以太坊上的擴容方案：概述

區塊鏈世界中，可擴充套件性是每個專案都需要應對的問題。從以太坊專案入手，有利於我更好地瞭解這個難題，並作出投資決策。以太坊擴容系列結束後，其他專案也可能涉及，例如eos和quarkchain。

這些文章不會涉及到程式碼，我只概述我理解的可擴充套件性工作機制。

之前在關於區塊鏈可擴充套件性一文中提到，目前尚無區塊鏈兼顧去中心化、可擴充套件性和安全。對以太坊來說，可擴充套件性問題在ico和cryptokitties等應用中已體現出來，自然這成為以太坊開發者考慮的重點。按照創始人vitalik buterin的說法，2018年將成為以太坊基礎設施建設之年：

[2018] will be the year where all of the ideas around scalability, plasma, proof-of-stake, and privacy that we have painstakingly worked on and refined over the last four years are finally going to turn into real, live working code.

從實用角度來說，以太坊尚處於早期，當前的情況是它既不安全（考慮到智慧合約中經常出現的漏洞），也難以擴充套件。距離最終目標：為幾十億人服務的安全易用的去中心化網路，路途尚遠。

為了解決這個問題，目前有多個專案從事以太坊擴充套件性研究。最近一次綜合這些方案現狀的是今年三月份在巴塞羅舉辦的scalingnow!大會，參會專案類別和名稱如下：

擴充套件性討論中常出現的一個縮寫詞是tps(transaction per second, 每秒交易數)，當前以太坊差不多有15tps，而visa在65000tps左右，可見以太坊成為日常生活的一部分，還有很長的路要走。這種限制發生在以太坊設計本質上，因為每筆交易都會被網路中每一個節點處理；每個節點，無需依賴其他人告訴當前網路狀態，它自己可以得知。

或許我們可以讓每個節點做更多的事情，例如把區塊大小翻倍，但這樣子做會犧牲去中心性，因為處理能力較強的節點將在挖礦中獲得優勢，從而使得全網算力分佈更加集中。

所以，我們的目的是在不增加每個節點工作量的前提下，儘可能讓整個網路做更多的事情。目前看來有兩種方法。

這個假定直接推翻了以太坊的設計原則，但如果我們把網路切成兩半，各自可以半獨立執行呢？a部分處理一半交易，b部分處理另一半，這將使全網tps翻倍。在此基礎上，我們把網路切成多個，這將更大地提高tps。這就是前文提到的sharding（分片）處理。

分片處理由vitalik buterin帶領研究。以太坊將被劃分為多個shard(片)，每一個可以獨立處理交易。分片技術經常被稱為layer 1（第一層，或稱鏈上）擴充套件方案，是因為它在以太坊協議中實現。這也意味著，分片技術將造成hard fork（硬分叉）。硬分叉的定義就是區塊鏈發生了永久性的分歧，導致沒有升級的節點無法驗證已升級節點產生的區塊。

第二種想法就是，與其硬分叉以太坊，不如我們基於當前的tps做更多的事情。這種通常稱為layer 2（第二層，或稱為鏈外）擴充套件方案，它們建立在以太坊之上，無需修改以太坊本身。典型的例子如上文提到的state channels（狀態通道），plasma（側鏈的一種）和truebit（提高複雜運算能力）。

以有賭注的打牌為例，假如我們把撲克牌遊戲放到以太坊上，這將註定是一個比較昂貴緩慢的遊戲，因為參與打牌的人需要等待礦工的確認，而且每次動作都需要付出以太坊的gas，這個實在難以接受。不如，我們找個以太坊之外（鏈外）的地方打牌，每次輸贏先用本子記下來，最後到以太坊鏈上統一結算。這將極大加快我們的打牌進度，並且也不影響最終結果。

當然，實際執行起來是有很多細節和限制的，我將在以後的文章中解釋。

另一種打牌方法，我也不在以太坊上打，但我自己發明一條區塊鏈，作為以太坊的子鏈依附其上，而且子鏈上還能掛載下一層子鏈。這種方法也能極大減少以太坊的負荷並提高tps。典型的專案就是vitalik buterin釋出的plasma技術。

truebit不會直接提升網路中的tps，它的目的是讓以太坊應用能處理較為複雜的運算，並且能在主鏈上得到驗證。考慮gas費用，複雜運算在以太坊上進行是很貴的。truebit有一套專門的驗證計算結果的方法，將在以後文章中論述。

目前公鏈(public blockchain)數目不少，cosmos致力於建立基於區塊鏈的乙太網(internet of blockchains)，使得各個區塊鏈能連線到一起。cosmos將從整個網路角度提升tps，和單個區塊鏈的鏈上鍊外方案構成補充。

到這裡也就結束了以太坊擴容方案的概述，接下來的文章，將按照鏈上、鏈外、複雜計算和跨鏈四個角度逐一解析，也歡迎各位的反饋。