干货 | 可扩展性问题的简单诠释

围绕着"可扩展性"问题有许多争论，现在我想解释一下可扩展性问题到底是什么、它的原因是什么，让它对社区里最不懂科技的成员来说也变得显而易见。我会提及比特币（它是黄金标准，也是最有名的加密货币），但这一问题对所有区块链来说都是显著的，无论这条链是无需许可的还是限制准入的。

我认为精准地定位这个问题是有价值的，要不然解决起来就很苦难，对吧？

比特币运行的方式是，每次挖出一个新块的时候，该区块被广播到整个比特币网络；整个网络使用“点对点传播机制”，这个名字很讨巧，但意思是矿工将它发送到给另外 8 到 10 个节点，这些节点也将它发送给其他节点，等等，直到它传遍整个网络（或者说 95% 的网络，因为一些节点也会刚好下线了，或者正在重启，或者别的），它被使用因为它是无需信任的。

可以证明的是，即便在理想情况下，也就是没有信息丢失、没有冲突、没有计算开销、没有潜在攻击、没有网络拓扑问题的时候，这一传播模式还是创造了一个瓶颈。

想象一下：

你挖出了一个 1MB 的区块，你准备把它发送给你的同伴。你可以用并行或是串行的方式发送给其他节点，这都会花费同样的时间；但连续地发送将允许你的第一个同伴开始帮助更快地传播区块，而不是当你的所有同伴都完成接收之后（才开始传播）。所以，在理想情形中，节点间连续传输胜于并行传播。

若然，那么，从接收区块到传播到底需要多少时间？经过一个“跳跃”，一个矿工将节点发送给另一个节点，因此 2 个节点有区块了。经过另一个“跳跃”，4 个节点有区块了。三个“跳跃”过去，8个节点就有区块了；它会以指数的形式增长，直到 12-15个“跳跃”，它就会传播整个网络的上千个节点。

比特币现有的交易容量是每10分钟 1MB，又因为交易的平均大小约等于 540 字节，所以，它每10分钟处理接近1950笔交易，也就是每秒钟3笔交易（TPS）。如果你希望将交易容量提高 10倍，你可以将区块大小提高10倍（这是比特币现金的办法）；或者你可以将区块时间减少为 1/10。它们的副作用是一样的，所以让我们考虑一下 10倍大区块的方案。

如果你将区块大小提高10倍，你需要的“跳跃”数量还是一样的——12到15个。然而，每一个跳跃都要求通过 60Mbps 的网络（现在比特币网络的平均网速）发送 10MB而不是 1MB的区块，而它要求的时间也会上升 10倍，从 0.13秒变成1.3秒。整个传输时间将上升同样的倍数：10倍。

那么，为什么我们要在乎这事？为什么我要向你们展示整套分析？

因为区块传播时间定义了分叉发生的机会窗口。分叉只会在这种情况下自然发生：你挖出了一个新区块，却不知道一个新区块已经被挖出的事实，也就是只会在新区块还在传播过程中而你还没接收到的时候发生。如果你并没有挖出同个高度的区块，也就不会有分叉；如果你已经接收到了新区块，你的激励就会变成在它上面挖矿。

如果你将区块传播时间提高了10倍，分叉发生的概率也就提高了大约10倍，至少在这个概率非常接近于1 之前，因为这个概率直接依赖于（1）区块传播时间 和（2）区块时间 的比例（这同样也是为什么你增加区块大小或是减小10分钟间隔的区块时间没有区别）。

所以，如果你将区块大小提高了10倍，你也就将区块传播时间提高了10倍，你将会看到差不多10倍的分叉（一旦 10MB 的区块被写满的话），但这还是 OK 的！一旦新区块挖出，区块链会知道如何解决分叉。

但是，如果你想从 3TPS 扩展到 300TPS（这还远远不是 B2B 小额支付要求的好几万），然后将区块大小提高到 100倍，区块的传播时间会变得太长以至于它会超过10分钟的区块时间！你将看到分叉产生的速率高于区块链解决它们的速率，而区块链会“散开”成越来越多的分叉（因为不会再有哪一条才是“对的”链的共识），然后区块链就崩溃了。

这就是可扩展性问题，以及为什么没有区块链可以每10秒写满300MB的区块。

我将在另一篇文章中给出更多关于 FIBRE、Falcon、Compact、Xthin blocks 以及 Graphene 的信息；但作为一个起点，我认为将它定义为可扩展性问题产生的根本原因是非常重要的。

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原文链接: https://www.reddit.com/r/bloXrouteLabs/comments/86en47/the_scalability_problem_very_simply_explained/
作者: bloXrouter
翻译: 阿剑

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