摘要：作者：Steven Li（胡飞瞳）来源：IPFS原力区编者注：原标题为《区块链的现状和发展》区块链带来革命性的变革的共识，其自身的发展也不可能一帆风顺，必然要经历各种突破，必然要依赖技术的发展。所幸的

作者：Steven Li（胡飞瞳）

来源：IPFS原力区

编者注：原标题为《区块链的现状和发展》

区块链带来革命性的变革的共识，其自身的发展也不可能一帆风顺，必然要经历各种突破，必然要依赖技术的发展。所幸的是，在区块链变革的大背景下，各种技术的突破和应用发展迅速。本文对区块链自身生态的发展做一个简单的梳理。

基于目前业界的共识，区块链发展的里程碑实践有两个，一个是比特币，被称为第一代区块链，它实现了公共（去中心化）的货币发行体制和交易机制；另一个是以太坊，被成为第二代区块链，其关键突破在于实现了智能合约，也就是说实现了去中心化的计算和验证。随之而来的一些小的发展和突破，也出现了不同的链的形态和发展，比如 Hyperledger Fabric，以及国内的Quorum等。

区块链的发展带来了很大突破，但同时，其发展也受技术本身的制约，当前的区块链应用发展的制约因素与传统应用对比，可以考虑为以下三个方面：

1. 网络处理能力，按照TPS（每秒交易数）来衡量
2. 存储能力，按照整个链所能够容纳的数据来衡量
3. 运算能力，按照单位实践内网络处理的基础指令数来衡量

本文主要探讨的是现阶段正在进行的一些针对TPS提升的一些考虑和方案。对于存储能力的提升，这是Filecoin直面的挑战，以实现与数据相关的应用的去中心化。对于运算能力的提升，必然采用安全多方计算，实现计算的完全分布式。对于这两个部分，将单独另外分析。

能不能快一点？

比特币每一秒难以处理7笔以上的交易，也就是TPS<=7。一方面受制于其平均10分钟的区块时间，另一方面受制于其区块大小的设定。一直以来，这是区块链从业者的一块心病。所以一直以来，解决方案就是两个：

1）缩短区块时间；

2）提高区块大小。

对于比特币而言，这些方案都有人采取，并创造出新的链。简单而言，莱特币采用2.5分钟的区块时间，而BCH和BSV则采用了更大的区块来解决拥塞的问题。但是，这种解决办法所带来的问题就在于，对网络和参与者的要求提高了。也就是说矿工进入的门槛提高了，那么对去中心化而言自然就会带来负面影响。

当然，为了解决这个问题，有些人走得更远，一种方法就是：更改约束条件。简单地说，进一步提升参与门槛，走向半中心化。换句话说，我们是不是可以不那么严格地实现去中心化，往里面加一点许可权的催化剂，来提升反应的速度。联盟链多数就是如此，HyberLedger Fabric是一个需要许可权的区块链框架；EOS包含21个超级节点，虽然是公链，虽然有选举，但基本上也是被超级节点把持。许可系统对每一个参与者要求更高，无论是每个区块的交易数量还是区块时间都可以大幅度提升，而且走得更远的是，并不严格要求所有交易都需要所有参与者进行验证。这是因为这种妥协，包含许可权的系统可以达到数以万计的TPS，甚至更高，远远超出主要的完全去信任的网络，比如比特币或以太坊。

Facebook所宣布的Libra也是基于许可权的区块链，从而在现有技术下，才可能实现用于日常交易的系统。

但是，这种妥协虽然带来了TPS的大幅提升，但并没有带来网络价值的提升。因为区块链的特性和要达到的目标 - 去信任，才使得区块链更有价值。所以大家可以看到的是，BTC TPS相对而言较低，但其价值认可度却最高。也就是说，区块链网络的去信任越彻底，网络自身的价值信任度就越高。

那么，问题回来了，我们需要在不牺牲网络的信任度的情况下，提升区块链网络处理能力呢？这要从区块链的几个层次说起（见下图）。可以简单这么理解：Layer 0 是通信层，Layer 1 的是多层结构，其核心是共识层（如下图所示），而链下扩容（搭建在 Layer 1 上的链层）方案可以称为 Layer 2。

Layer0 提速 - CDN

相对于Layer1，Layer2而言，Layer 0 的改进与链本身的技术关联度较低，技术上比较容易实现，但因为涉及到基础设施建设，改变起来却也不容易。

首先，我们知道，区块链的底层是一个点对点网络，其每一个节点会链接多个节点，通过Gossip协议，广播区块和消息（交易）。因为一个节点不可能链接所有的节点，因此，一个区块或者消息的同步往往需要多次传递才能实现。但是，因为每一个阶段都在互联网的终端上，那么由于所有的中继都要到端进行，效率非常低。注意，这与现在的互联网是完全不同的，目前的互联网，信息的路由和交换是在网络中进行的，而不是在端，而且互联网从网络层次的角度而言，它不是一个对等网络，而是一个层次化的网络。其中心网络的交换能力远远强于汇聚和边缘的。除此以外，CDN（内容分发网络）在互联网的加速中起到了非常巨大的作用。

自然而然地，我们可以想到，是否区块链也可以像互联网一样地加速呢？答案当然是可以的。已经有一些解决方案出台。比较著名的是 BloXroute的BDN（区块链分发网络），和Marlin Protocol。

Layer 1 改进 - 共识机制的探索

共识机制是区块链的基础。在一个无需信任的网络交换信息，获取真相，形成共识是区块链解决的最大问题之一，也是最大的困难之一。但作为一个无需许可、随意进出的分布式系统，区块链不可避免地要面对和克服这个困难。

从PoW到PoS

比特币的解决方案是每10分钟组织一次比赛来解决一个计算难题，获胜者来解决上一个区块以来交易的发生顺序并忠实记录，然后其他节点进行验证从而达成共识。但是，这种成功的“中本聪式工作证明”耗费大量的资源，这些资源的消耗仅仅为争夺出块权，而无任何其他用处，同时速度很慢。这是比特币广受诟病的原因。

勿容置疑，我们需要更好的共识机制。它将允许区块链网络的参与者更有效地达成协议，从而使整个系统每秒可以处理更多事件。对此，以太坊以及Filecoin进行了众多创新以解决这一问题。简单来说，这就是权益证明（POS）。以太坊的思路是Casper协议，此协议使用经济激励措施和抑制措施来使节点保护网络安全，并使作弊（非常）昂贵。而Filecoin则采用存储证明和预期共识来实现这一目标。通过这一目标的实现，大量的计算可以被真正地利用来为应用服务。在Filecoin网络中，由于采用了IPFS的内容寻址的方式，其交易信息本身并不需要全部包含在区块内部，因此，理论上，较小的区块头就可以包含大量的交易，也就是说可以承担更高的TPS。Filecoin还解决了数据的存储问题，它并不需要所有的全节点都存储所有的数据，这对区块链应用带来了突破。