二层是指作为数字倾倒场的所有辅助平台和协议,在这些平台和协议中,可以将活动从主链上卸载,以节省存储空间。通常情况下,这些替代的数字空间本身就是区块链,但它们并不作为独立的区 块链运行;它们支持的事务最终必须以某种方式在基层上进行验证。 鉴于本文旨在概述目前正在开发的一些第二层解决方案,因此必须记住,下面提供的定义通常并不全面,也不需要解释所讨论技术中每一个可能的迭代。
此外,不同的第二层解决方案不一定是不相容的。有些具有互操作的潜力,有些则直接构建在其他第二层平台和协议之上。
支付渠道
支付渠道是两个用户共同创建的一种工具。它采用了比特币的钱包形式和EDCC(也称为智能合约)的形式。其基本目的是使双方当事人能够在理论上无限制地进行交易,只有在当事人创建渠道、在其中存入更多资金或兑现时,才与主链结算帐户。当更多事务发生在第二层时,写入基层的代码量会减少。这增加了主链的处理速度,因为它允许在单个块中处理更多的事务。然后编码到支付渠道架构中的加密机制将阻止参与者提取他们无权提取的资金。
跨链原子交易
原子交易提供了一种潜在的重要服务,即以较低的成本或免费的价格为另一种类型的数字资产进行轻松的交易,同时又不依赖作为中介的加密货币进行交易。在许多区块链的假想未来中,这将是区块链生态系统之间互操作性的一个重要促进因素。
要执行跨链原子交易,当事人必须设置两个多签名钱包(或多签名合同,在以太坊为基础的网络中),它们在结构上与支付渠道相似,每个分组链上都有一个问题。这些工具由加密机制管理,该机制还防止一方撤回两个钱包的内容。此外,任何时候一方提取收到的资金,一个加密的信息会自动透露给对方,这也使其能够退出。”
闪电网络 (Lightning Network) 和雷电网络(Raiden Network)闪电网络本质上是比特币 区块链上许多支付渠道的网络。它允许没有打开付款渠道的缔约方通过中间渠道交换资金。例如, 如果爱丽丝和鲍勃;鲍勃和查理;查理和戴安娜有支付渠道开放, 爱丽丝可以支付戴安娜的方式支付鲍勃和查理。你可以在这里看到一个示范。
雷电网络与闪电网络非常相似, 但它是建立在以太坊区块链 之上的。该组所发布的解释性视频说明, 随着更多的用户参与, 网络的事务处理速度实际上会增加。
RSK , 以前称为Rootstock, 是一个比特币的侧链。但是项目背后的团队成员已经计划了一些非常不寻常的第二层设备,他们打算在RSK上面构建第二层链(如下所述)。
Lumino 和 LTCP Lumino 本质上是建立在 RSK 侧链之上的闪电网络。其最显著的特点之一是它建议与 Lumino 事务压缩协议 (LTCP) 集成, 这是一个计算逻辑系统, 它大大减少了必须写入 RSK 链的代码数量, 以便创建、或结算付款渠道。如果不深入到协议的关键和基础, 它就会使用一系列对其他事务引用或其他事务的特性来缩写基层的代码, 以便打开、存入资金或关闭 Lumino 的组成支付渠道。由Sergio Demian Lerner撰写的LTCP的白皮书指出,它可以使RSK平台能够容纳多达10亿的用户,当然,目前还不清楚这项技术在实践中会面临什么样的挑战,以及他们对这个数字的实现可能会产生什么样的影响。
等离子体
在目前正在开发的第二层解决方案中,等离子体已经成为最热门的话题之一。在这一结构中,有许多区块链彼此分开,这是约瑟夫·潘(Joseph Poon)的作品,他与以太坊的创造者Vitalik Buterin共同撰写了关于等离子体的基础论文,他将其描述为一种类似树形的地层状。
要建立一个等离子网络, 你必须将一组智能合约 (也称为 EDCC) 发布到主链上, 从而制定出控制等离子区块链的规则。Joseph Poon和其他开发商的说法中, 一个等离子区块链的分支从基部(或另一个等离子体区块链)分支开被称为“子链”。
在等离子区块链中,“验证器”(其作用类似于主链上的矿工)向基层报告了在子链上发生的活动。然而,它们没有向主链提供区块挖掘以来在该子链上核查的所有事务的完整列表,而是向基层提供了一个“blockheader hash”(一个通过与最新区块链内容相关的信息中进行加密而获得的字符串),从而节省了宝贵的空间。
如果其他用户认为验证器歪曲了等离子链上发生的事情,他们可以提交包含矛盾数据的欺诈证明。如果欺诈证明成功地证明验证者的表示是错误的,则等离子链将被回滚到最后一个未被成功争议的区块链中,这意味着在最后一个验证者验证区块之后发生的事务将被有效地撤消。
由于将使用Proof-of-Stake (PoS)共识机制来验证等离子区块链上的交易,因此要成为验证者,必须将资金存入一个Plasma EDCC(等离子链的智能合约)中。如果验证器提交了一个无效的块,他们的资金就将被剥夺。
如果用户怀疑某个子链上存在不正当的活动,他们可以简单地获取他们的代币,然后从这个子链跳到它所分支的“父链”上。如果有必要,他们可以无限地重复这个过程,直到他们回到主链为止。
借用Poon的一个比喻,等离子链的网状就像一个法院系统,在这种系统中,较高一级的法院可以推翻低级法院的裁决,而底层则服务于最高法院。最高法院审理每一个案件是没有效率的,但是任何案件都可以通过很多途径到达最高法院。
分片
在一个分片系统中,用户在分片中进行筛选,这些分片作为它们自己的“星系”,与主链进行通信,但又与主链不同。
通过这种方式,像目前这样数百万用户就可以不再在基层上执行所有事务了,如果有了这些分片,每个分片就可以支持数千个用户,并在内部处理他们的事务。这些有围墙的星系由主链上的一个“确认者管理契约”(VMC)进行维护。
在早期的实现中,跨越分片的通信是不可能的。
未来的分片验证器(有时称为“排序器”)将它们的股份存放在VMC(与P等离子区块链一样,分片们将遵守一个PoS共识机制)。他们所立的存款的大小决定了他们被选为验证人的可能性。这种选择称为“伪随机”。
验证器的任务是在指定的时间内为特定的分片创建“排序规则”。人们可以选择任何验证器来为任何分片创建排序规则,并且它们将在周期开始前不久被选中,从而使它们很少有机会策划欺骗该分片用户的邪恶阴谋。
分片验证器只需要创建与它们被选择的分片相关的排序,与当前在以太坊网络上使用的系统所要求的相比,可以节省与主链挖掘器和分片验证器同样重要的计算能力和磁盘空间。
目前,主要的区块链网络(就用户数量而言)处理信息的速度太慢,无法为数十亿、甚至数千万的主流用户群提供服务。尽管加密货币已经引起了公众的注意,但是许多直接与区块链网络交互的实体仍然是那些区块链爱好者、理论家和技术专家。正如以太坊的创始人Vitalik Buterin最近指出的,以太坊网络目前太“不可扩展”,无法支持一个广泛使用的ridesharing移动应用程序。
换句话说,区块链可能最终成为我们基础设施的一个组成部分,但它们只有在扩大规模、使其比现在更强大的许多倍之后,才有机会发挥这一作用。
国家渠道
支付渠道的概念,即允许用户(在参数范围内)来回发送资金的多签名钱包或合同,而不需要在主链上进行这些交易。即对第二层解决方案进行最粗略的调查中,如果不提及国家渠道,也是不完整的,因为国家渠道是支付渠道下降的保护伞。
虽然支付渠道只允许资金的转移,但一个国家渠道的用户也可以对分类账的状态进行非货币性的更改,而不必将每个更改单独记录到基层。换句话说,这些渠道可以支持区块链技术的金融和非金融应用。
Ledger 实验室的创始人杰夫·科尔曼(Jeff Coleman)被认为是第一个将这种机制理论化的人,他设想了一个“法官”合同,该合同将在一个渠道的实际状态被记录在主链中,一旦出现分歧,该合同将对该渠道的实际状态进行裁决。不过,他似乎预计,围绕渠道状态的冲突不会经常发生,这意味着裁决合同只有在特殊情况下才会被调用。
原子多路径的支付(在闪电网络上建立)
现在回到支付渠道:在第1篇中,我讨论了相互连接的支付渠道如何形成类似闪电的网络(我使用这个术语是因为有几个闪电网络),允许用户通过多个支付渠道向没有直接开放渠道的接受者发送资金。
在今年2月的一封邮件中,闪电实验室的首席技术官兼联合创始人奥劳卢瓦·奥斯通克恩(Olaoluwa Osuntokun)和加密货币工程主管康纳·弗洛奈克(Conner Fromknecht)提出了一种新的闪电网络用途:原子多路径支付。
该方案允许将付款自动分解成分片,直到收件人能够获得全部金额为止,防止交付的付款片断被撤回,。这样不需要一次性汇款,就不需要完全由大容量渠道组成付款途径。
大额资金转移往往会降低支付渠道的作用,因为它们会将资金留在那些向一方倾斜的渠道上。如果支付渠道太多,则必须打开更多的渠道或必须将资金存入现有渠道里,以保持网络的正常运行。原子多路径支付可以减少通道填满的频率,从而弥补通道的不平衡。这意味着,在维护网络公用事业的名义下,用于主链交易费用的资金将减少,从而降低与使用闪电网络相关的成本。
该方案还将通过保持中介发送者(即简单转发付款方式)来识别最终发送方、通过最终接收方和在双方之间转移的资金总额,从而提高用户的隐私。
作者说,它“可以被用于支付多个货币的接收者”“这多么的酷啊 。”
等离子现金
关于等离子大家要参考第2篇文章。在发表文章的时候, 以太坊创始人Vitalik Buterin 在巴黎的以太坊社区会议上发言, 他讨论了一个衍生的解决方案, 他称之为 “等离子现金”。
等离子现金建立在基本的树状结构上, 但也包含了其他几个特性。其中最值得注意的是在主链 的智能合约中建立了控制等离子 区块链集的机制。尽管过去提出的等离子系统会制造一个 “任意单位的等离子以太币”, 当用户将以太币标记存入等离子合同时, 等离子现金合同将在等离子网络中创建代币, 这些标记链接到的字符, 就充当 他们自身的身份验证。
重要的是要注意, 在以太坊网络中, 一些与事务相关的数据被编译成一个名为Merkle树的数据结构。在等离子现金系统中, 使用某种 ID 代币的交易不能任意地包括在 等离子 Merkle树的任何地方; 相反, 它必须被具体地记录在与该代币 ID 对应的位置上。
此功能的主要优点是它大大减少了客户端存储所需的数据量。早先的等离子建议要求每一个给定的等离子区块链的用户都下载该链的等离子块。另一方面, 等离子现金使用者需要验证 “等离子链的可用性和正确性”,只有在Merkle树的位置上,才能对应出他们拥有的任何代币和他们关心的任何代币”。
要使用这样的 区块链发送资金, 还必须发送“证明数据”, 以证明对它们的所有权。
Buterin列举了采用这样一个系统的几个好处,包括在早先的等离子提案中,恶意的参与者理论上可以从存放在等离子合同中的代币库中窃取。等离子现金世界的黑客将不得不从特定的实体窃取特定的代币,考虑到每个代币的历史记录都是单独记录的,要做到这一点要困难得多。此外,在等离子现金上建立的一种加密货币交换系统可以在不保管用户代币的情况下提供订单匹配服务,这可以大大减少大规模盗窃的风险,因为顾客可以一直拥有自己的资金。
感谢阅读
与区块链空间的许多其他特性一样,这些第二层解决方案也在进行中,它们的巨大潜力在很大程度上只得到了部分实现。但是,推进这些解决方案的工作每天都在进行,尽管有很多怀疑者怀疑这些技术,但很多人对区块链的承诺仍然保持乐观。
如果这项技术真的真正开始应用,这很可能要感谢几个第二层的解决方案,而不是任何单一的解决方案。当然,到了那个时候,本系列文章中给出的描述可能已经过时了。
我希望这些文章不仅使读者更好地理解了一些特定的第二层协议,而且也使读者更广泛地认识到将区块链技术充分纳入主流所需的进展。
作者:Adam Reese

根据国家《关于防范代币发行融资风险的公告》,大家应警惕代币发行融资与交易的风险隐患。

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