迷茫中的价值互联网(区块链 3.0),闪现一丝亮光

比特币5万美元时代,区块链仍在迷失。资本再次掀起滔天巨浪,期待柳暗花明那一刻。。。

区块链经过十多年的发展,从最初比特币的纯炒币1.0时代,到以太坊领头衍生的dapp2.0时代, 从来不是区块链的目的。如今随着比特币迈入5万美元,区块链已经有了足够的技术和资本,开启触达大规模商业应用的入口。

2021 年伊始,谁能率先完成突破,谁是第一个吃螃蟹的人?让我们先分析下区块链现状。

一. Web3.0 和区块链 3.0 现状

《迷茫中的价值互联网(区块链 3.0),闪现一丝亮光》

2017 年,以太坊联合创始⼈,同时也是 Polkadot 创始⼈Gavin Wood 正式提出了基于分布式的Web3.0 概念。当然,以太坊把智能合约与前端衔接的JS 开发套件当仁不让的命名为 Web3.0,这也表明了以太坊对 Web3.0 的态度。

在 WEB 3.0 中,去中⼼化的存储、去中⼼化的流量计费和去中⼼化的交易系统是必不可少的三个基本要素。⽽其中去中⼼化的交易系统是最核⼼的设施。去中⼼化的交易系统就是区块链,只有区块链中的经济激励才能促使全世界⼈⺠愿 意提供⾃⼰的存储或流量设备参与 WEB3.0 的构建和运⾏。

《迷茫中的价值互联网(区块链 3.0),闪现一丝亮光》

⽬前区块链系统所⾯临的最基本问题就是每秒交易能⼒(TPS)低下问题,⽐ 特币的 TPS 值为7,即每秒能进⾏ 7 笔交易;⽽以太坊在 15 到20 之间

与之相对⽐的,中⼼化系统的交易能⼒要远⾼于此,如 VISA 的 TPS 设计值为13000,实际运⾏中约为 4000;⽀付宝在 2020 年的峰值是650000。这些仅仅是⽀付系统,如果考虑到 WEB3.0 是嵌⼊⽀付的去中⼼化应⽤系统,其 TPS 要求会更⾼,如Youtube 在 2019 年,平均的播放点击是 63000 次每秒,即如果youtube 这⼀个应⽤如果⽤去中⼼化的⽅式实现的话,其 TPS ⾄少需要30​万次每秒,再考虑到如果对流量计算,其 TPS 需求将再⾼⼀个数量级。 因此⽬前区块链所拥有的 TPS 能⼒,与实际 WEB 3.0 所需要的 TPS 差了 3 到4 个数量级, 这是⼀个巨⼤的鸿沟。

要解决这个问题,目前已经解决TPS的只有FAB公链(感兴趣的朋友可以下载白皮书看看:Fabcoin.co,这里就不再赘述),其 TPS 已达百万数量级,生态应用也步入正轨,这是 2021年比特币创新高的最具潜力的第二个“比特币”。

二、 各大公链的TPS 问题

比特币BTC 诞⽣后,尤其是以太坊在 2015 年正式上线,通过智能合约将互联⽹和区块链有机组合到⼀起,推开了迈向WEB 3.0 的⼤⻔后,区块链中低效的 TPS 性能便成为区块链从业者梦想解决的问题,除开FAB 公链,还有很多有益的尝试:

1. EOS

EOS 项⽬由BM 在 2017 年开始,进⾏了史⽆前例的⻓达⼀年的ICO,于 2018 年 6 ⽉正式上线。EOS 当时所有的设计⽬标针对以太坊的缺点:交易的 TPS 低下,交易需要GAS 费,帐户体系太反⼈类等,号称 TPS 能够达到数百万,交易⽆需GAS 费,可以注册 12 字节的帐户名称等。

《迷茫中的价值互联网(区块链 3.0),闪现一丝亮光》

EOS 通过降低去中⼼化程度来提⾼ TPS,使⽤ 21 个超级节点组成联盟链,通过使⽤DPOS 的共识⽅案,让这 21 个节点轮流出块,期望能够达到⾜够⾼的 TPS,。但是由于BM 编程履历不⾜,没有⾼性能计算的经验,因此在这个过程中少考虑了⼏个关键因素:

  • 1) 单机存储IO 的问题:每个 TPS 都必须写⼊到存储系统中,⾼ TPS 意味着⾼存储性能;
  • 2) ⽹络带宽问题:每条交易和区块在⽹络中⼴播,⾼ TPS 意味着区块尺⼨加⼤和出块间隔降低,这意味着⾼⽹络带宽要求,每秒数百万的交易意味着数G ⾄数⼗G 的连接带宽;
  • 3) CPU 计算能⼒问题:每⼀条交易都需要节点的CPU 进⾏计算验证,每秒数百万的交易意味着CPU 需要进⾏每秒数百万的签名验证相关的⼯作,这还没有考虑智能合约这种更复杂的指令情况。

由于缺乏这些因素的考虑,因此EOS 最终实现的结果性能指标远低于⽩⽪书所标称的数据:最终的实现结果⼤约在每秒 2000-3000TPS,这个是折中考虑了超级节点和其他节点的结果。 即便如此,EOS的 TPS 远⾼于以太坊,但币价和总市值却远远不如以太,其核⼼原因在于缺乏去中⼼化和公平的激励体系,去中⼼化的缺失意味着 EOS 并不是纯粹意义上区块链,21 个超级级点可以在⼀起做任何恶意的⾏为;⽽公平激励体系的缺乏意味着普通节点没有任何参与的动⼒。

因此 EOS 项⽬可以说是在解决 TPS 问题上的⼀次失败的尝试。

2. 波卡

波卡链的创始⼈Gavin Wood 的以太坊的核⼼开发者,在 2015 年以太坊上线后离开创⽴的波卡链。

波卡链试图从另外⼀个⽅⾯来解决区块链的 TPS 问题:平⾏链

《迷茫中的价值互联网(区块链 3.0),闪现一丝亮光》

当不考虑跨链交互的时候,假设单链 TPS 固定,那么全⽹总的 TPS 就是链的个数*每条链的 TPS。那么假设我们有100 条链,每条链的 TPS 为 20,那么总的 TPS 就是 2000,在不降低去中⼼化程度的情况下,同样 TPS 可以达到接近 EOS 的值。 波卡链是⽬前区块链项⽬中少数⽩⽪书的内容和实现结果⼀致的项⽬,其解决 TPS 的⽅案虽然略显粗暴,但是相对合理。

为了简化平⾏链的开发,波卡发展出了完整的区块链开发框架substrate,具有极⾼普适性和灵活性,能够做到 15 分钟开发⼀条新链,这是未来区块链开发的⼀⼤(甚⾄有可能成为最重要的)基础框架。

⽬前波卡平⾏所⾯临的问题在于,⼀旦⾯向WEB 3.0 的应⽤,对 TPS 的要求⾄少数以千计, 这时候任何⼀条平⾏都⽆法单独⽀持起如此⾼的 TPS,⽽假如通过多条链合在⼀起⽀撑,就必须涉及到跨链通信的难题,⽽跨链通信将给波卡主链带来更⾼的 TPS 压⼒。

实际上,多条链有机组合在⼀起实现⾼ TPS 的⽅案,就是分⽚⽅案,我们在本⽂中将详细描述。因此,波卡链在解决区块链TPS ⽅⾯做了创新性的尝试,并且在这个过程中研发了⾼效可靠的区块链开发架构。但是能够彻底解决TPS 问题,还需要通过分⽚技术⽅案。⽬前分⽚技术⽅案各种描述都有,也有把平等链⽅案描写成分⽚的。

三、现有的分⽚系统分析

《迷茫中的价值互联网(区块链 3.0),闪现一丝亮光》

⽬前在学术界和⼯程界中,已经提出了多种分⽚系统⽅案, 在解决区块链TPS 的⽅向上,做出了很多有益的尝试,尝试解决其中的⼀个或多个分⽚问题:

1.ZILLIQA

Zilliqa 区分了状态(state)和交易历史(transactionhistory)。状态是指当前的情况,⽐起 存储交易历史,其存储空间占⽤较⼩,但使⽤频率较⾼。Zilliqa 采⽤的⽅式是:每个节点拥有当前状态的拷⻉, 但交易历史将被分⽚。因为交易历史使⽤频率⽐起当前状态要低,所以这将很⼤程度上减少分⽚引起的频繁通信问题。显然 Zilliqa 研究了如何解决交易分⽚问题,已经在AWS EC2 服务器上证明了 2488 tps 的运⾏能⼒(6 个分⽚,3600 个节点),证明了分⽚技术的 可⾏性。

由于 Zilliqa 只研究了交易分⽚的问题,其他的分⽚技术如存储、跨分⽚交易的带宽膨胀等问题尚未涉及,因此其提供的标称 TPS 为 2488–这个是云服务中硬盘IO 所能够达到的极限值。因此即使不考虑其他的技术因素,ZILLIQA ⼏乎⽆法再进⾏扩容,也就谈不上未来

2.以太坊 2.0

以太坊在探索分⽚的道路上做了很多尝试,由于以太坊1.0 基于POW 技术,⽽POW 技术是⽆法保证分⽚安全性的,因此以太坊⼀直尝试迁移到POS 算法上,但是由于POS 算法的安全性⼀直未得到保证,所以经过多次尝试后,以太坊 2.0 采⽤主链POW+分⽚链POS 的技术⽅案。

由于两者算法不⼀致⽽且并存,因此以太坊2.0 可以看成是 1.0 的链外扩展,这时候⼜产⽣新的问题,以太坊 2.0 中的每个分⽚都是⼀部分交易、帐户,这意味着假如所有的跨分⽚交易都必须通过以太坊 1.0 进⾏交换,这将严重消耗1.0 上的 TPS,假如有 100 个分⽚,每个分⽚100TPS, 那么跨分⽚交易平均就会有 9900 个,以太坊 1.0 的 TPS 就需要 9900TPS,这是以太坊 1.0 完全⽆法承受的。这也是⽬前以太坊 2.0 的分⽚不⽀持任何交易的最根本原因。

3. NEAR

NEAR链所提出夜影协议从另外⼀个⻆度考虑这个问题,区块链⽬前的TPS 低,是因为区块中每⼀条记录就是⼀条交易,假设每⼀条记录是 100 笔交易,那么 TPS 岂不是提⾼了 100 倍? 1000 笔呢?怎么样实现⼀条记录就是 1000 笔交易呢?每条记录是⼀个区块不就可以了么?所以NEAR 协议中每⼀条记录都是⼀个区块,那区块怎么来的呢?都是各⾃单个的分⽚;单个分⽚怎么来呢?NEAR 不关⼼,另外做分⽚链么?

NEAR 协议看起来可⾏,但其实只是把 TPS 的问题交给分⽚链去解决了。⽽NEAR 协议的⽅案存在两个巨⼤的问题:

(1). 分⽚间会不会有数据交互?如果没有,那就是各个分⽚是单独的链,需要NEAR 做跨链?考虑跨链的话,波卡是更好的⽅案,⽽不是NEAR;如果有,分⽚间的跨分⽚数据交互量及带 宽与分⽚数量的平⽅相关,如果NEAR 协议主链⽀持 1000TPS 的话,那么实际仅能够⽀持 32 个分⽚

⽽不是 1000 个。

(2). NEAR 主链是否需要对分⽚进⾏校验?如果不校验, 需要NEAR 主链有什么⽤处,如果需要校验,是否需要存储所有各分⽚的状态,如何⽀持此巨量的数据?即使使⽤了零知识证明, 那么原分⽚链就能够完全完成的⼯作,需要NEAR 主链再记录⼀次的意义何在?

因此可以把NEAR 链看成混淆了分⽚和跨链概念,跨链系统的⼀次学术性尝试,⽽并不是 能够具有落地应⽤,解决区块链需求的技术⽅案。

4. TERA

TERA 与NEAR 是类似的概念,是从另外⼀个⻆度来阐述:创建⼀个可以⽅便创建链的框架,然后在系统中称为分⽚;再创建⼀个POW 的验证链,⽤于验证这个链(在 TERA 中称为 分⽚)。所谓的验证就是把这些链(分⽚)的区块作为交易放到主链的区块中。 TERA 理念与 NEAR ⼀样,其实都是披着分⽚外⾐的跨链⽅案。所⾯临的问题也⼀样,所 以为什么 TERA 官⽹号称的 TPS 为 1000-1500,其最根本原因也是受限于节点的 IO。

5. IOST

IOST 在设计时,考虑更多的⽹络分⽚的安全性,⽹络分⽚的安全性是指假设全⽹有的恶意节点,经过分⽚后,某个分⽚中将有的恶意节点, 这个恶意节点⽐例低于预定义值的概率。

在IOST ⽹络中,这个安全性的保证来源于两点:

  • A.通过 DRP 算法,将节点随机分配到分⽚中;
  • B. 每隔⼀段时间(EPOCH),重新分⽚⼀次。

上述的算法能够保证分⽚的安全性,但是带来了两个巨⼤的问题:存储⽆法分⽚。

这是因为,如果存储分⽚,将节点切换到某个分⽚时,需要下载同步该分⽚内的存储状态数据;由于分⽚的随机 性,经过⼀段时间,每个节点都将下载所有分⽚的存储数据。存储⽆法分⽚的结果将导致节点需要存储和传输全⽹的状态数据,⽽全⽹ TPS 越⾼,状态数据就越多,因此全⽹的 TPS 将受制于节点的带宽和存储IO 能⼒,如上所述,即使按照单机能够承受的IO 极限看,全⽹的实际 TPS 应该在 2000 到3000 左右。因此IOST ⽆论如何设计,其真实运⾏的 TPS 将⽆法⾼于此值, 除⾮使⽤集群⽅案做节点,但这个⼜将严重影响系统的去中⼼化程度。

《迷茫中的价值互联网(区块链 3.0),闪现一丝亮光》

算⼒集中攻击问题:同时,在任何⼀个分⽚系统中,算⼒最差的分⽚中的算⼒不超过全⽹算⼒的,此处的N 是全⽹的分⽚总数,这意味着分⽚越多,单个分⽚内的算⼒越低,⽽恶意攻击者可以通过将算⼒集中到某⼀个分⽚中,在这个分⽚中得算⼒ 51%的优势。POS 和POW 的共识⽅案,都⽆法解决这个算⼒集中攻击问题,这是⽬前分⽚⽅案的⼀个致命缺陷。

为了解决 这个致命缺陷,上述的⼀些⽅案中,为了避免这个问题,都是使⽤主链+分⽚链,主链是全⽹算⼒,分⽚链可以是部分算⼒。但是这个必然带来两个问题,⽬前只有⼀种⽅案可以解决这个问题,我们在技术说明的第四节《共识安全性》中分析: 1.主链的 TPS 问题 2.主链的带宽和存储问题除此之外,还有⼀些考虑了带宽的PoW 分⽚协议,由于其数据⼀致性⽆法得到证明,此处就不再详细讨论。因此⽬前所谓的分⽚技术,都没有真正实现全分⽚⽅案。

6.现在非常火爆的 Filecoin 项目

事实上,Filecoin 项目组目前不仅没有解决高TPS 性能链的问题,连智能合约都不支持!低效的TPS 和智能合约的未实现,给Filecoin 带来了严重的问题:由于链技术不成熟导致无法支持实际的应用,无法支持实际的应用就会导致没有实际的数据,而没有实际的数据存入,就会使矿工得不到有效的算力。为了在没有实际有效的存储情况下可以实现挖矿,就必须开放给矿工自己填充数据,给矿工自己填充数据又会引起两个更严重的问题:

  • · 矿工间的军备竞赛:矿工可以通过升级硬件来更快地填充数据,这样必然会导致矿工不断升级硬件,这个必须会形成矿工巨头,然后矿工巨头一旦结盟,就可以掌控整个链的出块(这个是由算法决定的)
  • · 有用数据得不到存储:一旦允许矿工自己填充无效数据,因为存储实际有效数据需要占用网络带宽,矿工必然不愿意存储,这将导致未来即使有数据存储需求,矿工也不会愿意接收

这两个问题将会导致Filecoin 最终变成一个纯POC 挖矿的项目,无法实现白皮书所描述的愿景,最终无法支撑Filecoin 的市值,要知道Filecoin 在私募阶段的市值就达到了20 亿美元。而假设沦落为纯挖矿项目的话,对标EOS, EOS 目前的市值才 20 多亿,这将意味着POC 纯挖矿项目将导致 Filecoin 项目的崩盘。

总结:区块链的大规模生态应用任重而道远,指望目前的生态还看不到商业应用的影子。这个重任目前看来唯一落到了FAB 技术团队肩膀上,虽然其去中心化交易所以及支付应用的体验相当超预期,但大规模的商业应用事实上的验证,则仍需更多时间待其开发中的去中心化供应链和电商项目实际落地。

《迷茫中的价值互联网(区块链 3.0),闪现一丝亮光》

比特币今日行情

#欧易OKEx##比特币[超话]##数字货币##

点赞