本文由AXEL团队编译

原文作者：Marie Tatibouet

原文标题：Balancing Security, Decentralization & Scalability in Blockchain

2017年，比特币（BTC）区块大小接近1 MB，增长显著。但是，比特币区块链的交易处理量仍为7笔每秒，远低于实际需求。如今，人们对即时满足要求甚高，比特币的低效问题也就更加明显。

尽管区块链技术前景广阔，特别是在金融和银行领域，但以太坊（ETH）联合创始人Vitalik Buterin提到的扩容问题也是真实存在的。更准确地说，扩容、安全和去中心化只能同时实现其中两个，任一方面的任何改进都会对剩下的其中一个产生不利影响。

如果人们期望利用区块链来解决该行业的现有挑战，那么公链扩容对整个行业至关重要。因此，世界各地的区块链社区和组织都在努力研发扩容解决方案，从而支持大量节点。扩容已然成为该行业公认的挑战。许多开源区块链项目一直在努力解决此问题。据报道，2016年，在GitHub上创建的开源区块链项目已超过26,000个，而2017年得到积极维护的项目只有8％。

在本文中，我们研究并分析了两种主要扩容技术：状态通道和侧链，还对比了“闪电网络”和“Plasma”。后面两种技术支持在各种交易批次之间进行通信。

从0层到第一层，再到第二层

区块链架构由基础层（0层）、链上（第1层）和链下（第2层）组成。这三层都基于从基础协议到高级协议的OSI（开放式系统互连）模型结构。

0层相当于区块链技术的物理部分。但是，更抽象概念的重点集中在第1层，这一层包含了网络、数据和激励措施。第2层涉及到合同和应用程序，而扩容挑战正是出现在这一层。

现有扩容解决方案-状态通道和侧链

要通过将扩容与安全和去中心化技术相结合来减缓交易拥挤，确实很难，但也并非不可能。到目前为止，通过区块链行业调研，已找到两种潜在解决方案。这两个方案都有不同的应用程序：状态通道和侧链，并且都需要解决扩容相关问题。

状态通道

状态通道在原生区块链之外提供了一条临时链下点对点交易路线。一旦双方完成交易或者交易到期，或任何一方将数据（初始交易和最终交易）同步到主链上，最终结果就会记录在主链上，从而加快了区块确认过程，很好地保护了用户隐私。

然而，双方必须同时在线以防欺骗而造成的不便导致此专用扩容解决方案有一定的局限性。尽管状态通道拥有强大的隐私性，但从长远来看，所有参与者必须全部在线这一硬性要求并不利于其应用。

闪电网络

闪电网络是一款基于状态通道的应用程序，是解决比特币区块链扩容挑战的可能解决方案，负责处理、分担前几层的一部分工作。也就是说，并非所有交易都必须在原生区块链上进行。矿工只需要打包并上传闪电链中记录的初始交易和最终交易。该解决方案通过设置链下交易通道，有望每秒处理50,000多个交易，这是比特币区块链社区最重要的功能。

闪电网络的核心是在交易通道开放之前预先存入加密货币。双方都必须在预存款账户中存入一定量的通证作为交易违规补救金。但是，只有少量付款可以在此通道上及时转移。交易越大，交易违约救济金就越高。如果一方或双方未联网或收款人地址不对，则交易越大说明损失越重。此外，闪电网络链下操作会牺牲部分与去中心化系统相关的安全性。

侧链

侧链是一种跨链解决方案，首先将原生区块链的资产（图中的A链）转移到侧链（图中的B链）进行交易。一旦完成交易，资产转移回主链。因此，减轻了主链的工作量，提高了效率，从而提高了交易速度。

但是，由于主链无法验证侧链上的所有区块从而需要依靠确认和验证交易的算法共识，因此难以保证用户交易的安全，这其实是可能导致重大金钱损失的安全漏洞。侧链缺乏有效监管，甚至不存在监管，进而导致数据泄露、破坏侧链区块、黑客攻击交易等情况。

Plasma

Plasma是一款基于侧链的应用程序，是应对区块链扩容挑战的潜在解决方案，但主要用于尚未发布的以太坊2.0。与其他侧链相比，Plasma安全性更好。

Plasma的基本原理是去除根链中非必要数据。它仅将完成的交易广播到公共链，从而节省了大量的算力和内存，并使其与系统中其他参与者能够以性价比的方式进行交互。

尽管已证明Plasma机制可以保护和扩展区块链技术，但该应用程序仍然存在一些问题。Plasma的主要缺点在于资产提取，这一点相当复杂，而且也无法实现即时。即使双方都同意完成交易，Plasma仍需要（颇具挑战的）时间才能实现这一目标。此外，从长远来看，Plasma应用程序的另一个可能问题是必须要有大量的存储空间，因为交易时需要验证的交易历史记录量很大。

结论

无法实现有效扩容的主要原因是区块链设计中不同组件的交互作用。比特币开发人员一直在探索闪电网络等第2层解决方案，例如闪电网络可以实现部分链下交易。以太坊开发人员则更倾向于分片实验。现在，“异步共识组”概念由创新工场王嘉平提出，致力于设计可扩展的区块链系统，但又不影响去中心化或安全性。创新工场通过在多个独立、并行区域（即共识组）中划分和处理工作量来扩展区块链系统。通过分区方法，共识组获得的输出和容量比比特币和以太坊网络更高。

随着越来越多的机构看到扩容与安全之间平衡的发展趋势，有望实现公链扩展，既能保证安全又具有去中心化特征，区块链网络越来越强大。