了解区块链的渊源，你可能缺少一张图——Part4：区块链扩容

区块链在比特币和以太坊的身上都出现了效率问题，越分散的结构导致越低的效率，这一问题一段时间成了大家关注的焦点。因此如何为区块链网络提升效率一时间成了区块链研究的重要方向。

那我们就来谈谈目前针对区块链网络的提速方向（即扩容方案）：

要谈及提速，我们得先了解一下我们现在的网络是什么样的模型，因为区块链网络是基于我们现有的宽带网络上运行的，所以理解了现有的宽带网络模型有利于我们对区块链网络扩容进行理解。

我们目前的宽带网络是被定义为OSI模型，OSI模型即：Open System Interconnect开放式系统互联，它将网络定义了7层网络架构，即：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

物理层是基础设施建设，包括光缆、电缆等；数据链路层定义了通信方式，通过网桥确保通信能到达指定地点；网络层可以引申为将数据链路层进行包装，使数据处理和识别更加便捷；传输层定义了网络传输协议，将网络信息分类处理；这1-4层被称为低层，也可以说是网络传输的底层。

会话层不参与数据传输，但是用于数据安全校验，以建立可靠的数据通信机制；表示层用于信息转换，将不同的语法转换成可通过协议传输的数据，数据的压缩、解压缩、加密、解密等操作均在表示层处理；应用层专门负责应用程序的网络处理，应用层可以理解为应用程序自身的网络通信需求，提供网络与应用程序之间的接口服务，如邮件收发的SMTP协议、FTP传输协议都是针对软件自身的需求制定的，因此均属于应用层协议。5-7层被称为高层。

理解了互联网7层架构，我们再来看看区块链的扩容方案：

区块链的扩容（提速）方案大体可以分为三种类型：第0层扩容（即Layer0扩容）、链上扩容（Layer1扩容）、链下扩容（Layer2扩容）。它们分别是什么意思呢？

第0层扩容指在OSI模型的1-4层（低层协议）上提速，也就是提升互联网的基础设施效率，就如我们从2G升级为3G，再升级为4G、5G、6G等，这些都是对基础设施的提速。因此要提高区块链网络的性能，从基础设施的角度考虑，不为一种最根本的最简单粗暴的扩容方案。

因此，第0层扩容是通过优化区块链底层数据传输协议提升区块链可扩展性，不改变区块链的上层架构，是在一种保留原有链生态规则的性能提升方案。

链上扩容即Layer1层扩容，其对应的OSI模型为5-7层（高层协议），链上扩容分为“数据层优化”、“网络层优化”、“共识层优化”和“激励层优化”4种类型优化方案：

在区块链设计时，已经既定了每个区块的大小、打包时间、认证机制、传播方式和分配方式等问题，因此，一个区块链网络在设计时如果某一项设计出现问题，都有可能影响整个区块链网络的性能。

比如最原始的扩容方案是从区块承受大小去考虑扩容。如果一个区块有4KB的数据，要传输1M的数据量就需要打包256次，相当于需要256个区块，每个区块产生时间设定为10分钟，那1M的数据量传输就需要2560分钟才能传输完成；而如果将一个区块设定为16KB，那仅需打包64次，同样区块产生时间设定为10分钟，传输1M的数据量就仅需640分钟，这无疑是提升了网络传输效率。

但是遗憾的是，扩块的方案杯水车薪，扩容不可能无限制扩大块的容量，那样会造成资源浪费，所以扩块的效果有限，因此这种方案很快大家就失去了兴致。

后来人们又考虑从设计理念上改变，原来需要全网络节点确认去做一件事，那能不能让一部分确认一件事情，另外一部分人去确认另外的事情，这样同时做，就可以更大限度的节约时间。相当于从单核CPU升级为多核CPU一样，这就是现在比较流行的分片扩容概念，很现然这种思路扩容效果明显。区块链网络设定一定数量的见证人即可分配资源，然而要针对全网络节点动态分配资源的技术难度较高，应用落地困难，不确定性因素很多，所以直到目前还仍然是探索阶段。

当然，也有人剑走偏锋，从算法方面入手，从数学思想中提出DAG（有向无环图算法），完全替代见证人方案，但是DAG网络是脆弱的，失去了监控手段很容易产生造假的问题，因此双花问题、影子链攻击问题等成了DAG理念的难题。

从设计上扩容的方案很多，大体分为分叉设计、分级设计、分片设计、分层设计四大类，如下图：

随着时间推移，大家对“去中心化”思想也有了其他的认识，以前人们觉得“去中心化”就得让大家找不到中心机构，但是渐渐的人们也认识到找不到中心机构的意义其实并不大，我们需要更关注于思想去中心化和架构去中心化，而非形式上的去中心化，因此PoS共识渐渐进入大众视野，被大家渐渐认可。

共识理念的改变，大大降低了全网范围确认难度大的问题，虽然这一改变也引发了大众的激烈辩论：很多人认为PoS共识机制会导致区块链走向中心化，因此针对共识层改进一直未曾停止过，期间产生过很多的研究项目，常见的共识机制如：

POW共识：Proof of Work，工作量证明，按照工作量和工作时间来分配，类似于矿场的矿工，凭运气获得奖励

POS共识：Proof of Stake，股权证明，按照持有比例和持有时间来分配，类似于把钱存银行收利息

DPOS共识：DPoS–Delegated Proof of Stake，授权权益证明，持币人由投票选举全，选举出一些节点作为代表来记账，类似于全国人民代表大会制度

BFT类共识：Byzantine Fault Tolerance，拜占庭容错算法

PBFT共识：Practical Byzantine Fault Tolerance，实用拜占庭容错算法，链上所有人进行投票，结果按照拜占庭共识算法来处理。类似的还有DBFT类共识、SBFT类共识等。

POI共识：Proof of Importance，重要性证明。使用账户重要性评分来分配记账权的概率。

POP共识：Proof of Participation，参与度证明。结合了DPOS与POI的思想。

混合共识：POW+POS、POS+PBFT等

另外还有一些机构在思考从发行机制、分配方式上去扩容，这些就不一一想说了。

链下扩容即Layer2层扩容，其于Layer1层一样对应的OSI模型为5-7层（高层协议）。其大体思想就是将数据处理分类处理，比如将紧急的事情先做、或者重要的事情先做等。

无论是采用侧链技术还是链下计算的方案，都是类似的道理，只是站的角度不一样。正如比特币的扩容方案“闪电网络”的设计思想一样，从哲学的角度来考虑就是：林子里面有棵树倒了，可村子里面的人是不在乎的。

也就是有人交易频繁小额交易，对于大额交易的人来说，他们属于小型金融，影响不了金融大局，但是他们会占用网络通道，所以将他们的交易先进行状态位标记，然后再定期一次性处理，这样就能提高一定的大额交易效率。

另外，以太坊网络、墨客网络的设计方案类似，就是在自身或借助其他链来专门处理小额交易，大额走主链，小额在侧链或内部子链中处理完成后再同步到主链上。

其实针对整个网络的优化方案从哲学的角度上来看基本类似。

无论是第0层扩容还是链上扩容、链下扩容，目前都处于探索阶段，没有谁能确定哪种方案最好，每种方案都有其优缺点：第0层扩容最根本，对区块链网络的影响也最小，但是成本也最高，硬件科技技术难度也最大；链上扩容的方案种类最多，但是稳定性方面再面临极大的考验；链下扩容的思想比较新颖，但是跨链技术还未成熟，所以前面的路仍然还很长。

我们期待更多的思想和方法，区块链现在还是一个孩子，他要面临的问题还很多，要成长的路还长，让我们共同期待吧！

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编译者/作者：熊窝联盟

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