BTA｜楊耀東：打造一個支援百萬級TPS的去中心化網路

時至今日，分散式技術和區塊鏈概念已經為很多人所接受，同時也產生了巨大的商業和社會影響力。然而，比特幣也存在功能性單一、隱私保護缺失、吞吐量不足等問題。針對比特幣的這些問題，楊耀東老師為我們分享了“如何開發一個更好的基礎設施來支援區塊鏈上的應用”——打造一個支援百萬級TPS的去中心網路。與單條區塊鏈、閃電網路不同的是，夸克鏈提出了雙層網路和跨片交易，使得在安全性、去中心化、吞吐量上都有了一定的提高，同時還將為使用者建立一個操作簡單的智慧錢包。

楊耀東：

夸克鏈基金會科學家和核心團隊成員，技術孵化器Demo++的創始人之一，也是西安交通大學的研究員。他從浙江大學獲得學士學位，在美國弗吉尼亞理工大學獲得博士學位。目前，楊博士已經發表了超過50篇研究論文（H指數為14），擔任《自然》出版社旗下《科學報告ScientificReports》的編委。他參與了多個由中國自然科學基金、科技部和教育部支援的科研專案。

 

以下為楊耀東的演講實錄：

我今天的報告是和大家討論“如何打造一個更好的基礎設施來支援區塊鏈上的應用”。在比特幣的創新驅動下，時至今日，分散式技術和區塊鏈概念已經為很多人所接受，同時也產生了巨大的商業和社會影響力。從技術上來說，比特幣作為科技上的初步實驗，本身還存在很多問題。我相信沒有一個人期待比特幣在誕生之初就是完美的。

比特幣存在的三大問題

在這裡，我僅僅列出三個人們比較關注的問題，很多團隊已經做了大量嘗試來解決這些問題：功能單一問題，隱私保護缺失問題，吞吐量不足問題。

一、功能單一問題。比特幣本身功能比較單一，只是一個現金傳遞的工具，人們的經濟活動需要更多的功能。現階段一個可用的解決方案就是以太坊。以太坊這樣的專案不僅可以提供現金功能，還有豐富的智慧合約滿足更多的交易場景。

二、隱私保護缺失問題。雖然比特幣的錢包地址本身只是一段程式碼，但實際操作中，是有可能把這個錢包的主人給找出來的。很多國外執法部門實際上就是通過對比特幣交易的追蹤，最終把販毒和走私網路給揪出來。匿名性不足是一個問題，為了把區塊鏈技術應用到對隱私要求比較高的商業實踐中，誕生了許多匿名區塊鏈專案，比如：門羅幣。

三、吞吐量不足問題。這已經是比特幣中非常非常嚴重的一個問題，關注這個行業的同仁都知道，去年比特幣分叉後誕生了比特幣現金，使得社群分裂，其源頭就是為了解決吞吐量問題。

這三個問題的三個代表性的解決方案，都是為了使得比特幣在某些方面變得更加完美。解決方案本身的價值，可以從他們的市值中反映出來，來獲得大家的認可。比如說，因為部分解決了比特幣功能單一的問題，以太坊成為排名第二的加密貨幣。

今天，我們重點討論剛才提到的第三個問題：吞吐量不足。很多嘉賓在前面介紹過，以太坊作為基礎設施，它可以達到10TPS。但這遠遠不夠，我們生活中VISA、alipay（支付寶）已經達到了萬級TPS的處理能力。這表明，如果想支撐起一個全球性交易網路，需要相當高的交易處理能力。

但實際上區塊鏈產品還需要執行包括智慧合約在內其他的功能，它的交易處理量會遠遠大於前面的數字。去年DApp的興起，使得以太坊交易費用高起和網路堵塞，以太坊的開發團隊已經發現這是一個很大的問題。他們計劃用兩到三年時間，對以太坊進行升級，計劃在未來達到1000TPS的處理能力。

打造一個支援百萬級別TPS的去中心化網路

談到效能，這樣的“不可能三角”在很多場合都會被展示，要同時做到去中心化、安全和高通量非常困難。但我們做技術的，就是要在所謂的不可能中尋找可能性，發現最優解。如果我們只是追尋去中心化和安全性，比特幣網路已經證明了這是可行的，其本身多年穩定的執行已經是一個非常好的例子；如果我們不需要去中心化，谷歌BigTable為代表的產品同時能具有安全性和高通量，也已經提供了很好的方案。那麼，如何才能做到同時具有去中心化和高通量呢？我們有一些自己的思考。當然，安全性是最基本的，如果系統本身是不安全的，那一切就無從談起。

首先，我想說這樣一個基本觀點：生活中的應用場景非常多，並不是只能有一種解決方案，這其實給我們整個區塊鏈的從業者帶來很多的機會。如果你只是需要一個非常快速的交易平臺，而不需要擔心中心化的問題，你完全可以選擇現有的成熟的解決方案；如果你的需求位於上面三角形的中間區域，則需要在這個三角中尋求一個最優點。根據你的需求達到去中心化、安全性、高處理能力三者之間的一個平衡。我們正在思考的解決方案就是要達到這一點，根據需求場景，在“不可能”中達成平衡的藝術。

我們的最終目標就是打造一個支援百萬級別TPS峰值處理能力的去中心化網路。這個TPS資料不是為了好看，因為支付寶處理業務量已經為十萬級TPS，目前一箇中型網路網路的訪問處理能力需要在20萬級別TPS，百萬級TPS也只是為了滿足正常的商業需要而已。

整體的系統的構架是這樣的：我們有兩層的區塊鏈結構，有一個叫做根鏈，另一個是分片區。分片這個概念，在資料庫裡很常見。可以這樣理解，我們把原來整個區塊鏈網路切割成了一個一個的片。這個網路中，分片是彈性的，根據實際需要，還可以對其做二次或三次再分片。根鏈有兩個主要的角色，一個是提升分片安全性，因為具體的一筆交易已經在分片上被確認了，在根鏈還將確認分片的區塊資訊，這樣一來為這個交易提供了雙重的安全保證。根鏈的第二個角色是實現跨片的交易。

為什麼我們樣的技術可以保證比較好的去中心化程度？因為我們有更多的分片。比特幣世界裡挖礦集中化的問題，降低了網路的去中心化程度。在我們這裡挖礦，一個礦工，一次只能在一個片上工作，這樣一來，眾多的分片為礦工提供了更多的獲得獎勵的機會。如果你是一個獨立的礦工，你可以選擇到一個沒有一個大礦主的分片上去挖礦，不加入礦池，同樣有機會獲得獎勵。通過這樣的思路，我們可以進一步達到去中心化。眾多的分片會分散算力，為了提高安全性，分片上層還有根鏈，能夠提供更多的算力來保護交易。

公鏈的三個主要特徵

我們的公鏈將有三個主要特徵：去中心化橫向擴容，跨鏈交易和簡單賬號管理。因為系統中有很多分片，使用者可能在很多分片上都會有錢包地址，我們希望能設計一個這樣的智慧錢包：使用者不需要了解太多的底層細節，就可以在我們的鏈上做交易，並且操作過程非常簡單，就像使用比特幣錢包一樣簡單，而智慧錢包則自行處理底層的細節問題。

大家可能會問：那麼高的TPS，賬本會變得非常重，對計算機的處理能力要求會很高，這個時候該怎麼辦？我們做過測算，達到一百萬TPS的處理能力時，一個擁有全網賬本的節點需要很強的處理能力，這樣的節點通常會很貴。為此，我們將創造了一種叫做橫向擴容的方法來解決這一問題。希望能通過一些彼此之間能夠建立信任的普通電腦的合作，實現一個“貴”的節點的全部功能。

跟你合作這些普通電腦各自擁有部分資訊，合在一起以後，將會提供全網的所有資訊，這將能夠很好的支援跨片交易。而普通人能夠負擔的電腦也保證了網路的去中心化程度。

我們目前集中力量解決吞吐量的問題。簡單的一句分片，下面有非常多的細節要處理，有很多全新的嘗試。我們不但要實現網路分片還要實現狀態分片，絕不是簡簡單單就能做好。目前，我們就希望把分片這個事做好，支援更高的TPS。一旦我們分片做好了，我們整個網路將能非常好的支撐開發者在上面開發應用，不用擔心很高的交易手續費和網路堵塞。

未來要做的三個重要升級

如果從專案的長期規劃來看，未來我們會有幾個重要的升級。我們認為至少需要做以下三個重要升級，並計劃在今後三年完成。

一、對以智慧合約的支援。幾個月後，在我們開放測試網上線時就會提供智慧合約，後面我們會對智慧合約進行進一步升級，增加和外部資料互動的能力。目前的智慧合約都是資料閉環，但一個商用的系統需要和生活實體互動，肯定需要外部資料的匯入。提升智慧合約適用性，將是我們的一個主要升級。

二、鏈上和鏈下交易能力。當我們談論分片技術時，並不認為別的技術不好，這個世界不是非黑即白的二元選擇。“不可能三角”中的優秀方案是根據能否滿足特定的商務應用來確定的，根據特定的應用場景，選擇適合的技術就好。未來，我們也會考慮加入類似於閃電網路的鏈外交易處理方案，滿足更多元的需求。

三、使用者的隱私問題。我們會在這方面做些工作，確實來保障使用者的隱私。

應用場景和開發路線

作為底層技術，我們能支撐各種各樣的應用。但結合我們最大的特點：高吞吐效能，我們特別歡迎那些需要高TPS處理能力的應用，比如：

• 小額快速交易，比如說去逛小吃街、超市購物。

• 高頻交易場景，比如去中心化的交易所，這將是我們的很大機會。

• 下一代網際網路廣告，利用區塊鏈打造去中心化的廣告發放系統，將會非常有價值。

• 物聯網交易。

• 遊戲交易場景。

我們相信，具有高TPS處理能力的技術將會為這些應用提供更多的價值。

上圖是我們的開發路線圖，我們在2月份已經完成了白皮書。現在是三月底，我們已經有測試網和測試錢包了，第三季度將會推出0.2版的測試網路。這個版本中將支援智慧合約，同時處理能力達到萬級TPS。屆時會開放給開發者在上面開發自己的應用。我們希望今年能主網上線。下面是我們部分團隊成員的資訊，這是一支來自於矽谷的團隊，有深厚的技術積累。

如果大家對我們的方案感興趣，想檢視包括這個專案白皮書在內的更多資訊，請訪問我們的網址www.quarkchain.io，歡迎大家關注！

原文釋出時間為：2018年04月06日
本文作者：區塊鏈大本營
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