去中心化的可扩展性-智能合约平台的快速比较：闪电网络，雷电，等离子和RIF Lumino付款

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我们将研究智能合约平台的去中心化可扩展性，其中一些加密货币领域的项目正在寻求解决这一难题，即闪电网络，雷电，等离子和Lumino。可扩展性是涉及区块链的关键解决方案。如果要使加密货币成为主流，那么它们必须与中心化替代货币一样快-如果不是更快。在本指南中，我们将研究阻止加密货币处理更快交易的主要问题。

• 去中心化可伸缩性问题的简要历史
• 第2层去中心化可扩展性-智能合约平台的比较
• 结论-去中心化的可伸缩性

去中心化可伸缩性问题的简要历史

区块链的可扩展性问题已得到充分证明。比特币和以太坊是世界上最流行的两种加密货币，但是，前者每秒只能处理3-7笔交易，而以太坊每秒只能处理15-20笔交易。与贝宝（PayPal）和维萨（Visa）等机构解决方案相比，这真是太糟糕了。去中心化加密货币之所以滞后于速度部门，是因为它们的设计方式。

阻碍可扩展性的设计问题

我们将研究两个主要问题：

• 花时间将交易放入区块中。
• 需要时间来达成共识。

将交易搁置所需的时间

比特币和以太坊都遵循工作量证明（POW）共识模型。在POW模型中，有一些称为矿工的参与者使用其计算能力来解决密码难题。如果他们成功地开采了这些区块，那么他们会因遇到麻烦而获得区块奖励。

因此，假设爱丽丝（Alice）想向鲍勃（Bob）发送4个比特币（BTC），则此交易数据将与内存矿池中其余的其他未决交易排队。成功挖矿区块的矿工从内存矿池中提取未决交易，并将其放入区块中。一旦发生这种情况，交易就完成了，矿工为其服务收取一些交易费。该系统的问题在于，矿工成为整个操作的瓶颈。因此，只要内存矿池的大小增加，平均事务处理所花费的时间就会大大增加。此外，请记住，在比特币区块链中，这些区块的大小限制为1 MB。换句话说，只有这么多的交易可以放入它们的区块中。

好吧，以太坊呢？

虽然区块没有比特币的1 MB大小限制，但受到670万个气体限制的限制。一个简单的以太坊交易可以产生大约21,000天然气。但是，复杂的智能合约的成本可能更高。

说到这一点，天然气就是处理该特定交易或智能合约所需的计算能力。由于每个区块都有瓦斯限制，矿工只能添加其天然气需求加起来等于或小于区块总瓦斯限制的交易。

达成共识所需的时间

比特币和以太坊的区块链托管在对等网络中。这是比特币网络的节点分布：

这是以太坊的：

网络的节点分布在广泛的区域，并具有相同的特权。没有中央权威，也没有任何等级制度。它是一个平面拓扑。

但是，由于没有中央机构，去中心化网络如何做出决定？答案-共识机制。

一旦矿工成功地开采了一块，他们就需要在整个网络中传播它。网络的绝大多数（>⅔）必须批准该区块的合法性。不幸的是，这意味着随着越来越多的人进入网络，达成共识变得越来越耗时。

第2层去中心化可扩展性-智能合约平台的比较

因此，如果区块链的固有架构存在缺陷，那么在区块链之上创建一层是有意义的，这可以允许我们采用扩大交易规模的方法。我们今天将要讨论的技术-Lightning Network，Raiden，Plasma和Lumino都是第2层可伸缩性解决方案的示例。要了解这些解决方案的工作方式，您需要了解付款渠道的概念。

状态通道是参与者之间的双向通信通道，使他们能够进行互动，通常会在区块链之外进行区块链上的交互。这样做是因为它将不再需要像矿工这样的第三方来验证交易，因此它将成倍地减少交易时间。

那么建立脱链状态通道有什么要求？

• 区块链状态的一部分通过多重签名或某种智能合约锁定，这是一组参与者同意的。
• 参与者通过彼此之间的交易签名而彼此交互，而无需向矿工提交任何东西。
• 然后将整个交易集添加到区块链（在Lumino＆Raiden中，并非所有交易都存储在区块链上）。

根据Slock.it创始人Stephan Thual的说法，可以在参与者预先确定的位置关闭状态通道。可能是：

• 时间流逝，例如。参与者可以同意打开一个状态频道并在2小时后关闭它。
• 它可以基于完成的交易总量，例如在进行了价值100美元的交易后，关闭了该链。

支付渠道是国家渠道，专门处理双方之间的付款和小额付款。记住，通道上的所有交互都是可能发生在区块链上但正在发生的事情。尽管有许多不同类型的支付渠道，但到目前为止，最流行的一种是哈希时间锁定合约或HTLC。

HTLC允许开放支付渠道，在预先约定的截止日期之前，资金可以在各方之间转移。这些付款通过提交加密货币证明得到确认。

很好，到目前为止，我们对这些解决方案的背景知识有了基本的了解。现在，让我们一一解决。

＃1闪电网络

闪电网络是HTLC样式的脱链小额支付系统，旨在使交易在区块链中更快地工作。它是由Joseph Poon和Tadge Dryja在其白皮书中概念化的，旨在解决区块大小限制和交易延迟问题。

让我们以一个假设的例子来了解其工作原理。想象一下，爱丽丝必须通过鲍勃向查理汇款。

• 爱丽丝（Alice）和鲍勃（Bob）开了一个频道，鲍勃（Bob）和查理（Charlie）开了一个频道。
• 假设爱丽丝宣布她想与查理互动。
• Charlie声明了一个随机数并生成其SHA256哈希并将其交给Alice。基本上，如果查理选择一个数字A，那么他将给出数字H（A）的哈希值。
• 爱丽丝将0.1 BTC发送给鲍勃，条件是只有能够提交获得相同哈希值所需数据的人才能检索付款。为了使鲍勃滥用资金，他将需要拥有数据，即生成该哈希值所需的前映像。基本上，鲍勃将不得不给出“ A”，而他没有。
• 鲍勃现在以同样的条件将资金移交给查理。查理通过将鲍勃交给鲍勃的原像“ A”来最终确定他的付款。
• 鲍勃将“ A”递给了爱丽丝，以完成对爱丽丝的付款。

以下是整个过程如何工作的信息图。

闪电网络的好处如下：

• 快速付款：付款几乎是即时的。
• 不依赖矿工：交易不需要得到矿工的批准和验证。
• 小额支付友好：早期的小额支付在比特币区块链上极为不便。现在，由于有了闪电网络，它们才得以实现。
• 多签名友好：只有当通道中的每个人都批准时，交易才会通过。
• 减少区块链负载：随着链上发生如此多的交易，它大大减少了主链必须承担的负载。
• 减少等待时间：由于交易是在链下进行且没有矿工干预，因此几乎没有等待时间。
• 它有助于提高可伸缩性，因为它将增加每秒发生的事务数量。

＃2雷电

Raiden是以太坊的第二层解决方案。尽管它与Lightning Network非常相似，但与之不同的是，它与交易详细信息一起，其状态通道也可以传输智能合约详细信息。阻碍以太坊交易的最大问题如下：

• 区块间隔时间：在以太坊中挖矿区块需要15秒。
• 汽油价格：交易是否包含在区块中也与每笔交易的汽油价格直接相关。通常，矿工接受天然气价格较高的交易，并且可以通过允许他们“排队”来给予他们特别的优惠。
• 孤块：有时，矿工开采空块。这些区块也称为“孤立区块”。即使是目前最好的挖矿池，其孤立区块率也只有1-2％。

Raiden将允许两个用户在他们之间进行多次交易，而无需与矿工或区块链进行交互。它的结构类似于在以太坊主链上运行的网状结构：

雷电网络的优势？

• 可用且简单的应用程序编程接口（API）。
• 启用以太坊可扩展性。
• 它可以用来发送任何ERC20令牌。
• 可以快速，简单地转移资金。
• 将减少以太坊区块链上的负载。

＃3等离子链

等离子，连同闪电网络/雷电，将为以太坊架构引入全新的一层：

等离子是一系列在根链（主要的以太坊区块链）之上运行的合约。如果要构想架构和结构，那么可以将主区块链和等离子区块链视为一棵树。主区块链是根，而等离子链又称为子区块链是分支。

这大大减少了主链上的负载。分支机构定期向主链发送报告。实际上，您可以将“根链”视为最高法院，将所有分支机构视为从属法院，这些法院是从主要法院获得权力的。

所有分支链都可以发行自己的唯一令牌，这些令牌可以激励链验证程序照顾链并确保其无故障。每个分支都有自己的独立数据，并且当确实需要向主链提交一些数据时，它不会暴跌其所有内容，而只是将博客标头哈希提交给主链。

Plasma不仅节省了主链中的大量空间，而且还以指数方式提高了交易过程的速度。如果实施得当，这可能是有史以来对以太坊和加密货币做出的最具革命性的变化之一。

OmiseGo是基于以太坊的最有前景的项目之一，目前正在开发基于Plasma的产品，以实现快速无缝的支付。

＃4 RIF鲁米诺

在谈论RIF Lumino之前，让我们更好地了解RSK和RIF。 Rootstock（RSK）是一个智能合约平台，可通过侧链技术连接到比特币的区块链。 Rootstock允许您创建与以太坊（web3 / EVM / Solidity模型）兼容的应用程序，同时仍然享受比特币区块链提供的安全性。根源的核心是：

• 图灵完备的资源核算确定性虚拟机（用于智能合约）与以太坊的EVM兼容。
• 基于强大联盟的双向锚定比特币侧链（用于BTC计价的贸易）。
• SHA256D合并挖矿共识协议（用于依赖比特币矿工的共识安全），间隔时间为30秒。 （用于快速付款）。

如果您想进一步了解RSK，则可以在此处阅读我们的指南。

砧木还将利用其技术堆栈-砧木基础架构框架开放标准（RIFOS）帮助在比特币之上构建健康的经济体系。通过使每个人都尽可能简单来促进区块链技术的使用。可以将RIFOS视为比特币区块链之上的第三层，因为它是在存在于比特币之上的侧链（RSK）之上构建的。

关于RIFOS，请记住以下功能：

• 只要产品与基础协议兼容，开发人员就可以将其无缝集成到RIFOS生态系统中。
• RIFOS的所有单独组件均旨在最大程度地提高那些希望在协议生态系统内提供基础结构服务的潜在利益。
• 所有组件均受比特币网络提供的安全保护。
• 其协议将包括触发网络效应和规模经济的机制。
• RIFOS中运行的大多数服务将通过单个令牌（RIF）消耗。

RIFOS目前正在研究的领域之一是其Lumino项目的“付款”。 Lumino与Raiden非常相似，因为它通过状态通道发送交易和智能合约详细信息。但是，不同之处在于，虽然Raiden是为以太坊构建的，但Lumino是由RSK构建的，而扩展名为Bitcoin。闪电网络和Lumino可能会出现竞争，但是，事实是它们彼此互补，并正在共同努力为比特币用户提供最佳服务。

结论-去中心化的可伸缩性

通过第二层机制的实施，加密货币每秒可能实现成百上千的交易。可扩展性一直是加密货币领域最大的问题之一。但是，诸如Lumino，Lightning Network，Raiden和Plasma之类的项目向我们展示了我们终于有办法一劳永逸地解决此问题并实现真正的主流采用。