从区块链技术本质探讨如何解决可扩展性问题

区块链是计算机和经济学结合的产物，通过经济学原理，利用计算机技术实现生产关系的变革，从而减少信任的成本，提升合作的效率。从根本上来说，区块链技术是由多个独立的层级组成的，包括存储层、网络层、扩展层和应用层。

存储层是区块链最底层技术，首先应该考虑的是性能和易用性，系统的整体性能，主要取决于网络或数据存储的I/O性能，网络I/O优化空间不大，但是本地数据存储的I/O是可以优化的。比如，比特币选择的是谷歌的LevelDB，这个数据库读写性能很好，但是很多功能需要开发者自己实现；网络层就是各种共识算法、加密签名算法等；存储层和网络层更像是计算机操作系统，而扩展层更像是计算机的各种驱动，智能合约，侧链，状态通道等属于这一层；应用层类似于电脑中的各种软件程序，是消费大众可以使用的产品，这一层除了各类的钱包，市场上几乎没有什么应用。

业界总结了区块链目前面临的可扩展性三难困境。

可扩展性三难困境：单个区块链系统只能拥有可扩展性、安全性及去中心化三种属性中的两种。结论是，我们必须依靠更复杂的工具来兼得三者。

结合可扩展性三难问题，小编总结如下提高扩展性的方法：

1 分片

1) 网络分片：也可以叫多链技术或者是侧链技术，就是将很多区块链异构组成区块链集合。其中每一条链都可以有自己的加密货币和共识算法。

2) 交易分片；交易分片技术就是把网络上的交易分成不同的碎片，网络上的节点也分成不同的碎片，交易碎片由网络上的不同节点碎片处理，因此每个节点碎片只需处理一小部分传入的交易，并且通过与网络上的节点碎片并行处理就能完成大量的验证工作。

3) 状态分片：也叫状态通道，本质上是通过在不同用户之间建立一个双向通道，把区块链上的许多操作在链外进行管理，等完成链外操作后多方签名确认后，才将最终结果上链。闪电网络和雷电网络就是基于这个原理。

2 隔离见证

比特币提升扩展性的一种方式，交易信息和见证信息分离。

3 增加区块大小

区块越大，每秒处理量就越高。但这在具体实践中是有问题的，创建块时，必须将其传送给网络中的其他人，而网络无法快速处理庞大的文件，所以这种解决方案的能力是有限的。

4 共识层面进行改进

pow改为pos，DPOS，PBFT等。

1）POS：持有的token越多，参与记账的概率就越大，就有机会挖到矿。

2）DPOS：你持有token就有了选举权，可以选取你信任的节点参与记账。

3）PBFT：客户端发送请求给主节点，主节点广播请求给其他节点，节点收到请求后会选择接受和不接受，若接受则会向其他结点发送prepare消息，若一段时间之后收到2f+1个不同节点的prepare消息就向其他节点发布commit消息，若一段时间之后收到2f+1个不同节点的commit消息后达成共识，执行请求写入数据。无人作恶，容错节点（N-1）/3。

若假设消息内容不会被篡改，无拜占庭将军问题！则可以把共识机制变为RAFT，PAXOS。

4）RAFT：follower，candidate，leader，领导者选举：获得大多数节点的票；日志复制：leader发送日志副本给follower，follower把日志副本拷贝到自己数据库给leader发送确认，leader告诉follower已确认。无人作恶，故障节点（N-1）/2。

5）PAXOS ：少数服从多数。确定提议者，谁报的号大谁就是提议者；提议者提出意见，接受者反馈意见，多数接受者接受则提议通过。无人作恶，故障节点（N-1）/3。