区块链扩容方案详解

Posted 2022-03-26 区块链星际社

区块链的拥堵情况一直是近几年来行业中一个十分苦恼的问题。早在2017年，CryotoKitty 引发以太坊拥堵开始，便受到了许多人的重视。

在不断地探索下，区块链开发者们也找到了一些解决方案。总体上来说，这些解决方案主要可以分为两大类；

一是通过对区块链本身进行改造，即所谓的 Layer1方案，主要是通过对区块分片来实现；

二是通过将数据的交易执行和处理放在链下，区块链仅仅只是验证交易的有效性，提供安全保证，这也是目前较为主流的扩容方式，即我们常听说的 Layer2方案。

Layer2解决方案，根据发展历程，主要有三种，分别是状态通道、Plasma和Rollup。都始终遵循着将大批量实际交易在链下进行，区块链上只通过极少量的交易验证最终有效性的原则。

状态通道

这是一种比较早期的 Layer2方案，它简单来说便是将第一次和最后一次的交易放在区块链当中执行，而在中间环节中形成的状态通道，支持发送无限数量的签名信息。

这里有一个例子可以让我们十分清楚地明白什么是状态通道。

在我们日常生活中，总是有一些商家喜欢推荐我们办会员卡，并提前在卡中预缴一定的费用。比如我们在一些网上的培训课程，通过预先在会员卡中的缴纳的费用。在之后的过程中，我们都可以使用这张卡进行消费，此时我们不需要再进行付款，只需扣除卡里的余额即可。而当我们不再需要使用这个卡时，找到客服办理退卡，客服便会将卡里最终剩余的钱退还给我们。

在整个过程中，我们进行了很多次的交易，但是，真正进行转账的过程只有最初的充值，以及最后的退款。这个过程便是一种十分形象的状态通道。如果我们不办理会员卡，即不开启转态通道，那么我们每一次的交易，便都会进行一次实际的转账，从而使整个过程变得十分复杂。

状态通道通过这种方式十分有效的解决了区块链中的拥堵问题，但同样，这也有一定的局限性，从前面关于“会员卡”的例子中我们不难发现，要完成这个过程需要提前支付一笔费用，而在区块链当中，便是导致大笔的资金将会被锁定而导致无法灵活运用。同时，这也必须要求资金发送方和接收方都要参与到这个通道当中，才能顺利完成这个过程。

Plasma

Plasma 是一种为了解决状态通道局限性而出现的全新解决方案。它本质上并非技术的创新，而是在区块链主链之外另开一条子链。Plasma 链可以拥有和主链不同的共识机制，也可以有不同的节点为它提供共识。Plasma 链的核心原理便是在链上会存在一个名为“Operator”的角色机制，会定期将这一子链上的状态，生成默克尔树，并将这一默克尔树的根哈希传递给主链进行记录和验证。

通过 Plasma 链的这种方式，主链只需验证最终的根哈希，便可确定资产转移的有效性。而在子链中的交易，就如同正常的区块链交易一般，没有了状态通道存在的限制。

不过，Plasma 也产生了新的问题，那就是“数据不可用”。简单来说便是，Plasma 只会向主链提交转态转移的结果，不会提交在链上发生的交易数据。这便导致无法通过主链的安全性保证来对这些交易数据作验证。用户使用 Layer2 的前提便是基于主链的安全性，而 Plasma 虽然在效率上提升十分高，但却使得这个过程中的安全级别变得比较低。

Rollup

Rollup可以说是一种对于对于主链处理和 Plasma 的折中方式，Rollup 和 Plasma 最大的区别便是增加了交易数据的提交，允许任何人都可以进行验证这些数据，大大提高了安全性。

当然，Rollup 也并非是直接加交易数据不加任何处理直接提高，那样毫无意义。它会最大限度对这些数据通过编码方式进行压缩处理，并且还会适当删除一些不影响最终在主链进行验证的数据。

其主要方式是通过在主链上建立一个或多个相关联的合约，这个合约主要便是用于记录来自于 Rollup 中形成的默克尔树根哈希，这一点和 Plasma 有很大的相似性。而不同之处在于，Rollup 默克尔树记录的是它当中用户的账户状态信息。

从原理上来看，Rollup 本质上是将发生在其中的多个交易进行汇总，发送到主链中在其中形成一笔新的交易。分散的交易在 Rollup 中执行和计算，主链则是根据汇总而来的数据确认并验证这些交易。这在提升交易效率，降低交易成本的同时，也与主链建立了同一级别的信任。

总结

Rollup 的扩容解决方式是当前一个比较优秀的方案，当然，也只限于当前。Rollup 的确解决了普适性、数据可用性，以及安全性等问题，但它并非是完美的，它也同样存在一些诸如效率瓶颈、通讯难题等问题。从整个区块链的发展过程来看，更为优秀的解决方案产生是十分快的，我们也同样期待有更好的扩容方案来替代 Rollup。