Ergo与区块链：可扩展性与采用
2022年1月18日
在本期Ergo与区块链系列中，我们将探讨可扩展性的各个方面，以及它们为何对加密货币的采用至关重要。自智能合约引入区块链以来，行业见证了与存储、节点要求和增加的燃气费用相关的指数增长问题。这些问题为新用户设置了进入障碍，通常是由于高交易费用。减少拥堵和提高吞吐量的选项很少，要么通过升级硬件和使用更多能源，要么通过提高基础设施的效率。
垂直扩展
垂直扩展是增加网络可扩展性的最简单方法。在这种模型中，通过升级计算硬件和使用更多能源来提高可扩展性。由于带宽的增加依赖于强大的计算能力，因此没有软件开发。这就是这种类型开发的限制所在——随着网络的增长，费用也在增加。
在区块链中，垂直扩展意味着验证节点具有高硬件要求。不可避免地，这会导致中心化，只有拥有强大服务器的大型参与者才能参与网络共识。在这种情况下，区块链可以轻松实现每秒数千笔交易（TPS）的值。这种类型的区块链将代表一个只有几个节点代表整个共识的网络。
假设只有少数验证者在保护网络。在这种情况下，网络可以被称为区块链即服务（BaaS），这意味着第三方提供云服务来部署去中心化应用程序。这个模型的问题在于网络包含中心化的故障点。因此，只有服务提供商可以维护共识机制，新参与者可能很难加入共识。
水平扩展
水平扩展表示现有资源（例如硬件和能源）没有改变，但网络使用资源的能力得到了提升。这种开发的成本更高（至少在短期内），因为它需要更多的人力资源、更多的研究和更多的时间，而没有即时回报的承诺。然而，技术进步可以是协作开发和推动更多研究的动力。沿着这条道路，回报可以随着时间的推移呈指数增长。
除了在长期内降低计算成本外，这种类型的扩展的另一个好处是能够减少中心化的故障点。随着网络对超级计算机的依赖减少，更多的参与者可以拥有网络，区块链可以变得更加去中心化。也就是说，是否使用现有解决方案或支持新进展始终取决于个人。
加密货币采用
区块链需要扩展以适应大规模采用是一个确定的事实。如上所述，这可以通过使用更强大的服务器或更有效地利用较小的单元来实现。为了实现加密货币的大规模采用，区块链必须处理大量交易，包括小额支付和简单的签名合约。
第二层扩展解决方案是通过降低成本和处理时间来促进区块链转移的智能合约。第二层解决方案也被称为链下解决方案，因为转移和交互并不发生在主区块链上。相反，用户与连接到主区块链的单独层进行交互。要使用第二层可扩展性，必须首先将资产从主链桥接到链下协议。
第二层解决方案
闪电网络： 第二层解决方案也有验证节点，因此它们的安全性并不总是仅与主链相关。例如，闪电网络是比特币的扩展解决方案，它也有自己的节点来验证交易。托管闪电网络节点没有挖矿奖励，因此节点运营商的收入完全依赖于交易费用。
Plasma链： 这是一种混合方法（由Polygon应用），在以太坊之上使用权益证明（PoS）共识层。这个基于plasma链设计的并行侧链是一个低成本链，依赖于利益相关者来保护网络。由于质押代币与主链交互，该模型利用了以太坊的一部分安全性和其自身在PoS共识中的一部分。当用户质押他们的代币时，他们将共识委托给一个验证操作员，称为可信和安全的服务器提供商。
ZK-Rollups： 利用zkSNARK（零知识简洁非交互式知识证明），它们可以通过使交易以大批量处理来减少网络负载。交易的安全性直接依赖于通过添加数学证明来验证交易的主链。然而，与混合方法相比，实现主网的所有功能并确保完全安全相对更困难。各种项目正在开发自己的zkSNARK实现方法。
乐观Rollups： 乐观Rollups在保护层方面与plasma和zkSNARK的工作方式略有不同。乐观Rollups在一个称为乐观虚拟机（OVM）的并行EVM兼容链上计算交易，并与主链进行通信。该模型被称为乐观，因为它依赖于欺诈证明原则，聚合者并不主动验证第二层，但在欺诈争议发生时会介入。
状态通道： 最后，一种称为状态通道的模型是一种点对点签名模型，该设计也可以用作简单目的的支付通道。然而，问题在于状态通道是预设合约，参与者在启动时就已定义。每当新参与者想要使用通道时，都需要创建一个新合约。作为回报，隐私和安全性更高，但对于开放系统几乎没有灵活性。IOHK研究成员发布了一种新模型，称为Hydra：同构状态通道，通过利用由eUTXO设计驱动的链上和链下计算引入了多方状态通道。
NIPoPoWs： 非交互式工作量证明是一个广义术语，指的是轻客户端和侧链。轻客户端由轻节点和轻钱包组成，是高效的客户端，不需要持有整个区块链来验证交易，从而实现高效的移动钱包和更快的矿工引导。客户端可以仅使用区块头进行交互，从而减少计算资源。Ergo自创世区块以来就启用了NIPoPoW支持，并且可以通过易于实现的天鹅绒分叉应用于Ergo的区块链。NIPoPoWs也可以部署以支持PoW和PoS跨链通信。
在下一篇文章中，我们将分析区块链的可持续性与增长主题。通过这样做，我们将回顾历史和当前生态系统；法律环境如何演变，参与者的种类，以及我们可能遇到的各种问题。
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