是嘉平針對(duì)公鏈項(xiàng)目發(fā)展現(xiàn)狀撰寫(xiě)的第一篇文章。 這不是一篇泛泛討論公鏈 TPS 吞吐量瓶頸的大路貨文章。嘉平看得更深，他提出了在 TPS 吞吐量瓶頸提高之后，公鏈可能出現(xiàn)的容量瓶頸，以及解釋了為什么無(wú)論哪種算法，有可能均無(wú)法大幅提升公鏈性能的原因。并且，他大膽提出一種全新的思路：讓成千上萬(wàn)個(gè)同質(zhì)的單鏈實(shí)例一起并行工作，切分全網(wǎng)的工作量，以實(shí)現(xiàn)整體上的大容量和高吞吐。

不過(guò)，雄心歸雄心，正蓬勃發(fā)展的區(qū)塊鏈技術(shù)，尤其是公鏈領(lǐng)域，有一個(gè)瓶頸卻一直有待突破：以當(dāng)今數(shù)字世界的規(guī)模和體量，任何一個(gè)在線(xiàn)系統(tǒng)，如果沒(méi)有一個(gè)大容量、高吞吐的基礎(chǔ)設(shè)施，就無(wú)法承載哪怕僅僅一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)級(jí)別的應(yīng)用。

很可惜，中本聰?shù)恼撐闹型耆珱](méi)有考慮到這個(gè)問(wèn)題，也許是走出這第一步實(shí)屬不易，他也沒(méi)想太多之后的事情，也許是這樣的一個(gè)高性能的設(shè)計(jì)，在徹底去中心化的系統(tǒng)中難度太大?？傊?，近10年過(guò)去了，為了提高區(qū)塊鏈系統(tǒng)的性能，前赴后繼出現(xiàn)了大把項(xiàng)目，但到今天為止，并沒(méi)有出現(xiàn)能夠承載互聯(lián)網(wǎng)級(jí)別應(yīng)用的解決方案。

這是一個(gè)世界性的難題，全世界最聰明的學(xué)者、開(kāi)發(fā)者都在嘗試解決這個(gè)問(wèn)題。我曾在微軟工作多年，擔(dān)任微軟研究院主管研究員，很長(zhǎng)一段時(shí)間專(zhuān)注于分布式系統(tǒng)方面的研究；離開(kāi)微軟之后，我又在創(chuàng)新工場(chǎng)擔(dān)任負(fù)責(zé)區(qū)塊鏈和人工智能投資方向的執(zhí)行董事。多年在分布式系統(tǒng)方面的研究心得，以及在區(qū)塊鏈投資領(lǐng)域評(píng)估多個(gè)公鏈項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，讓我深深明白，在徹底去中心化的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高性能設(shè)計(jì)，是一項(xiàng)難度極高、極具挑戰(zhàn)的工作。

我看到行業(yè)內(nèi)存在大量對(duì)于區(qū)塊鏈公鏈性能瓶頸及解決方法的討論，有些充滿(mǎn)洞見(jiàn)，令人受益匪淺，但也有不少謬誤，更有很多為了自身項(xiàng)目宣傳而編造的似是而非的見(jiàn)解，頗有把討論引入歧途的風(fēng)險(xiǎn)。在和多位該行業(yè)頂尖的學(xué)者、開(kāi)發(fā)人員、投資人多次深入交流之后，他們都鼓勵(lì)我把自己的看法分享出來(lái)。再三思索之后，我決定把自己對(duì)該話(huà)題的一些拙見(jiàn)記錄下來(lái)，這樣既可以讓自己的一些思考能夠沉淀，同時(shí)，也希望能和對(duì)該話(huà)題感興趣的更多同仁進(jìn)行一些探討。

不要只關(guān)注性能瓶頸，而忽略了容量瓶頸

先說(shuō)一下我的一個(gè)結(jié)論：在當(dāng)前以類(lèi)金融為主流應(yīng)用場(chǎng)景的情形下，區(qū)塊鏈系統(tǒng)最首要的性能瓶頸是區(qū)塊數(shù)據(jù)的廣播延遲造成的，本質(zhì)上受限于互聯(lián)網(wǎng)的帶寬和通訊延遲，這一點(diǎn)直接制約了吞吐量 TPS。

只要是「Chain of Blocks」的系統(tǒng)，無(wú)論具體采用了什么共識(shí)算法，無(wú)論是工作量證明 PoW、權(quán)益證明 PoS、拜占庭容錯(cuò) BFT，還是委托權(quán)益證明 DPoS，在出下一個(gè)區(qū)塊之前，都需要保證前一個(gè)區(qū)塊在全網(wǎng)有一定的同步率，從而約束了每個(gè)區(qū)塊不能太大，出塊頻率也不能太高，然后，這個(gè)問(wèn)題無(wú)解。

請(qǐng)注意，這里說(shuō)的區(qū)塊鏈系統(tǒng)特指「Chain of Blocks」的系統(tǒng)，其特征是要保證系統(tǒng)能最終收斂到一條單一的鏈表結(jié)構(gòu)，并只有這條鏈上面的區(qū)塊才是被確認(rèn)的，反例是「Graph of Blocks」系統(tǒng)，例如所采用的 DAG 結(jié)構(gòu) IOTA。

假設(shè)物理網(wǎng)絡(luò)的帶寬和延遲可以被忽略，例如基于數(shù)據(jù)中心高速鏈路的 EOS，系統(tǒng)第二個(gè)瓶頸是受限的賬簿容量，本質(zhì)上受限于單臺(tái)全節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存容量，這一點(diǎn)直接制約了鏈上可以承載多少個(gè)用戶(hù) 地址 以及多少個(gè) DApp。無(wú)論具體采用了什么共識(shí)算法，只要交易驗(yàn)證/執(zhí)行過(guò)程隨時(shí)可能涉及到任何一個(gè)用戶(hù)，那么單臺(tái)全節(jié)點(diǎn)就必須隨時(shí)保持全網(wǎng)每一個(gè)用戶(hù)、每一個(gè) DApp 相關(guān)的狀態(tài)在內(nèi)存里面，以供交易驗(yàn)證實(shí)時(shí)訪(fǎng)問(wèn)。

當(dāng)前所有主流的「Chain of Blocks」的系統(tǒng)，包括比特幣區(qū)塊鏈、以太坊、EOS 等，都有這個(gè)問(wèn)題，并且同樣的，這個(gè)問(wèn)題也是無(wú)解的。多級(jí)緩存的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，例如 RocksDB，可以稍微改善一下這個(gè)限制，使得只有活躍用戶(hù)受到內(nèi)存限制，而總用戶(hù)基數(shù)受限于硬盤(pán)的容量。但是這并不從根本上解決問(wèn)題。

「容量」這個(gè)問(wèn)題的關(guān)注度遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于吞吐量，原因很簡(jiǎn)單：因?yàn)橥掏铝窟@個(gè)短板還沒(méi)解決，所以容量問(wèn)題被掩蓋住了。請(qǐng)記住，一旦吞吐量實(shí)現(xiàn)了大幅提升，容量問(wèn)題馬上就會(huì)出現(xiàn)：在一個(gè)高吞吐的系統(tǒng)上，如果用戶(hù)量上不去，很可能高性能根本跑不滿(mǎn)。

一個(gè)典型的例子是 EOS。當(dāng) EOS 以喪失去中心化特性為代價(jià)而解決了吞吐量問(wèn)題之后，容量的問(wèn)題馬上就凸顯出來(lái)了。然后，EOS 把賬簿容量瓶頸這個(gè)問(wèn)題包裝成了一個(gè)稀缺資源，并將其代幣化，成了 EOS RAM 虛擬幣。當(dāng)然除了內(nèi)存，單臺(tái)全節(jié)點(diǎn) CPU 也會(huì)成為容量的瓶頸，所以也被代幣化，成了 EOS CPU 虛擬幣。不過(guò)，在類(lèi)金融應(yīng)用場(chǎng)景中，通常計(jì)算復(fù)雜度非常低，所以，內(nèi)存會(huì)是主要瓶頸。

另外，我的另外一個(gè)觀點(diǎn)是：共識(shí)算法其實(shí)幫不了解決性能和容量的瓶頸，試圖從標(biāo)新立異的共識(shí)算法出發(fā)，提升「Chain of Blocks」系統(tǒng)性能的努力，基本上不會(huì)讓系統(tǒng)性能有實(shí)質(zhì)上的大幅提升?？傊鉀Q上面所提及的兩個(gè)瓶頸問(wèn)題，需要的是分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的巧思妙想，這和共識(shí)算法相關(guān)，也和密碼學(xué)相關(guān)，但是本質(zhì)的出發(fā)點(diǎn)不是共識(shí)算法和密碼學(xué)。

性能瓶頸： 一個(gè)出塊節(jié)點(diǎn)在做什么

首先出塊節(jié)點(diǎn)也是全節(jié)點(diǎn)，接受全網(wǎng)的已確認(rèn)區(qū)塊以及未確認(rèn)交易，并構(gòu)造成鏈，不斷維護(hù)賬簿的最新?tīng)顟B(tài)，然后抓緊機(jī)會(huì)試圖在鏈尾追加新的區(qū)塊。無(wú)論采用哪種共識(shí)算法，都會(huì)歷經(jīng)以下幾個(gè)步驟：

第一個(gè)步驟，根據(jù)賬簿的最新?tīng)顟B(tài)，在未確認(rèn)交易集合中選出若干驗(yàn)證合法的交易，然后構(gòu)造一個(gè)新的區(qū)塊；

第二個(gè)步驟，為這個(gè)新的區(qū)塊，參與出塊的權(quán)力的競(jìng)爭(zhēng)或者候選，在這個(gè)階段，大概率會(huì)因?yàn)橘~簿狀態(tài)更新了 即其他節(jié)點(diǎn)成功出塊了 而中斷，回到第一步；

第三個(gè)步驟，獲得出塊的權(quán)力之后，向全網(wǎng)廣播這個(gè)新的區(qū)塊，更新賬簿狀態(tài)，回到第一步。

不同的共識(shí)算法，其核心差異在于如何完成其中的第二個(gè)步驟的出塊權(quán)的競(jìng)爭(zhēng)或者候選。但是無(wú)論哪種共識(shí)算法，都有一個(gè)不可調(diào)和的性能矛盾，本質(zhì)上由區(qū)塊數(shù)據(jù)的廣播延遲導(dǎo)致。這個(gè)矛盾使得如果每次出塊比較大 可以包含更多的交易，就必須有比較長(zhǎng)的出塊間隔，以保障該區(qū)塊在下一次出塊之前，在全網(wǎng)被充分傳播。

如果傳播不充分，在 PoW 和 PoS 系統(tǒng)中，將表現(xiàn)為較高的分叉率 出了無(wú)效的塊，而在 BFT 系統(tǒng)中則表現(xiàn)為較高的失敗率 區(qū)塊拿不到 2/3 的同意票。

Proof-of-Work 和 Proof-of-Stake

PoW 通過(guò)設(shè)定一個(gè) Hash Target，要求 Hash 值必須小于一個(gè)特定的值 例如，將256 位的 Hash 值當(dāng)成一個(gè)大整數(shù)看待。而 Hash 值必須根據(jù)新區(qū)塊數(shù)據(jù)拼合一個(gè) Nonce 數(shù)據(jù)計(jì)算而得。找到滿(mǎn)足 Hash Target 對(duì)應(yīng) Nonce 的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)，便獲得了出塊的權(quán)力。由于只能通過(guò)隨機(jī)窮舉的方式找 Nonce，所以這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)就轉(zhuǎn)換成了計(jì)算 Hash 的算力的競(jìng)爭(zhēng)。PoS 如 Peercoin 是PoW的一個(gè)變種，引入了消耗 Coin Age 來(lái)增大 Hash Target 的機(jī)制，使得出塊權(quán)力的競(jìng)爭(zhēng)可以部分地被數(shù)字貨幣持有的時(shí)間和數(shù)量所代替。

可以看到，PoW 機(jī)制最大的好處是用一個(gè)簡(jiǎn)潔的算法，實(shí)現(xiàn)了完全非許可 premissionless 的出塊權(quán)隨機(jī)指定，競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)之間完全不需要協(xié)同和通訊，可以輕松支持任意數(shù)量的出塊節(jié)點(diǎn)共同競(jìng)爭(zhēng)，具有極佳的去中心特性。也正是由于這一點(diǎn)，這個(gè)算法導(dǎo)致了區(qū)塊廣播延遲和出塊間隔之間的矛盾。當(dāng)出塊間隔較短時(shí)，一個(gè)新的區(qū)塊尚未充分全網(wǎng)廣播之前，就有另一個(gè)礦工在同樣的高度出了另一個(gè)新的區(qū)塊，即發(fā)生了所謂的分叉 Fork。這種情況下，最終其中一個(gè)區(qū)塊會(huì)被拋棄掉 ophaned。發(fā)生這種情況的概率不能太高，否則會(huì)顯著降低原為 51% 的算力攻擊基準(zhǔn) Selfish Mining，極端情況甚至?xí)?dǎo)致分叉始終無(wú)法到達(dá)穩(wěn)定收斂。

區(qū)塊廣播延遲主要由區(qū)塊大小和全網(wǎng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的帶寬決定。當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，大致需要 10 秒可以廣播到 90% 以上的節(jié)點(diǎn)。所以在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，10 分鐘左右的出塊間隔使得區(qū)塊分叉的概率極其低。2018 年整個(gè)上半年，僅出現(xiàn)兩次分叉。而在以太坊網(wǎng)絡(luò)中，15 秒左右的出塊間隔使得區(qū)塊分叉的概率始終保持在 10% 左右，即使其區(qū)塊遠(yuǎn)小于比特幣的區(qū)塊。要注意一點(diǎn)，PoW 的出塊間隔是統(tǒng)計(jì)意義上的，實(shí)際情況是出塊間隔時(shí)大時(shí)小，而統(tǒng)計(jì)期望是 10 分鐘。這個(gè)并不是全網(wǎng)算力波動(dòng)造成的，而是因?yàn)樗阉?Nonce 的過(guò)程是個(gè)隨機(jī)刺探過(guò)程 撞大運(yùn)，所以很多礦池都給出了自身的運(yùn)氣值曲線(xiàn) 笑。。.。

對(duì)于比特幣網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，10 分鐘的出塊間隔其實(shí)在現(xiàn)今的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中是有很大保留的，要知道，畢竟這是在 10 年前提出的方案，這使得擴(kuò)大區(qū)塊大小就可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的擴(kuò)容方案，但是由于區(qū)塊廣播延遲這一根本矛盾的存在，這種提升只在一定程度上有效。

另外，值得提一下 GHOST 協(xié)議。該協(xié)議給出了一個(gè)新的準(zhǔn)則來(lái)判定分叉的時(shí)候，哪個(gè)叉是被接受的。其將中本聰最初提出的最長(zhǎng)鏈原則， 改成了包含算力最多的子樹(shù)。兩個(gè)準(zhǔn)則在分叉概率很低的時(shí)候是完全等價(jià)的，但是當(dāng)概率比較高的時(shí)候 比如 ETH 的 10% 分叉，GHOST 協(xié)議可以規(guī)避 Selfish Mining，提高安全性。但是無(wú)論采用 GHOST 協(xié)議與否，對(duì)公鏈的性能無(wú)實(shí)質(zhì)幫助。

PoW 帶來(lái)算力競(jìng)爭(zhēng)，即所謂的挖礦，確實(shí)消耗了大量能源。不過(guò)這也為 PoW 系統(tǒng)發(fā)行的每一個(gè)幣奠定了一個(gè)基礎(chǔ)成本，使之價(jià)值有個(gè)底線(xiàn)。需要指出的是，PoW 的算力和區(qū)塊鏈系統(tǒng)的性能沒(méi)有任何聯(lián)系，任何加速 hash 算法的軟件或者硬件都不會(huì)提高區(qū)塊鏈系統(tǒng)單位時(shí)間的吞吐量。這就是為什么比特幣區(qū)塊鏈的全網(wǎng) hash 算力提高了萬(wàn)億倍，但是其吞吐量一直是 7 TPS 左右。

另外，任何宣稱(chēng)節(jié)省挖礦能源的公開(kāi)技術(shù)，都是不可能在實(shí)際上減少能源消耗的。因?yàn)橥度胪诘V的能源總量在一個(gè)個(gè)礦場(chǎng)建立的時(shí)候已經(jīng)確定，當(dāng)有更高能效的挖礦技術(shù)或者設(shè)備出現(xiàn)時(shí)，算力競(jìng)爭(zhēng)將導(dǎo)致所有礦工都應(yīng)用新的技術(shù)，最終哄抬了全網(wǎng)的挖礦難度罷了。所以實(shí)際的總能源消耗，在宏觀上，只和幣價(jià)、電價(jià)以及數(shù)字貨幣的投資信心相關(guān)，和挖礦效率無(wú)關(guān)。

拜占庭容錯(cuò) BFT

拜占庭容錯(cuò)類(lèi)共識(shí)算法采用隨機(jī)算法確定每一次出塊的節(jié)點(diǎn)，根據(jù)賬簿上的數(shù)字貨幣地址，而不是 IP 地址。所有參與出塊候選的節(jié)點(diǎn)無(wú)須競(jìng)爭(zhēng)。新的區(qū)塊將被委員會(huì) 一組驗(yàn)證者 所有成員驗(yàn)證并簽名 投票，然后廣播全網(wǎng)，繼而開(kāi)始下一個(gè)出塊的流程。

與 PoW 不同的是，BFT 出塊候選是一個(gè)協(xié)作的過(guò)程，期間至少涉及 O（n^2） 的通訊復(fù)雜度，而 PoW 在出塊競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程中無(wú)須任何通訊代價(jià)?；?BFT 的協(xié)作過(guò)程將不會(huì)導(dǎo)致分叉，也不需要消耗稀缺資源 算力或者 Coin Age，但是由于這個(gè)協(xié)作的過(guò)程涉及到相當(dāng)多的數(shù)據(jù)通訊，所以這個(gè)過(guò)程無(wú)法在全網(wǎng)候選，驗(yàn)證并簽名的過(guò)程無(wú)法在全網(wǎng)展開(kāi)。這就是為什么 BFT 類(lèi)算法一定會(huì)涉及到一個(gè)委員會(huì)的構(gòu)建過(guò)程，并且驗(yàn)證簽名只在一個(gè)小范圍里面發(fā)生，剩下的人相信他們就好了。最近出現(xiàn)的很多基于 BFT 的公鏈項(xiàng)目，比如 Algorand，在如何安全公平的選出這個(gè)委員會(huì)方面做了很多工作，雖然這些工作對(duì)系統(tǒng)性能的提升沒(méi)有直接關(guān)系。

BFT 類(lèi)算法的投票通常是有權(quán)重的，以規(guī)避女巫攻擊 Sybil Attack。而這個(gè)權(quán)重多與參與者的權(quán)益相關(guān)，和 PoS 的精神類(lèi)似，進(jìn)而現(xiàn)在很多人將 BFT 的這類(lèi)投票算法稱(chēng)為了 PoS 算法。而事實(shí)上，BFT 類(lèi)共識(shí)算法和一開(kāi)始提出的 PoS 算法 例如 Peercoin 是本質(zhì)不同的機(jī)制。

上面我們提到，不同的 BFT 類(lèi)算法其具體選定出塊節(jié)點(diǎn)以及委員會(huì)成員的過(guò)程和系統(tǒng)的性能關(guān)系不大。和 PoW/PoS 類(lèi)似，其吞吐性能同樣決定于每次出塊的大小，以及出塊的周期。在 BFT 系統(tǒng)中，如果想要允許每次出塊比較大，就需要出塊的周期也比較大，從而大概率保證新出的塊及其委員會(huì)的簽名數(shù)據(jù)在委員會(huì)內(nèi)部完全傳播。如果這個(gè)傳播不充分，將可能導(dǎo)致委員會(huì)成員無(wú)法達(dá)成 2/3 以上的投票，進(jìn)而使得委員會(huì)內(nèi)部驗(yàn)證并簽名過(guò)程超時(shí)，最終在本出塊的周期內(nèi)出塊失敗。

理論上說(shuō)，委員會(huì)的規(guī)模遠(yuǎn)小于全網(wǎng)，BFT 類(lèi)算法中的廣播延遲會(huì)比同等規(guī)模的 PoW/PoS 網(wǎng)絡(luò)小。事實(shí)上也確實(shí)如此，但是基于 Gossip 協(xié)議的廣播延遲和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的對(duì)數(shù)成正比而不是線(xiàn)性，所以廣播延遲并沒(méi)有小很多。加之 BFT 類(lèi)算法依賴(lài)一些額外的周期性全局同步等安全措施，使得實(shí)際效果中，BFT 類(lèi)算法并沒(méi)有比 PoW/PoS 系統(tǒng)有太多性能優(yōu)勢(shì)。

無(wú)論哪種算法，均無(wú)法大幅提升性能

PoW/PoS 系統(tǒng)每個(gè)出塊周期需要充分傳播一個(gè)區(qū)塊 例如 1MB，BFT 類(lèi)系統(tǒng)每個(gè)出塊周期也需要充分傳播一個(gè)區(qū)塊，加上 所有委員會(huì)成員的簽名 例如 128個(gè)成員節(jié)點(diǎn)，至少每人 84*128B，總共 1.3MB 的樣子。但是 PoW/PoS 系統(tǒng)的廣播范圍是全網(wǎng) 例如幾萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)，而 BFT 系統(tǒng)的范圍限于委員會(huì)成員，這一點(diǎn)使得后者充分傳播的時(shí)間較短一些。

不過(guò)，基于 Gossip 協(xié)議實(shí)現(xiàn)充分傳播的時(shí)間，和傳播的數(shù)據(jù)量呈線(xiàn)性關(guān)系，和傳播的節(jié)點(diǎn)數(shù)量呈對(duì)數(shù)關(guān)系，所以 BFT 在傳播時(shí)延上也沒(méi)有太大的優(yōu)勢(shì)。結(jié)果就是，無(wú)論哪種算法，都有不可調(diào)和的區(qū)塊大小和出塊間隔之間的矛盾，從而無(wú)法大幅提升性能。

容量瓶頸： 一個(gè)不出塊的全節(jié)點(diǎn)在做什么

單鏈的「Chain of Blocks」的系統(tǒng)中，大致有三種角色的節(jié)點(diǎn)：出塊的全節(jié)點(diǎn)，不出塊的全節(jié)點(diǎn)和輕量節(jié)點(diǎn)。全節(jié)點(diǎn)無(wú)論出塊與否，都會(huì)驗(yàn)證并接力廣播新的區(qū)塊和未確認(rèn)交易，這里的廣播工作占據(jù)了主要的通訊量以及磁盤(pán) I/O 的負(fù)荷，對(duì)于 TPS 只有十幾的以太坊 geth 來(lái)說(shuō)，這個(gè)通訊量約為 1.5Mbps。

為了可以實(shí)時(shí)完成對(duì)新區(qū)塊和未確認(rèn)交易的驗(yàn)證，所有用戶(hù)的賬簿以及所有智能合約狀態(tài)都需要駐留在內(nèi)存中，這個(gè)占據(jù)了主要的內(nèi)存開(kāi)銷(xiāo)，當(dāng)前規(guī)模的以太坊會(huì)占用將近 4GB 的內(nèi)存。每一個(gè)全節(jié)點(diǎn)都會(huì)需要承擔(dān)這樣的一個(gè)負(fù)荷，如果要出塊PoW 的挖礦節(jié)點(diǎn)或者 PoS 的驗(yàn)證節(jié)點(diǎn) 還需要做額外的事情。這些負(fù)荷的代價(jià)，換來(lái)的是安全的徹底去中心化，任何一個(gè)全節(jié)點(diǎn)不需要預(yù)先信任任何其他節(jié)點(diǎn)，任何全節(jié)點(diǎn)也沒(méi)有能力去欺騙其他全節(jié)點(diǎn)。

普通全節(jié)點(diǎn)的價(jià)值體現(xiàn)在兩個(gè)方面：接力廣播合法的數(shù)據(jù)和維護(hù)全網(wǎng)賬簿的最新?tīng)顟B(tài)以供用戶(hù)或者輕量節(jié)點(diǎn)查詢(xún)。例如手機(jī)錢(qián)包這樣的輕量節(jié)點(diǎn)不驗(yàn)證也不接力廣播區(qū)塊數(shù)據(jù)或者未確認(rèn)交易，它依賴(lài)并信任預(yù)先設(shè)定好的一個(gè)或者多個(gè)全節(jié)點(diǎn)，通過(guò)這些全節(jié)點(diǎn)來(lái)獲取特定用戶(hù)的狀態(tài)，例如賬戶(hù)余額，以及發(fā)起轉(zhuǎn)賬交易。輕量節(jié)點(diǎn)自身完全沒(méi)有驗(yàn)證信息真?zhèn)蔚哪芰?，更像是區(qū)塊鏈?zhǔn)澜缋锏囊粋€(gè)終端而已。

對(duì)于單鏈的「Chain of Blocks」的系統(tǒng)，如果系統(tǒng)的吞吐量 TPS 提升 100 倍，需要 150Mbps 的通訊量；或者用戶(hù)規(guī)模都擴(kuò)大 100 倍，需要 400GB 的內(nèi)存，那么基本上大部分互聯(lián)網(wǎng)上的普通服務(wù)器都無(wú)法順利部署一個(gè)全節(jié)點(diǎn)了。全節(jié)點(diǎn)的參與門(mén)檻，是影響區(qū)塊鏈系統(tǒng)去中心化程度重要因素。如果全節(jié)點(diǎn)只能由專(zhuān)業(yè)礦場(chǎng)操作，普通人無(wú)法獨(dú)立部署一個(gè)全節(jié)點(diǎn)的話(huà)，那么整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)退化成一個(gè)多地部署的中心化云服務(wù)了，而變得容易被攻擊，也容易被封禁。所以，這兩個(gè)瓶頸不僅僅對(duì)于出塊節(jié)點(diǎn)需要解決，對(duì)于普通全節(jié)點(diǎn)也需要解決。

何不換種思路，尋找新的出路

前面已經(jīng)說(shuō)到性能瓶頸和容量瓶頸，在現(xiàn)在單鏈的「Chain of Blocks」的系統(tǒng)中，很難有大的提升，尤其是容量瓶頸。這就是所謂的區(qū)塊鏈不可能三角的由來(lái)。縱觀計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史，大容量高吞吐的設(shè)計(jì)范式，屢獲大規(guī)模成功的只有一個(gè)：橫向擴(kuò)展 Scale-Out。

舉個(gè)例子，GPU 用了幾千個(gè)性能普通的 Core 一起并行工作，實(shí)現(xiàn)超越 CPU 計(jì)算性能幾個(gè)數(shù)量級(jí)的性能提升，而 GPU 所依賴(lài)的半導(dǎo)體技術(shù)并沒(méi)有和 CPU 芯片有什么本質(zhì)的不同。再如，現(xiàn)今的在線(xiàn)云服務(wù)系統(tǒng)，是用幾千甚至上萬(wàn)臺(tái)性能普通的服務(wù)器一起并行工作，來(lái)支持大容量高吞吐的在線(xiàn)服務(wù)。

我在這里不妨大膽設(shè)想：也許一個(gè)大容量高吞吐的區(qū)塊鏈系統(tǒng)會(huì)是類(lèi)似的方案，即，讓成千上萬(wàn)個(gè)同質(zhì)的單鏈實(shí)例一起并行工作，切分全網(wǎng)的工作量，以實(shí)現(xiàn)整體上的大容量和高吞吐。

這樣的一個(gè)系統(tǒng)，可以在大幅提高 TPS 的同時(shí)，支持 10 億以上級(jí)別的用戶(hù)量，并且保持每一個(gè)參與到這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中的全節(jié)點(diǎn)僅有一個(gè)合理的負(fù)荷，讓大部分互聯(lián)網(wǎng)上的普通服務(wù)器都可以輕松部署一個(gè)全節(jié)點(diǎn)，共同參與網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和治理。

不過(guò)，在這樣一個(gè)徹底去中心化的設(shè)定下，如何一起并行工作，如何切分工作量，又如何保證每個(gè)單鏈實(shí)例的安全，都是極具挑戰(zhàn)的問(wèn)題。這樣的系統(tǒng)似乎并不容易實(shí)現(xiàn)，但也絕非不可能實(shí)現(xiàn)。我先拋出這個(gè)想法，也歡迎所有有興趣的同仁共同思考，或批判，或貢獻(xiàn)聰明的設(shè)想。