去中心化可擴充套件性問題的簡要歷史
區塊鏈的可擴充套件性問題已得到充分證明。 比特幣和以太坊是世界上最受歡迎的兩種加密貨幣，但是，前者每秒只能處理3筆到7筆交易，而以太坊每秒只能處理15-20筆交易。與PayPal和Visa的機構解決方案相比，這真是太差勁了。去中心化加密貨幣之所以在處理速度方面落後，是因為它們的設計方式。
阻礙可擴充套件性的設計問題
我們將研究兩個主要問題：
· 花時間將交易放入區塊中。
· 花時間來達成共識。
花時間將交易放入區塊中
比特幣和以太坊都遵循工作量證明（POW）共識模式。在POW模式中，有一些稱為礦工的參與者使用他們的計算能力來解決密碼難題。如果他們成功地開採了這些區塊，那麼他們會因解決難題而獲得區塊獎勵。
因此，假設Alice想向Bob傳送4個比特幣BTC，該交易資料將與記憶體池中其餘的其他待處理交易排隊。成功開採區塊的礦工從記憶體池中提取待處理交易，並將其放入區塊中。一旦發生這種情況，交易就會得到處理，礦工為其服務收取一些交易費。該系統的問題在於，礦工成為整個操作的瓶頸。因此，只要記憶體池的尺寸增加，處理交易所花費的平均時間就會大大增加。此外，須注意的是，在比特幣區塊鏈中，這些區塊的尺寸限制為1 MB。換句話說，只有這麼多的交易可以放入它們的區塊中。
好吧，那麼以太坊呢？
雖然區塊沒有比特幣的1 MB大小限制，但它們受到670萬個氣體上限的限制。一筆簡單的以太坊交易可能花費大約21,000氣體。但是，複雜的智慧合約可能會花費更多。
因此，氣體是處理該特定交易或智慧合約所需的計算能力。由於每個區塊都有氣體限制，礦工只能新增其氣體需求加起來等於或小於區塊的總氣體上限的交易。
花時間來達成共識
比特幣和以太坊的區塊鏈託管在對等網路上。這是比特幣網路的節點分佈：
而這則是以太坊的：
網路節點分佈在廣泛的區域，並具有相同的特權。沒有中央機關，也沒有任何等級制度。它是一個平面拓撲。
但是，由於沒有中央機關，去中心化網路如何做出決定？答案是——共識機制。
一旦礦工成功地開採了一個區塊，他們就需要在整個網路中傳播它。網路的絕大多數（>⅔）必須批准該區塊的合法性。不幸的是，這意味著隨著越來越多的人進入網路，達成共識變得越來越耗時。
第2層去中心化可擴充套件性——智慧合約平臺的比較
因此，如果區塊鏈的固有架構存在缺陷，那麼在區塊鏈基礎上建立一層個是有意義的，這可以允許我們採用擴充套件交易規模的方法。我們今天將要討論的技術——Lightning Network、Raiden、Plasma和Lumino都是第2層可擴充套件性解決方案的示例。要了解這些解決方案的工作機制，您需要了解付款渠道的概念。
狀態通道是參與者之間的雙向通訊通道，其使它們能夠相互互動，這通常在區塊鏈的鏈上和鏈下發生。這樣做是因為它不再需要像礦工這樣的第三方來驗證交易，因此它將成倍地減少交易時間。
那麼建立鏈下狀態通道有什麼要求？
· 區塊鏈狀態的片斷透過多重簽名或某種智慧合約鎖定，具體由一組參與者約定。
· 參與者透過在彼此之間簽署交易來相互互動，而無需向礦工提交任何物品。
· 然後將整個交易集新增到區塊鏈（在Lumino和Raiden中，並非所有交易都儲存在區塊鏈上）。
按照Slock.it創始人Stephan Thual的說法，可以在參與者預先確定的位置關閉狀態通道。其可以是以下幾種：
· 截止時間，例如，參與者可以同意開啟一個狀態通道並在2小時後關閉。
· 它可以基於已完成的交易總量，例如，在進行了價值100美元的交易後關閉該鏈。
支付通道是一種狀態通道，專門處理雙方之間的付款和小額付款。請注意，通道上的所有互動都是可能發生在區塊鏈上但正在鏈下發生的事情。雖然有許多不同型別的支付通道，但到目前為止，最流行的是雜湊時間鎖定合約（HTLC）。
HTLC允許開放支付通道，在預先約定的截止日期之前，資金可以在雙方之間轉移。這些付款透過提交加密證明得到確認。
很好，到目前為止，我們對這些解決方案的背景知識有了基本瞭解。現在讓我們一一探討。
1、Lightning Network
Lightning Network是HTLC型別的鏈下小額支付系統，旨在使交易在區塊鏈中能夠更快地進行。它是Joseph Poon和Tadge Dryja在其白皮書中提出的概念，旨在解決區塊大小限制和交易遲延問題。
讓我們以一個假設的例子來了解它是如何工作的。想象一下Alice必須透過Bob向Charlie匯款。
· Alice和Bob開啟了一個通道，Bob和Charlie開啟了一個通道。
· 假設Alice宣佈她想與Charlie互動。
· Charlie宣佈了一個隨機數字並生成其SHA256雜湊值，然後將其交給Alice。基本上，如果Charlie選擇一個數字A，那麼他將給出數字H（A）的雜湊值。
· Alice將0.1 BTC傳送給Bob，條件是隻有能夠提交獲得相同雜湊值所需資料的人才能取得付款。Bob如果想要濫用資金，他將需要擁有資料，即生成該雜湊值所需的先前映像。Bob基本上將不得不提供他並不擁有的“A”。
· Bob現在以同樣的條件將資金移交給Charlie。Charlie將先前映像“A”交付給Bob，最終從Bob取得付款。
· Bob將“A”交付Alice，最終從Alice取得付款。
以下是整個工作流程的資訊圖。
Lightning Network的優勢如下：
· 快速付款：付款幾乎是即時的。
· 不依賴礦工：交易無需經過礦工的批准和驗證即可進行處理。
· 支援小額付款：早期的小額付款在比特幣區塊鏈上極為不便。現在，由於有了Lightning Network，才得以實現小額付款。
· 支援多簽名：僅當通道中的每個人都批准時，交易才會進行處理。
· 減少區塊鏈負載：由於鏈中發生瞭如此多的交易，因此大大減少了主鏈必須承擔的負載。
· 減少等待時間：由於交易是在鏈下進行，而且沒有礦工的干預，因此幾乎沒有等待時間。
· 它有助於提高可擴充套件性，因為它將增加每秒發生的交易數量。
2、Raiden
Raiden是以太坊的第二層解決方案。雖然它與Lightning Network非常相似，但與之不同的是，它與交易詳細資訊一起，其狀態通道也可以傳輸智慧合約詳細資訊。阻礙以太坊交易的最大問題如下：
· 區塊間隔時間：在以太坊中開採區塊需要15秒。
· 氣體價格：交易是否包含在區塊中也直接關係到每筆交易的氣體價格。通常，礦工接受氣體價格較高的交易，並且可以透過允許他們“插隊”來給予他們特別的優先權。
· 孤立塊：礦工有時候會開採空塊。這些區塊也稱為“孤立塊”。 即使是最好的採礦池，目前也有1-2%的孤立塊率。
Raiden將允許兩個使用者在他們之間進行多次交易，而無需與礦工或區塊鏈進行互動。它的結構類似於在以太坊主鏈上執行的網狀結構：
Raiden Network的優勢？
· 可使用且簡單的應用程式程式設計介面（API）。
· 實現以太坊可擴充套件性。
· 它可用於傳送任何ERC20代幣。
· 實現快速、簡單的匯款。
· 將減少以太坊區塊鏈上的負載。
Plasma與Lightning Network/Raiden一起，將為以太坊架構引入全新的一層：
Plasma是在根鏈（主要的以太坊區塊鏈）之上執行的一系列合約。如果要構想架構和結構，可以將主區塊鏈和Plasma區塊鏈視為一棵樹。主區塊鏈是根，而Plasma鏈（又稱為子區塊鏈）是樹枝。
這大大減少了主鏈上的負載。支鏈定期向主鏈傳送報告。事實上，您可以將“根鏈”視為最高法院，將所有支鏈視為下級法院，這些法院從主要法院獲得權力。
所有支鏈都可以發行自己的獨特代幣，這些代幣可以激勵鏈驗證者照顧鏈並確保其無故障。每個支鏈有其自己的獨立資料，並且當它確實需要向主鏈提交一些資料時，它不會轉儲其所有內容，而只是將部落格標頭雜湊值提交給主鏈。
Plasma不僅節省了主鏈中的大量空間，而且還指數性地提高了交易過程的速度。如果實施得當，這可能是有史以來對以太坊和加密貨幣做出的最具革命性的變化之一。
OmiseGo是最有前景的基於以太坊的專案之一，目前正在開發基於Plasma的產品，以實現快速無縫的付款。
在討論RIF Lumino之前，讓我們更好地瞭解RSK和RIF。 Rootstock（RSK）是智慧合約平臺，可透過側鏈技術連線到比特幣的區塊鏈。 Rootstock可以讓您建立與以太坊 （web3 / EVM / Solidity模式）相容的應用程式，同時仍可享受比特幣區塊鏈提供的安全性。Rootstock的核心是以下組合：
· 圖靈完備的基於資源的確定性虛擬機器（用於智慧合約）與以太坊的EVM相容。
· 基於強大聯盟的雙向掛鉤比特幣側鏈（用於BTC計價的貿易）。
· SHA256D合併採礦共識協議（用於依賴比特幣礦工的共識安全性），間隔時間為30秒（用於快速付款）。
如果您想進一步瞭解RSK，可以在此處閱讀我們的指南。
Rootstock還將利用其技術堆疊（Rootstock基礎構架框架開放標準，英文縮寫RIFOS）幫助在比特幣基礎上構建健康的經濟體系。透過使每個人都儘可能簡單地進行操作，它將促進區塊鏈技術的使用。由於RIFOS基於存在於比特幣之上的側鏈（RSK）構建，人們可以將其視為位於比特幣區塊鏈上的第三層。
關於RIFOS，請注意以下特點：
· 只要產品與基礎協議相容，開發人員就可以將其無縫整合到RIFOS生態系統中。
· RIFOS的各個元件旨在最大限度地為希望在協議的生態系統中提供基礎架構服務的使用者帶來潛在益處。
· 所有元件均受比特幣網路提供的安全保護。
· 其協議將包括觸發網路效應和規模經濟的機制。
· 使用單個代幣（RIF）將消費RIFOS中執行的大多數服務。
RIFOS目前正在研究的領域之一是使用其 Lumino 專案進行的“付款”。Lumino與Raiden非常相似，因為它透過狀態通道傳送交易和智慧合約詳細資訊。但是，不同之處在於，儘管Raiden是為以太坊構建的，但Lumino是由RSK構建的，是對比特幣的擴充套件。Lightning Network和Lumino可能會出現競爭，但是，事實是它們彼此互補，並且正在共同努力為比特幣使用者提供最佳服務。
