以太坊上的扩容方案：概述

目的

区块链世界中，可扩展性是每个项目都需要应对的问题。从以太坊项目入手，有利于我更好地了解这个难题，并作出投资决策。以太坊扩容系列结束后，其他项目也可能涉及，例如EOS和Quarkchain。

这些文章不会涉及到代码，我只概述我理解的可扩展性工作机制。

2018：以太坊基建之年

之前在关于区块链可扩展性一文中提到，目前尚无区块链兼顾 去中心化、可扩展性和安全 。对以太坊来说，可扩展性问题在ICO和Cryptokitties等应用中已体现出来，自然这成为以太坊开发者考虑的重点。按照创始人Vitalik Buterin的说法，2018年将成为以太坊基础设施建设之年：

[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.

从实用角度来说，以太坊尚处于早期，当前的情况是它既不安全（考虑到智能合约中经常出现的漏洞），也难以扩展。距离最终目标：为几十亿人服务的安全易用的去中心化网络，路途尚远。

为了解决这个问题，目前有多个项目从事以太坊扩展性研究。最近一次综合这些方案现状的是今年三月份在巴塞罗举办的ScalingNOW!大会，参会项目类别和名称如下：

State Channels(状态通道)类别

Sidechains(侧链)类别

Sharding(分片)类别

Multi-chain(跨链)类别

Alternative(其他)类别

扩展性的难点

扩展性讨论中常出现的一个缩写词是tps(transaction per second, 每秒交易数)，当前以太坊差不多有15tps，而Visa在65000tps左右，可见以太坊成为日常生活的一部分，还有很长的路要走。这种限制发生在以太坊设计本质上，因为每笔交易都会被网络中每一个节点处理；每个节点，无需依赖其他人告诉当前网络状态，它自己可以得知。

或许我们可以让每个节点做更多的事情，例如把区块大小翻倍，但这样子做会牺牲去中心性，因为处理能力较强的节点将在挖矿中获得优势，从而使得全网算力分布更加集中。

所以，我们的目的是在不增加每个节点工作量的前提下，尽可能让 整个网络 做更多的事情。目前看来有两种方法。

如果每个节点无需处理网络中的每个操作

这个假定直接推翻了以太坊的设计原则，但如果我们把网络切成两半，各自可以半独立运行呢？A部分处理一半交易，B部分处理另一半，这将使全网tps翻倍。在此基础上，我们把网络切成多个，这将更大地提高tps。这就是前文提到的Sharding（分片）处理。

分片处理由Vitalik Buterin带领研究。以太坊将被划分为多个shard(片)，每一个可以独立处理交易。分片技术经常被称为 Layer 1（第一层，或称链上）扩展方案 ，是因为它在以太坊协议中实现。这也意味着，分片技术将造成hard fork（硬分叉）。硬分叉的定义就是区块链发生了永久性的分歧，导致没有升级的节点无法验证已升级节点产生的区块。

如果我们能从以太坊当前处理能力中获得更多

第二种想法就是，与其硬分叉以太坊，不如我们基于当前的tps做更多的事情。这种通常称为 Layer 2（第二层，或称为链外）扩展方案 ，它们建立在以太坊之上，无需修改以太坊本身。典型的例子如上文提到的State Channels（状态通道），Plasma（侧链的一种）和TrueBit（提高复杂运算能力）。

以有赌注的打牌为例，假如我们把扑克牌游戏放到以太坊上，这将注定是一个比较昂贵缓慢的游戏，因为参与打牌的人需要等待矿工的确认，而且每次动作都需要付出以太坊的gas，这个实在难以接受。不如，我们找个以太坊之外（链外）的地方打牌，每次输赢先用本子记下来，最后到以太坊链上统一结算。这将极大加快我们的打牌进度，并且也不影响最终结果。

当然，实际运行起来是有很多细节和限制的，我将在以后的文章中解释。

另一种打牌方法，我也不在以太坊上打，但我自己发明一条区块链，作为以太坊的子链依附其上，而且子链上还能挂载下一层子链。这种方法也能极大减少以太坊的负荷并提高tps。典型的项目就是Vitalik Buterin发布的Plasma技术。

TrueBit不会直接提升网络中的tps，它的目的是让以太坊应用能处理较为复杂的运算，并且能在主链上得到验证。考虑gas费用，复杂运算在以太坊上进行是很贵的。TrueBit有一套专门的验证计算结果的方法，将在以后文章中论述。

跨链操作

目前公链(public blockchain)数目不少，Cosmos致力于建立基于区块链的以太网(Internet of Blockchains)，使得各个区块链能连接到一起。Cosmos将从整个网络角度提升tps，和单个区块链的链上链外方案构成补充。

总结

到这里也就结束了以太坊扩容方案的概述，接下来的文章，将按照链上、链外、复杂计算和跨链四个角度逐一解析，也欢迎各位的反馈。