澳门新葡亰手机版面对EOS即将开启的挑战,Vitalik在北京讲了什么?|附V神演讲中英文PPT

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众所周知,目前最常用的区块链是以太网,所以理解为什么以太坊开发者社区希望在以太坊上采用分片技术,将有助于理解分片技术是什么,以及分片技术为什么是一个受欢迎的扩容解决方案。ETH
Gas
Station表示,在以太坊网络中,将交易添加到以太坊区块链大约需要1.78分钟,生成一个新区块需要32秒,平均每秒处理15-20笔交易。可以看出,以太坊生态系统是一个对矿工有利,而非对用户有利的环境,如果用户想要优先处理他们的交易,就必须提高该笔交易的gas(手续)费用。低吞吐量、高延迟和高交易费用是当前以太坊面临的主要问题,一些对扩展性有要求的服务和应用不太适合采用以太坊网络。以太坊吞吐量低的主要原因是每个节点都要处理系统中的所有交易。分片技术是什么?简单地说,分片是一种分区方法,将计算工作量和存储工作量分布到P2P网络上,这样每个节点就不负责处理整个网络的所有交易,而是只处理自己本分区(或分片)的信息。为了进一步了解分片,我们从实现分片最简单的方式开始讲,V神在他的文章中将这种方式称为“scaling
by a thousand
altcoins(通过上千种山寨币来进行扩展)”。在这个分片方式中,我们不会只运行单条区块链,而是运行多条区块链,并且不是将每条链称为区块链,而是称为shard(分片)。每个分片都会拥有独立的验证者或节点网络,即通过
PoW 机制挖矿或者质押投票机制来验证交易和生成区块的网络参与者。

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多年以后,当俄罗斯裔程序员维塔利克·布特林 Vitalik Buterin 回忆起 2018
年初夏在北京遭遇观众的一个提问,应该会把个这列入人生比较尴尬的时刻。一位参加一场技术论坛的男士先是用英文表达了他对布特林的喜爱,然后提出了问题:「你觉得什么时候以太坊代币价格能涨到
1
万块钱?」布特林颇有些尴尬,只能说:「我不知道。」这位被狂热粉丝称为「V
神」的以太坊创始人,刚刚在舞台上向开发者们分享了基于以太坊的 Casper
协议与分片技术最新进展。他介绍了作为验证节点如何参与到 Casper
的验证工作中的具体流程以及需要注意的事项,并介绍了二次分片的含义及潜力。显然有听众更关心以太坊的币价。当然,「V
神」的演讲现场也更像一个社交场。数不清的粉丝冲向布特林希望合影,只能由保安出手一一制止。而在他演讲的大厅门口,7、8
个失意的投资者高举标语,写着「OKex
恶意暴仓」、「徐明星还我血汗钱」的大字站成一排进行示威,仿佛一场行为艺术。大厅内的布特林做了一场非常技术的演讲,所讲话题对布特林自己和以太坊意义重大。以太坊已经是市值第二大的加密货币项目,并且被其拥趸称为「区块链世界仅有的有真正意义的两大公有链之一
另一条是比特币区块链 」,但是其有限的吞吐能力却屡屡被吐槽。Casper
是一种混合了工作量证明 PoW 和权益证明 PoS
的激励执行机制,一旦成功实施,将有效减少区块链生成过程中的资源投入和损耗。而分片技术则可以提升交易速度,
改善交易吞吐量,并大幅降低交易费用。布特林在北京的演讲全文附在本文文后。不过,对于大多数非公链开发或应用开发人员,他提供的关于分片技术的落地时间和路线图更有价值。布特林在北京表示,他希望在一两个月的时间完成分片技术,当然,现在已经有团队已经测试利用该技术进行落地应用,不过,「要想真正推广开来,可能得花上一年时间」。他还表示,「现在来说这些还为时过早」。听上去有些让人气馁?是有点。要知道,就在布特林发表这篇演讲的同时,另外一个引发众人关注的公有链项目
EOS 的众多社区正在热火朝天地进行主网上线的准备工作。EOS 软件的开发者
Block.one 在完成长达一年时间的 ICO、成功获得 40
多亿美元的收入后,刚刚在一天前正式发布了开源的 EOS 开发软件 EOSIO 1.0
版本。在此之后,第三方基于该开源软件运营的 EOS 主网即将上线。按照 EOS
项目方的描述,EOS 这个区块链底层公链系统可以实现可 1 秒之内
100万次以上的打包记账,将让开发者可以迅速开发各类 DApp
基于区块链的分布式应用,可以让终端用户无需任何手续费就可以方便地使用这些应用。如果这些描述成真,EOS
将成为以太坊最直接、也是最凶猛的竞争者和替代者。布特林在北京并没有对 EOS
可能发起的挑战做出说明,但是,就在不久之前,他却在另外一个场合向人们描绘了成功应用分片技术后,以太坊有可能实现吞吐量极大的提升。他表示,目前以太坊网络上测试的分片和
Plasma
扩容解决方案,有可能让太坊区块链网络实现每秒交易处理量超过百万次。可以理解,这样的技术前景远大,但是实现起来并不会一帆风顺。在北京,布特林的技术演讲更加低调并且务实。没有夸夸其谈地炫耀宏伟蓝图,而是从开发者和未来
Casper
验证参与者的视角,告诉大家应该怎么做,应该避免哪些误区。以下为链闻
ChainNews
整理的布特林演讲内容,并提供他演讲的全套幻灯内容:今天我会和大家分享
Casper 及分片技术的发展。Casper
是一个全新的算法,而分片是解决扩容的方案。我会具体跟大家阐述一下这两种技术的流程。我尤其会从验证者参与验证工作的角度,分享
Casper
技术。大家如果参与到Casper和分片,从节点角度来说要做什么?第一步是存款。Casper是个验证系统,换句话说,为了加入,需要在权益当中有所存款,存款需要发送存款的交易,这是正常在以太坊上的交易。包括一个公钥,有
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个以太币并且验证,首先规定你使用的公钥,用它做信息的签名。也要有一个取款地址,在验证的时候有相应的奖励措施。这里大家要注意,签名公钥和取款地址并不意味着完全一致。这意味着两件事情:首先,可以把签名的权利分配给其他人,比如像我在全世界旅行,不可能一直带着电脑,就可以把这个
key
给你的朋友,让你的朋友为你签名验证,为你参与到算法。但你不会把所有资金托付给一个朋友,即便你的朋友能代替你做签名
,但他也不能把你的钱取出来,你的钱唯一可以进入的地址是之前提供的取款地址,这意味着你可以使用热钱包来签名
。我们刚才提到状态验证的机制,公钥是在一个在线的电脑上,但资金永远会留在冷钱包里,这个公钥是激活这部分资金,防止发给其他人,让你的资金留在自己的电脑上。这种情况下,作为验证者,就更加安全、有保障。但是一旦你完成了取款交易之后,就进入了第二步:等待加入。这个可能需要一天的时间,这部分协议还没有完全被确定,但要等待这个协议把你加入了验证者的池。第三步是参加验证机制,有了存款,等待了一天时间加入这个机制,你现在已经进入了活跃验证者的池,你就是个验证者了,这是个好消息。作为验证者,在网络当中有两个关键功能,第一个是
Casper
的过程,来参与并且敲定主链,这意味着它可以确保主链上的区块,超过一定点之后,主链上的区块是不可逆转的。一旦完成之后,主链就被敲定了,你就完成了工作。第二个是验证分片上的区块,我们的系统中不会所有人都来做区块的验证,这些区块被可能分配到
100
甚至更多的分片中,交易也是分开的,有不同的验证者来验证不同的区块和交易。这是验证者最主要的两个功能。Casper
这个工具的主要目的是一个敲定工具,是链上共识机制的一部分,用于区块的敲定,它可以给区块更多的安全性。分片的提案看起来是这样子的,以太坊的分片提案包含
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个子链,帐户交易信息都是储存在子链上的。主链完成一些工作,子链完成一些工作,主链负责生成随机数,随机选择哪个验证者进入哪个分片、谁可以创立一个分区,并且保持验证节点的追踪,如果你是一个验证者的话,它会一直追踪你验证节点的相关信息,比如你分配到什么分片、你现在的奖励和惩罚是什么,所有这些信息都是由主链完成的,除此之外,它可以追踪子链上的区块。子链的责任比较简单,主要做交易处理,并且存储帐户状态、合约
状态,它可以存储绝大多数用户比较关注的信息,每个阶段是差不多 1
个小时左右,每个验证节点由系统随机分配一个分片,为了这个阶段或为了这个小时,验证节点的工作就是要验证,并且帮助确认这个区块是在这个分片之上的。在任何的时间点,如果验证节点被分配到某个特殊的分片上,比如我们一共有
100 个分片,有些人随机选择 1%
的验证节点,来确认任意一个分片上的区块。这个是系统的可扩展性,我们假设一个计算机可以来处理
N 个交易,主链这个时候就可以来追踪 N 个分片,每个分片本身都能够处理 N
个交易。系统可以处理的是 2 倍 N 的交易,所以它叫「2
次性分片」,如果你电脑的计算能力是翻一番,这时主链可以来追踪 2
倍的分片,系统能处理的交易是之前的 4 倍。接下来看交叉链接,即
Cross-links,交联是彼此间沟通的方式,并且是主链追踪分片的方式,主链不会追踪每个分片中的每个区块,只会追踪交联。每个交联大概是
100 个左右为这个分片分配节点的签名
,并且在主链上确认这个分片节点的区块。这个验证节点有以下职责,首先,作为验证节点工作,做主链验证,并且验证主链上的每个区块,主链包括副联、交易以及对验证节点的奖励和罚款
。会验证两个节点的区块,时间更久做区块的生成。我们也可以经常在不同的分片中来回交换,做区块的确认,还有分片和主链之间的交联。作为验证节点,它必须要在分片上做区块的生成,主链区块的生成,并且确认分片上的区块已经交联。这些都是大家作为验证节点的主要责任,也是大家在一个分片系统当中主要的工作。在线正常运行的状况发出了应该发出的信息,所有都是正常的,这种情况下会发现其他的三分之二节点正常,就可以拿到利息,如果没有的话就拿不到利息。如果大部分其他节点都在线,会有一些小小的惩罚。第三种情况是最差的情况了,如果你有这个签名
,这个争鸣是错误或者有冲突,你可能是在线的,但签名
的信息是不正确的。当我说到你签的这个信息不对,我可以更深入的讲一下,但是现在我先不讲它为什么这样,但我只知道这个情况发生了。这种情况是你要攻击网络,或者你被黑了,如果有这样的情况发生,你会有一些惩罚,而这个惩罚是按比例的,这个比例是按照其他的在线签名的验证节点的比例做到的,也就是说你的罚款与其他犯错节点的罚款数量是成正比的。另外,如果你是无辜的,有这种情况出现是因为你被黑了,或者电脑有问题,或者数据有问题,这时你受的惩罚就会比较小。如果真的有攻击发生,需要非常多的验证节点,这时你的罚款
就会非常大。攻击系统的成本非常高,如果你作为个人的验证节点出现了问题,成本
是没有那么高的,是公正的。
这个机制希望激励大家做验证节点,也希望大家去设置时,能够更好的保护自己的机制,不要和其他的验证节点同时有不成功的感觉。比如你是一个高度去中心化的网络,不同的节点会在不同时间上线或离线,不同的节点会在不同的时间被黑。如果是一个去中心化网络,大家都有同样的权益池,所有人都用不一样的权益池,如果权益池被黑了的话,假设我们非常集中,所有人都会有非常高的罚款
。但是这就是说明要告诉大家的,不要跟大家用一样的权益池、不要跟别人用一样的VPS,如果你所有的节点都在这上面,就避免跟其他人撞车,一旦被黑了的话大家都赔很多钱,如果只有你一个人被黑的话也会损失
很大,所以大家不要跟其他人使用同样的系统,也不要跟其他人使用同样的客户端。这个机制是希望大家更好的去进行配置自己,不让网络同时有非常高的风险。现在假设大家已经拿到自己的奖励了,你希望能够把这个以太币提出来,该怎么做?私钥或提款地址其中的一个都可以触发取款过程,一旦触发了取款过程,验证节点会在大概
7 天左右关闭,你一旦退出了之后就要等待 4 个月,4
个月之后就可以提以太币了。最后,希望大家有个不错的验证体验!

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目前区块链平台最大的问题,可以用一个简单的类比来说明:

二十一世纪初,互联网的速度非常缓慢。当时如果你有一个博客,用户要访问它既费时又费钱。人们注意到这个问题,但同时也认识到了互联网的用处。为了解决此问题,很多人努力改进互联网的基础设施和设计。与此同时,人们还构建了更强大的硬件来运行这些互联网的设施。

由于这些改进,互联网变得更快,访问成本变得更低。以前,开发人员们只能创建单个网页。但现在,开发者可以在改进的基础设施上建立像脸谱网、谷歌和Twitter这样的网站。所有这些都是可能的,因为互联网的速度和容量得到了极大提升。

区块链技术也面临着类似的问题——缓慢而昂贵。

许多区块链公司都致力于构建可扩容的基础设施,从而使区块链平台在未来成为主流。一旦那一天到来,人们不仅可以使用区块链进行支付,还可以在其之上构建类似于谷歌和脸书的应用程序。

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在解释扩容问题之前,必须要先解释吞吐量的概念。假设你在火车站等车,每趟火车间隔一小时,只能做10个人。一旦火车满载,第十一名乘客只能等待下一趟。与这个做类比,乘客代表交易,比特币或以太坊这样常见的区块链平台每秒平均可以处理大约10次交易。

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相比之下,像VISA这样的支付公司目前平均每秒处理5000到8000次交易。任务处理的速率称为吞吐量。与Visa等支付平台相比,区块链平台目前的吞吐量非常低。

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现在假设你在同一个火车站,但这次还有另外一百人个想坐这列火车。火车来了,售票员看了看人群,说:“付钱最多的10个人可以上火车。”你因为赶时间,所以你就付了一大笔钱买票上火车。

由于区块链平台的吞吐量低,交易费用不断上升。例如,一笔10美元的交易在拥挤的区块链平台上很可能需要支付2美元的交易费用。因此,缓慢和高成本是互联网上的主流交易往区块链平台上迁移的巨大障碍。

为了提升区块链平台的主流接受度,这些平台需要进行扩容。区块链公司们为此提出了几种解决方案。

2.1增加区块大小

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第一种最直接的方法是增加区块大小。回到火车类比,这意味着将火车的容量从10人增加到20人。这样,火车就可以在特定时间内运送更多的乘客,减少车站的拥挤。

比特币当前的区块大小1MB,提高到2MB可以使其每秒处理量增加一倍。区块越大,每秒处理量就越高。

但这在实践中是有问题的,假设你将块大小从1MB增加到1GB,当你创建块时,必须将其传送给网络中的其他人,而网络无法快速处理庞大的文件。就像你使用电子邮件,当你上传一个大文件时,邮箱会不接受。这就是增加区块大小的毛病,不能超越某个临界点,所以这种解决方案的能力是有限的。

2.2链下解决方案

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第二种可能性是链下解决方案,比如比特币的闪电网络,以太坊的雷电网络,和Neo的本体网络。

在当前的情况下,每次交易处理,都必须得到网络中每个节点的验证。(节点是运行算法并处理交易的计算机。

例如,你想在一个月时间里每天从一个特定的咖啡店买一杯咖啡,咖啡的价格是1美元,但在网络上每天交易1美元是非常昂贵的,你不想为1美元的交易而拥挤整个网络。因此你和咖啡馆老板签了一个合同。合同规定,你每天都要付象征1美元的通证作为咖啡费。你向网络发送一笔交易来标记合同的开始,30天后再发送一笔交易来标志该合同的结束,合同结束后,咖啡馆老板可以在网络上把这30个通证交换为30美元。

因为这些是在区块链网络之外发生的私人协议,所以它们被称为链下解决方案。这种交易系统的缺点是,整个过程都集中在托管这些链下交易的服务器上,这些链下网络也是黑箱,其透明性和安全性是值得怀疑的。

2.3代理共识协议

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目前区块链网络上的处理速度是非常慢的,因为网络中的每个节点都必须参与处理。如果网络中有一千个节点,那么一千个节点都必须参与处理网络中的每笔交易。

如果一个社区里有1000个人,每个人都必须达成一致,过程不仅漫长,而且会非常混乱。相反,如果你从社区中选出10名代表,任命他们为社区的管理员,让这10个人投票,达成共识会更快和更容易。

类似的,您可以委托一组节点来运行协议并在事务上达成一致,代理节点的共识将代表社区的共识。

大多数可扩容的区块链项目都采用这种协议。为了进入治理联盟,社区成员必须登记兴趣并通过测试(称为权益证明或权威证明)。如果他们成功通过,将被授予加入治理联盟的权证并运行共识协议。

2.4分片技术

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分片技术是一种把网络分割成碎片的链上扩容方案,但分片不是数据库领域中的新概念。分片技术将大型数据库分成更小、更快、更易于管理的部分,称为数据碎片。

为了展示它的工作原理,现在假设你有一个包含五个步骤的问题。

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想象你在一个班级里有10个学生可以帮你这个问题,而且这个问题可以分成5个并行的步骤。于是你把班级分成5组,每组两人,每组解决一个子任务。

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一旦有小组完成了它的子任务,就会把信息传递给老师了,老师就会汇总五个组的所有答案,并将完整的答案传递给所有的组。这样,即使各个小组专注于他们的子任务时,并不知道其它组在做什么,但最终所有的参与者都会得到答案。

在这个例子中,学生是网络上的节点。班级就是网络中所有的节点,而小组则是分片。老师则代表了目录服务委员会,而它本身就是一个分片。

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如果把比特币网络比作一个教室,学生们必须自己解决每一步的问题,这要花费长得多的时间,而且每个参与者的负担也要大得多。

但是使用网络分片技术,如果你有10000个节点,通过工作量证明过程,它们将被随机分为10组,每个组被称为一个分片。每个分片处理一组不同的数据,并得出小组内一致同意的答案。然后,各分片将这些数据的摘要报告提交给一个名为目录服务委员会的分片,由它来统筹不同分片的数据摘要,并将它们组合起来形成一个更大的数据集,称为最终区块,最终区块的数据又会被返回所有分片。

从上面的分析可以看到,分片技术是一种去中心化的、安全的链上扩容方案,具有线性的扩容能力——也就是说,节点越多,得到的吞吐量就越大。

分片技术有两种类型:网络分片和状态分片,以太坊正在开发的技术是状态分片。两种技术的不同之处在于,在网络分片中,不是每个节点都必须处理每条信息,但是每个节点都必须存储网络中其它分片的信息;如果使用状态分片,每个节点都只存储它们自己处理过的信息子集,虽然这减少了每个节点的负担,但分片之间的互通会变得复杂。

部署一个简单版本的分片很容易,但是要正确且安全地运行很难,这就是为什么现在很少的团队研究它。与最简单的解决方案相比较,增加区块容量只需调整一个参数——区块大小,然后吞吐量就增加了。但是当引入分片技术时,需要考虑的事情就非常多。

如何合理地划分小组成员?如何分配任务?所有这些都给系统带来了复杂性。但如果做得正确,系统将是分布式的、安全的,并且有线性的扩容能力。

对于比特币和以太坊这些的区块链平台来说,这个问题还不严重,因为它们的吞吐量很低。比特币和以太坊每秒处理10笔交易,按目前的速度,一年内的所有交易数据将达到几GB。

但是,当我们每天处理数亿笔交易时,数据就会爆棚。为了存储所有这些数据,我们必须找到更好的存储解决方案,这不是网络分片可以直接解决的。

内容来源:区块链兄弟

译者:greatandrew

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