区块链的区块容量 区块链的区块容量是指什么

今天给大家聊到了区块链的区块容量，以及区块链的区块容量是指什么相关的内容，在此希望可以让网友有所了解，最后记得收藏本站。

什么是区块链扩容?

普通用户能够运行节点对于区块链的去中心化至关重要

想象一下凌晨两点多，你接到了一个紧急呼叫，来自世界另一端帮你运行矿池 (质押池) 的人。从大约 14 分钟前开始，你的池子和其他几个人从链中分离了出来，而网络仍然维持着 79% 的算力。根据你的节点，多数链的区块是无效的。这时出现了余额错误：区块似乎错误地将 450 万枚额外代币分配给了一个未知地址。

一小时后，你和其他两个同样遭遇意外的小矿池参与者、一些区块浏览器和交易所方在一个聊天室中，看见有人贴出了一条推特的链接，开头写着“宣布新的链上可持续协议开发基金”。

到了早上，相关讨论广泛散布在推特以及一个不审查内容的社区论坛上。但那时 450 万枚代币中的很大一部分已经在链上转换为其他资产，并且进行了数十亿美元的 defi 交易。79％的共识节点，以及所有主要的区块链浏览器和轻钱包的端点都遵循了这条新链。也许新的开发者基金将为某些开发提供资金，或者也许所有这些都被领先的矿池、交易所及其裙带所吞并。但是无论结果如何，该基金实际上都成为了既成事实，普通用户无法反抗。

或许还有这么一部主题电影。或许会由 MolochDAO 或其他组织进行资助。

这种情形会发生在你的区块链中吗？你所在区块链社区的精英，包括矿池、区块浏览器和托管节点，可能协调得很好，他们很可能都在同一个 telegram 频道和微信群中。如果他们真的想出于利益突然对协议规则进行修改，那么他们可能具备这种能力。以太坊区块链在十小时内完全解决了共识失败，如果是只有一个客户端实现的区块链，并且只需要将代码更改部署到几十个节点，那么可以更快地协调客户端代码的更改。能够抵御这种社会性协作攻击的唯一可靠方式是“被动防御”，而这种力量来自去一个中心化的群体：用户。

想象一下，如果用户运行区块链的验证节点 (无论是直接验证还是其他间接技术)，并自动拒绝违反协议规则的区块，即使超过 90% 的矿工或质押者支持这些区块，故事会如何发展。

如果每个用户都运行一个验证节点，那么攻击很快就会失败：有些矿池和交易所会进行分叉，并且在整个过程中看起来很愚蠢。但是即使只有一些用户运行验证节点，攻击者也无法大获全胜。相反，攻击会导致混乱，不同用户会看到不同的区块链版本。最坏情况下，随之而来的市场恐慌和可能持续的链分叉将大幅减少攻击者的利润。对如此旷日持久的冲突进行应对的想法本身就可以阻止大多数攻击。

Hasu 关于这一点的看法：

“我们要明确一件事，我们之所以能够抵御恶意的协议更改，是因为拥有用户验证区块链的文化，而不是因为 PoW 或 PoS。”

假设你的社区有 37 个节点运行者，以及 80000 名被动监听者，对签名和区块头进行检查，那么攻击者就获胜了。如果每个人都运行节点的话，攻击者就会失败。我们不清楚针对协同攻击的启动群体免疫的确切阈值是多少，但有一点是绝对清楚的：好的节点越多，恶意的节点就越少，而且我们所需的数量肯定不止于几百几千个。

那么全节点工作的上限是什么？

为了使得有尽可能多的用户能够运行全节点，我们会将注意力集中在普通消费级硬件上。即使能够轻松购买到专用硬件，这能够降低一些全节点的门槛，但事实上对可扩展性的提升并不如我们想象的那般。

全节点处理大量交易的能力主要受限于三个方面：

算力：在保证安全的前提下，我们能划分多少 CPU 来运行节点？

带宽：基于当前的网络连接，一个区块能包含多少字节？

存储：我们能要求用户使用多大的空间来进行存储？此外，其读取速度应该达到多少？(即，HDD 足够吗？还是说我们需要 SSD？)

许多使用“简单”技术对区块链进行大幅扩容的错误看法都源自于对这些数字过于乐观的估计。我们可以依次来讨论这三个因素：

算力

错误答案：100% 的 CPU 应该用于区块验证

正确答案：约 5-10% 的 CPU 可以用于区块验证

限制之所以这么低的四个主要原因如下：

我们需要一个安全边界来覆盖 DoS 攻击的可能性 (攻击者利用代码弱点制造的交易需要比常规交易更长的处理时间)

节点需要在离线之后能够与区块链同步。如果我掉线一分钟，那我应该要能够在几秒钟之内完成同步

运行节点不应该很快地耗尽电池，也不应该拖慢其他应用的运行速度

节点也有其他非区块生产的工作要进行，大多数是验证以及对 p2p 网络中输入的交易和请求做出响应

请注意，直到最近大多数针对“为什么只需要 5-10%？”这一点的解释都侧重于另一个不同的问题：因为 PoW 出块时间不定，验证区块需要很长时间，会增加同时创建多个区块的风险。这个问题有很多修复方法，例如 Bitcoin NG，或使用 PoS 权益证明。但这些并没有解决其他四个问题，因此它们并没有如许多人所料在可扩展性方面获得巨大进展。

并行性也不是灵丹妙药。通常，即使是看似单线程区块链的客户端也已经并行化了：签名可以由一个线程验证，而执行由其他线程完成，并且有一个单独的线程在后台处理交易池逻辑。而且所有线程的使用率越接近 100%，运行节点的能源消耗就越多，针对 DoS 的安全系数就越低。

带宽

错误答案：如果没 2-3 秒都产生 10 MB 的区块，那么大多数用户的网络都大于 10 MB/秒，他们当然都能处理这些区块

正确答案：或许我们能在每 12 秒处理 1-5 MB 的区块，但这依然很难

如今，我们经常听到关于互联网连接可以提供多少带宽的广为传播的统计数据：100 Mbps 甚至 1 Gbps 的数字很常见。但是由于以下几个原因，宣称的带宽与预期实际带宽之间存在很大差异：

“Mbps”是指“每秒数百万 bits”；一个 bit 是一个字节的 1/8，因此我们需要将宣称的 bit 数除以 8 以获得字节数。

网络运营商，就像其他公司一样，经常编造谎言。

总是有多个应用使用同一个网络连接，所以节点无法独占整个带宽。

P2P 网络不可避免地会引入开销：节点通常最终会多次下载和重新上传同一个块 (更不用说交易在被打包进区块之前还要通过 mempool 进行广播)。

当 Starkware 在 2019 年进行一项实验时，他们在交易数据 gas 成本降低后首次发布了 500 kB 的区块，一些节点实际上无法处理这种大小的区块。处理大区块的能力已经并将持续得到改善。但是无论我们做什么，我们仍然无法获取以 MB/秒为单位的平均带宽，说服自己我们可以接受 1 秒的延迟，并且有能力处理那种大小的区块。

存储

错误答案：10 TB

正确答案：512 GB

正如大家可能猜到的，这里的主要论点与其他地方相同：理论与实践之间的差异。理论上，我们可以在亚马逊上购买 8 TB 固态驱动 (确实需要 SSD 或 NVME；HDD 对于区块链状态存储来说太慢了)。实际上，我用来写这篇博文的笔记本电脑有 512 GB，如果你让人们去购买硬件，许多人就会变得懒惰 (或者他们无法负担 800 美元的 8 TB SSD) 并使用中心化服务。即使可以将区块链装到某个存储设备上，大量活动也可以快速地耗尽磁盘并迫使你购入新磁盘。

一群区块链协议研究员对每个人的磁盘空间进行了调查。我知道样本量很小，但仍然...

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此外，存储大小决定了新节点能够上线并开始参与网络所需的时间。现有节点必须存储的任何数据都是新节点必须下载的数据。这个初始同步时间 (和带宽) 也是用户能够运行节点的主要障碍。在写这篇博文时，同步一个新的 geth 节点花了我大约 15 个小时。如果以太坊的使用量增加 10 倍，那么同步一个新的 geth 节点将至少需要一周时间，而且更有可能导致节点的互联网连接受到限制。这在攻击期间更为重要，当用户之前未运行节点时对攻击做出成功响应需要用户启用新节点。

交互效应

此外，这三类成本之间存在交互效应。由于数据库在内部使用树结构来存储和检索数据，因此从数据库中获取数据的成本随着数据库大小的对数而增加。事实上，因为顶级 (或前几级) 可以缓存在 RAM 中，所以磁盘访问成本与数据库大小成正比，是 RAM 中缓存数据大小的倍数。

不要从字面上理解这个图，不同的数据库以不同的方式工作，通常内存中的部分只是一个单独 (但很大) 的层 (参见 leveldb 中使用的 LSM 树)。但基本原理是一样的。

例如，如果缓存为 4 GB，并且我们假设数据库的每一层比上一层大 4 倍，那么以太坊当前的 ~64 GB 状态将需要 ~2 次访问。但是如果状态大小增加 4 倍到 ~256 GB，那么这将增加到 ~3 次访问。因此，gas 上限增加 4 倍实际上可以转化为区块验证时间增加约 6 倍。这种影响可能会更大：硬盘在已满状态下比空闲时需要花更长时间来读写。

这对以太坊来说意味着什么？

现在在以太坊区块链中，运行一个节点对许多用户来说已经是一项挑战，尽管至少使用常规硬件仍然是可能的 (我写这篇文章时刚刚在我的笔记本电脑上同步了一个节点！)。因此，我们即将遭遇瓶颈。核心开发者最关心的问题是存储大小。因此，目前在解决计算和数据瓶颈方面的巨大努力，甚至对共识算法的改变，都不太可能带来 gas limit 的大幅提升。即使解决了以太坊最大的 DoS 弱点，也只能将 gas limit 提高 20%。

对于存储大小的问题，唯一解决方案是无状态和状态逾期。无状态使得节点群能够在不维护永久存储的情况下进行验证。状态逾期会使最近未访问过的状态失活，用户需要手动提供证明来更新。这两条路径已经研究了很长时间，并且已经开始了关于无状态的概念验证实现。这两项改进相结合可以大大缓解这些担忧，并为显著提升 gas limit 开辟空间。但即使在实施无状态和状态逾期之后，gas limit 也可能只会安全地提升约 3 倍，直到其他限制开始发挥作用。

另一个可能的中期解决方案使使用 ZK-SNARKs 来验证交易。ZK-SNARKs 能够保证普通用户无需个人存储状态或是验证区块，即使他们仍然需要下载区块中的所有数据来抵御数据不可用攻击。另外，即使攻击者不能强行提交无效区块，但是如果运行一个共识节点的难度过高，依然会有协调审查攻击的风险。因此，ZK-SNARKs 不能无限地提升节点能力，但是仍然能够对其进行大幅提升 (或许是 1-2 个数量级)。一些区块链在 layer1 上探索该形式，以太坊则通过 layer2 协议 (也叫 ZK rollups) 来获益，例如 zksync, Loopring 和 Starknet。

分片之后又会如何？

分片从根本上解决了上述限制，因为它将区块链上包含的数据与单个节点需要处理和存储的数据解耦了。节点验证区块不是通过亲自下载和执行，而是使用先进的数学和密码学技术来间接验证区块。

因此，分片区块链可以安全地拥有非分片区块链无法实现的非常高水平的吞吐量。这确实需要大量的密码学技术来有效替代朴素完整验证，以拒绝无效区块，但这是可以做到的：该理论已经具备了基础，并且基于草案规范的概念验证已经在进行中。

以太坊计划采用二次方分片 (quadratic sharding)，其中总可扩展性受到以下事实的限制：节点必须能够同时处理单个分片和信标链，而信标链必须为每个分片执行一些固定的管理工作。如果分片太大，节点就不能再处理单个分片，如果分片太多，节点就不能再处理信标链。这两个约束的乘积构成了上限。

可以想象，通过三次方分片甚至指数分片，我们可以走得更远。在这样的设计中，数据可用性采样肯定会变得更加复杂，但这是可以实现的。但以太坊并没有超越二次方，原因在于，从交易分片到交易分片的分片所获得的额外可扩展性收益实际上无法在其他风险程度可接受的前提下实现。

那么这些风险是什么呢？

最低用户数量

可以想象，只要有一个用户愿意参与，非分片区块链就可以运行。但分片区块链并非如此：单个节点无法处理整条链，因此需要足够的节点以共同处理区块链。如果每个节点可以处理 50 TPS，而链可以处理 10000 TPS，那么链至少需要 200 个节点才能存续。如果链在任何时候都少于 200 个节点，那可能会出现节点无法再保持同步，或者节点停止检测无效区块，或者还可能会发生许多其他坏事，具体取决于节点软件的设置。

在实践中，由于需要冗余 (包括数据可用性采样)，安全的最低数量比简单的“链 TPS 除以节点 TPS”高几倍，对于上面的例子，我们将其设置位 1000 个节点。

如果分片区块链的容量增加 10 倍，则最低用户数也增加 10 倍。现在大家可能会问：为什么我们不从较低的容量开始，当用户很多时再增加，因为这是我们的实际需要，用户数量回落再降低容量？

这里有几个问题：

区块链本身无法可靠地检测到其上有多少唯一用户，因此需要某种治理来检测和设置分片数量。对容量限制的治理很容易成为分裂和冲突的根源。

如果许多用户突然同时意外掉线怎么办？

增加启动分叉所需的最低用户数量，使得防御恶意控制更加艰难。

最低用户数为 1,000，这几乎可以说是没问题的。另一方面，最低用户数设为 100 万，这肯定是不行。即使最低用户数为 10,000 也可以说开始变得有风险。因此，似乎很难证明超过几百个分片的分片区块链是合理的。

历史可检索性

用户真正珍视的区块链重要属性是永久性。当公司破产或是维护该生态系统不再产生利益时，存储在服务器上的数字资产将在 10 年内不再存在。而以太坊上的 NFT 是永久的。

是的，到 2372 年人们仍能够下载并查阅你的加密猫。

但是一旦区块链的容量过高，存储所有这些数据就会变得更加困难，直到某时出现巨大风险，某些历史数据最终将……没人存储。

要量化这种风险很容易。以区块链的数据容量 (MB/sec) 为单位，乘以 ~30 得到每年存储的数据量 (TB)。当前的分片计划的数据容量约为 1.3 MB/秒，因此约为 40 TB/年。如果增加 10 倍，则为 400 TB/年。如果我们不仅希望可以访问数据，而且是以一种便捷的方式，我们还需要元数据 (例如解压缩汇总交易)，因此每年达到 4 PB，或十年后达到 40 PB。Internet Archive (互联网档案馆) 使用 50 PB。所以这可以说是分片区块链的安全大小上限。

因此，看起来在这两个维度上，以太坊分片设计实际上已经非常接近合理的最大安全值。常数可以增加一点，但不能增加太多。

结语

尝试扩容区块链的方法有两种：基础的技术改进和简单地提升参数。首先，提升参数听起来很有吸引力：如果您是在餐纸上进行数学运算，这就很容易让自己相信消费级笔记本电脑每秒可以处理数千笔交易，不需要 ZK-SNARK、rollups 或分片。不幸的是，有很多微妙的理由可以解释为什么这种方法是有根本缺陷的。

运行区块链节点的计算机无法使用 100％的 CPU 来验证区块链；他们需要很大的安全边际来抵抗意外的 DoS 攻击，他们需要备用容量来执行诸如在内存池中处理交易之类的任务，并且用户不希望在计算机上运行节点的时候无法同时用于任何其他应用。带宽也会受限：10 MB/s 的连接并不意味着每秒可以处理 10 MB 的区块！也许每 12 秒才能处理 1-5 MB 的块。存储也是一样，提高运行节点的硬件要求并且限制专门的节点运行者并不是解决方案。对于去中心化的区块链而言，普通用户能够运行节点并形成一种文化，即运行节点是一种普遍行为，这一点至关重要。

区块链容量瓶颈遭质疑，生态令技术突发“奇思妙想”？

在当前区块链技术从成为主流应用技术的态势下，区块链系统最首要的容量瓶颈本质上受限于单台全节点的内存容量，这一点直接制约了吞吐量。而生态令就吞吐量问题，利用新技术解决区块链容量遭质疑的问题。

只要是区块链技术系统，无论使用何种共识算法机制，无论是POW、POS，还是委托权益证明，都将面临同样的问题。假设物理网络的延迟和带宽可以忽略不计，就像基于信息中心高速链路的 EOS，系统第二个瓶颈是受限的账本存储容量，本质上被单台全节点的内存容量所限制，这一点直接限制了区块网络可以承载多少个参与者地址，和多少个 DApp应用。

当前大部分主流的区块链技术系统，包括以太坊、比特币区块链、EOS等，都存在当下问题，并且更为不幸的是，这个问题也是无解的。多级缓存的信息库技术可以稍微改善一下所面临的限制，使得只有用户活跃才会受到存储容量限制，而总用户基数局限于硬盘的容量。但是这也指标不治本，难以从根本上解决这个问题。

于是，ECOL生态令技术将其关注点聚焦于吞吐量，在解决吞吐量这个短板的问题基础上，将区块所存在的容量问题暴露出。

ECOL生态令了解到共识算法其实帮不了解决性能和容量的瓶颈，便试图从标新立异的共识算法出发，提升区块链系统性能的努力。基于ECOL生态令信用体系基础，采用信用准入原则，借现有区块链账本确定性和唯一性，将各节点进行单点广播权确定和验证的系统完美协调。ECOL生态令的 POCM 共识机制规避了 POW 工作量证明的不够环保节能，有算力垄断，中化心趋向问题，解决了 POS 的权益不均问题，并处理了 DPOS 的操作效率弊病。

一般的“区块+链式”架构，所有的交易要打包到区块才生效。如果区块的容量存储小，则交易量大时，许多交易打包速度变慢，甚至有失败风险。如果区块容量存储大，则会使区块链信息迅速膨胀，普通电脑无法运行全节点，全节点的运行权则掌握在少数人手里，这将与去中心化的结果相悖。这也是比特币扩容之争的根本矛盾点。ECOL生态令没有区块这一概念，所以解决了传统区块+链式结构先天性的悖论两难问题。

总之，面临容量瓶颈，分布式技术系统设计上的巧思概念极为重要，这和共识算法有关，也和密码学有关，ECOL生态令在这一点上做得非常好

区块链的价值

区块链的价值源泉，一是效率。区块链既能降低信任成本，也能提高价值转移的效率，但同时又带来了额外的成本，区块链效率的价值要对几方面综合考量。

提高效率表现之一，在于区块链在降低信任成本上具有极大的优势。英国经济学家杂志称区块链是信任的机器，陌生人之间建立信任的成本接近于零。主要包括：区块链降低了搜索成本，反复验证的成本，以及基于区块链技术的智能合约极大降低了合约签署、管理及支付成本等等。比如，2018年麦肯锡公司对90多个区块链应用进行测算，应用70%的潜在价值在于降低成本，包括取消中间商，取消交易记录保存、核对流程等节约了成本。

提高效率表现之二，是区块链通过重新定义价值，使得价值点对点快速转移成为可能，让价值流动。传统互联网通过复制信息得以快速便捷地传播信息，但互联网无法解决账本变动和确权等问题，不能进行点对点的价值转移，必须依赖于第三方机构记账实现价值转移。区块链的分布式账本技术以及共识机制，使价值首先在参与者之间得以确权，并且在点对点转移的整个过程中，所有参与者都能同步进行账本更新，加上独一无二的时间戳，避免重复支付的问题，令价值点对点转移成为可能。

但是另一方面，区块链的分布式账本技术与中心化数据库相比，还有很多低效率的特征。主要包括信息吞吐量低，交易确认延迟时间长，区块链容量有限，POW（工作量共识算法）能耗高，以及区块链上链信息不可修改、数据难以回滚等。

因此，评判一个区块链应用是否能提高效率，既要做加法，也要做减法，区块链并非适用于所有场景，更适合于信任成本很高的行业或场景。

区块链的价值源泉，二是公平。首先，区块链带来的公平在于数据归属与使用权利的重新分配。传统的互联网平台模式下，形成很多互联网巨头，无论是个人或企业的数据，上网后的归属与使用，往往不再由数据所有者决定。引入区块链技术后，区块链上交易信息公开，但账户身份信息会被高度加密，只有通过数据拥有者授权才能访问，数据拥有者真正拥有了数据的使用权利，区块链把以前的数字资源变成了数字资产，成为一种财产权益，区块链使得数据市场“谁拥有、谁受益；谁使用、谁付费”的合理机制得以建立。

其次，区块链使得参与区块链的用户个体表达有了实现渠道。去中心化、自治、开放、透明是区块链的底层逻辑，特别是在公有链项目中，每个个体都是一个节点，通过参与社区治理，每个节点都可以表达自己的意见，输出影响力。

区块链扩容是什么？

在比特币诞生之初，比特币的创始人中本聪并没有特意限制区块的大小，区块最大可以达到 32MB。当时，平均每个区块大小为 1-2KB，有人认为区块链上限过高容易造成计算资源的浪费，还容易发生 DDOS 攻击。因此，为了保证比特币系统的安全和稳定，中本聪决定临时将区块大小限制在 1MB。那时比特币的用户数量少，交易量也没有那么大，并不会造成区块拥堵。 2013年至今，比特币价格直线飙升，用户越来越多，比特币网络拥堵、交易费用上升的问题逐渐涌现出来。比特币社区开始探索如何给比特币“扩容”，即通过修改比特币底层代码，从而达到提高交易处理能力的目的。而从2013年随着用户的增多，以火币为代表的的交易平台在其中起着越来越重要的作用。

区块链技术是什么？未来可能用于哪些方面

区块链本质是一种点对点的分布式数据库，以某种共识算法保障节点间数据的一致性。比特币是区块链技术的一种成功运用，比特币区块链是目前世界上最安全的区块链，存储在比特币区块链中的数据极其不容易丢失和篡改。比特币区块链大约每10分钟产生1个新的区块，每个区块的数据容量上限是1MB，比特币网络支持最高每秒7笔的交易量。

区块链技术是一种深度加密固化电子数据的技术，加密固化的电子数据不可篡改，不可丢失。除了平台自己的数据中心之外，同时接通了司法鉴定中心和公证处，增强了电子数据的公信力和数据的保护。

保全网是一家一站式区块链数据保全平台。保全网利用区块链底层架构在隐私保护、防篡改、抗攻击方面的特点，首次在技术上实现了对电子数据真实性、唯一性与完整性的还原。通过与司法鉴定中心，公证处的深度合作，保全网首次使得区块链数据保全技术获得了司法实践的认可，打通了技术与实践的通道。

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