當(dāng)前解決比特幣可擴(kuò)展性問(wèn)題的解決方案有哪些

我們都知道比特幣不是最可擴(kuò)展的加密貨幣，每秒大約只能進(jìn)行6.5次交易。好吧，這樣的說(shuō)法其實(shí)也并不是很靠譜，因?yàn)楸忍貛庞虚W電網(wǎng)絡(luò)，并接受SegWit，但簡(jiǎn)而意知，比特幣仍然沒(méi)有那么大的可擴(kuò)展性。我喜歡社區(qū)里真正聰明的人來(lái)積極開(kāi)發(fā)比特幣。今天我將討論一下我的一些想法。這些想法是我在提交大學(xué)論文時(shí)的理論基礎(chǔ)。

閃電網(wǎng)絡(luò)

目前可用的最酷的解決方案。閃電網(wǎng)絡(luò)可以被認(rèn)為是比特幣的另一層。閃電網(wǎng)絡(luò)允許雙方進(jìn)行近乎即時(shí)的交易，而不會(huì)阻塞比特幣的主要層。雙方之間的這些交易發(fā)生在閃電網(wǎng)絡(luò)建立的支付通道上。一旦建立了支付通道，雙方就可以發(fā)送數(shù)千筆不需要出現(xiàn)在主區(qū)塊鏈上的交易。這明顯減少了區(qū)塊鏈上的擁塞。然后，當(dāng)任何一方一旦終止合同，他們就會(huì)將合同廣播到主網(wǎng)，然后礦工就會(huì)將其作為單個(gè)交易進(jìn)行驗(yàn)證。

我喜歡閃電網(wǎng)絡(luò)，我甚至可能在某個(gè)時(shí)候建立我自己的節(jié)點(diǎn)。閃電網(wǎng)絡(luò)也有一些缺點(diǎn)。例如，它們只適用于很小的交易。

SegWit

另一種解決方案是所謂的隔離證人（SegWit）。這個(gè)解決方案的思想是將簽名分割成一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)。由于簽名約占?jí)K大小的65%，這就為交易提供了更多的空間。

比特幣現(xiàn)金

比特幣現(xiàn)金選擇了一個(gè)更簡(jiǎn)單的解決方案。只需增加塊大小。比特幣塊大小為1MB，比特幣現(xiàn)金塊大小為8MB。這使得比特幣的吞吐量比比特幣高出8倍。這個(gè)解決方案與原來(lái)的比特幣網(wǎng)絡(luò)不兼容。因此，比特幣現(xiàn)金和比特幣是兩種不同的貨幣，當(dāng)這種變化發(fā)生時(shí)，它被稱(chēng)為硬分叉。比特幣現(xiàn)金的批評(píng)者表示，這只是一個(gè)創(chuàng)可貼式的解決方案，會(huì)拖延規(guī)模問(wèn)題，并導(dǎo)致社區(qū)分裂。

背景

簡(jiǎn)單介紹一下我的背景，我是一名網(wǎng)絡(luò)安全專(zhuān)業(yè)的應(yīng)屆畢業(yè)生。在我的論文中，我寫(xiě)了一篇關(guān)于比特幣可擴(kuò)展性問(wèn)題的論文。我已經(jīng)丟失了原來(lái)的文件，只能找到一個(gè)粗略的副本，如下圖所示。

本文收集了我的一些想法，這些想法可以直接或間接地幫助解決比特幣可擴(kuò)展性問(wèn)題。我想對(duì)它們做一個(gè)快速的概述。

分類(lèi)賬的壓縮

關(guān)于區(qū)塊大小爭(zhēng)論的一個(gè)擔(dān)憂(yōu)是，分類(lèi)賬的大小將迅速增長(zhǎng)。例如，BTC中的塊是1MB，而B(niǎo)HC中的塊是8MB?？紤]到一個(gè)區(qū)塊大約每10分鐘就會(huì)被開(kāi)采一次，隨著時(shí)間的推移，分類(lèi)賬將會(huì)慢慢增長(zhǎng)。我做了一張圖表，向你展示總賬的增長(zhǎng)情況。

我想快速指出，這是假設(shè)所有的塊都被填滿(mǎn)到最大容量。比特幣的現(xiàn)金流量從未達(dá)到8MB的塊大小。

雖然數(shù)學(xué)計(jì)算起來(lái)很簡(jiǎn)單，結(jié)果卻很令人驚訝。假設(shè)比特幣將存在100年甚至1000年左右，我們很快就能看到賬本的規(guī)模將變得大得離譜。100年后，比特幣賬戶(hù)將達(dá)到5000Gb左右。

節(jié)點(diǎn)有兩種類(lèi)型，完整節(jié)點(diǎn)和輕節(jié)點(diǎn)。完整的節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)整個(gè)區(qū)塊鏈而輕量級(jí)的節(jié)點(diǎn)使用一種稱(chēng)為Simрlifiеdрауmеnt vеrifiсаtiоn （SPV）來(lái)驗(yàn)證交易。輕量級(jí)節(jié)點(diǎn)錢(qián)包跳過(guò)了幾個(gè)安全步驟，這可能會(huì)使用戶(hù)容易受到攻擊。這一點(diǎn)很重要的一個(gè)例子是在2015年7月4日發(fā)生的意外分叉，其中更新的完整節(jié)點(diǎn)錢(qián)包不受影響，而輕量級(jí)節(jié)點(diǎn)錢(qián)包處于危險(xiǎn)之中。

在基于區(qū)塊鏈的項(xiàng)目中，這個(gè)問(wèn)題顯然會(huì)隨著時(shí)間的推移而增長(zhǎng)。解決這個(gè)問(wèn)題的一種方法是壓縮這個(gè)數(shù)據(jù)。我將假設(shè)，隨著分類(lèi)帳規(guī)模的增長(zhǎng)，完整節(jié)點(diǎn)和輕節(jié)點(diǎn)之間的比例將傾向于完整節(jié)點(diǎn)。這是因?yàn)榇鎯?chǔ)整個(gè)分類(lèi)帳將變得越來(lái)越昂貴。這是一件壞事，因?yàn)橥暾?jié)點(diǎn)的數(shù)量越少，網(wǎng)絡(luò)的集中度就越高。由于比特幣是一種去中心化的貨幣，及時(shí)解決這個(gè)問(wèn)題符合社區(qū)的利益。

我的想法是，以某種方式實(shí)現(xiàn)壓縮到比特幣分類(lèi)賬，減少分類(lèi)賬的大小。其中一個(gè)問(wèn)題是熵。熵在外行術(shù)語(yǔ)中是隨機(jī)性的度量。

熵是壓縮算法的一個(gè)重要方面。這是因?yàn)楦哽財(cái)?shù)據(jù)更難壓縮。簽名和哈希值的熵非常大，這意味著它們壓縮得不好。另一個(gè)問(wèn)題是使用的壓縮算法必須是無(wú)損的。無(wú)損壓縮就是在壓縮過(guò)程中不丟失任何數(shù)據(jù)。這是至關(guān)重要的，因?yàn)楸粔嚎s的信息是至關(guān)重要的。這意味著大約35%的數(shù)據(jù)可以被壓縮。我沒(méi)有具體數(shù)據(jù)來(lái)支持這一點(diǎn)，但我將作出一個(gè)假設(shè)，超過(guò)數(shù)據(jù)可以有一個(gè)2:1的壓縮比。根據(jù)我上面描述的數(shù)字，隨著時(shí)間的推移，我們可以看到分類(lèi)賬的規(guī)模減少了17.5%。對(duì)于BCH，它可以節(jié)省幾個(gè)TB。

我們?cè)撊绾螌?shí)現(xiàn)呢？

目前，比特幣區(qū)塊的形成看起來(lái)像一條直線(xiàn)的區(qū)塊。

BTC區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)

模式簡(jiǎn)單。當(dāng)找到一個(gè)新塊時(shí)，將它添加到區(qū)塊鏈中，然后重復(fù)。如果我們添加檢查點(diǎn)塊呢？我將檢查點(diǎn)塊定義為n個(gè)塊的合并。當(dāng)找到n個(gè)塊時(shí)，它們被用來(lái)創(chuàng)建檢查點(diǎn)塊。然后塊1到塊n可以刪除。

檢查點(diǎn)塊

有什么優(yōu)點(diǎn)？

· 首先，可以壓縮檢查點(diǎn)塊。

· 這一額外步驟還允許刪除冗余數(shù)據(jù)塊。（您可以從數(shù)據(jù)庫(kù)中刪除或刪除歷史信息，并減小數(shù)據(jù)庫(kù)的大?。?/p>

· 不需要硬分叉。

· 降低運(yùn)行完整節(jié)點(diǎn)的成本。

· 更有效地實(shí)現(xiàn)分片。

分片是什么？

數(shù)據(jù)庫(kù)分片是數(shù)據(jù)庫(kù)或搜索引擎中的數(shù)據(jù)水平分區(qū)。每個(gè)單獨(dú)的分區(qū)都被稱(chēng)為分片或數(shù)據(jù)庫(kù)分片。每個(gè)分片都保存在一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)庫(kù)serverinstance上，以分散負(fù)載。數(shù)據(jù)庫(kù)中的一些數(shù)據(jù)仍然以所有分片的形式存在［notes 1］，但是一些數(shù)據(jù)只出現(xiàn)在單個(gè)分片中。每個(gè)分片（或服務(wù)器）作為這個(gè)數(shù)據(jù)集子集的單一源，基本上不同的節(jié)點(diǎn)可以存儲(chǔ)少量檢查點(diǎn)塊，而不是區(qū)塊鏈的Gb甚至Tb。然后，當(dāng)一個(gè)礦工想要某個(gè)檢查點(diǎn)塊時(shí)，他們可以廣播他們想要的塊，而另一個(gè)擁有正確塊的節(jié)點(diǎn)將用有效數(shù)據(jù)響應(yīng)。

這種技術(shù)在集中式系統(tǒng)上非常有效，可以通過(guò)節(jié)點(diǎn)或服務(wù)器實(shí)現(xiàn)信任。但正如你所知，比特幣是一個(gè)不可信的系統(tǒng)。我們?nèi)绾沃拦?jié)點(diǎn)4不是惡意的，并給我們一個(gè)未修改的檢查點(diǎn)塊呢？目前，我們還不知道。這個(gè)的解是什么？ Merkel的根源在于比特幣如何確保交易沒(méi)有被篡改。如果檢查點(diǎn)塊4的Merkel根位于檢查點(diǎn)塊5之前的Merkel根標(biāo)題中，那么我們就可以假設(shè)這是一個(gè)有效的塊。攻擊者要生成假塊，必須挖掘2n個(gè)塊。

分割塊以增加吞吐量

現(xiàn)在想象一下，如果我們可以讓不同的團(tuán)隊(duì)或節(jié)點(diǎn)池處理不同的問(wèn)題。例如，檢查點(diǎn)塊中的每個(gè)塊可以有一個(gè)團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)可以解決不同的問(wèn)題，允許吞吐量增加n。

此解決方案可以與其他擴(kuò)展解決方案共存，如閃電網(wǎng)絡(luò)、SegWit或增加塊大小。