【分分三分快3网址】重塑区块链的可扩展性:状态和时间的分离

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声明:本文来自于微信公众号蓝狐笔记(ID:lanhubiji )分分三分快3网址,授权站长之家转载发布。

前言:关于区块链的可扩分分三分快3网址展性,朋友有各种共识机制的优化,比如Tendermint,完正都是分片模式等,而新的方案将时间和情況更新进行解藕,提出了异步外理的交易的外理方案,它能重新定义区块链的可扩展性吗?让朋友看看未来会处于那些吧。本文作者Ryan Gentry,由“蓝狐笔记”的“SIEN”翻译。

未来的一两年,会有统统智能合约平台面市(ETH2.0、波卡、Dfinity、Near、Algrorand、Kadena、Spacemesh、Solana)每个团队完正都是寻求与众不同的扩展性策略。(蓝狐笔记译注:一块儿已发布就是少,比如Harmony、EOS等)。

不过,那些最好的土办法 中的大多数都只能外理拜占庭环境中分布式计算系统的有有4个基本疑问:时钟疑问。为了取得共识,网络中大慨51%的机器要能 以相同的时间和相同顺序执行同一交易。为实现三种点,机器要能 就全局一致的时钟达成一致。

让许多互不信任的机器在拜占庭环境下就全局时钟达成一致,“时钟疑问”是面临挑战的。一旦每每个人 就全局时钟达成一致,交易排序就会变得简单统统,肯能每个交易都使用相同的全局时钟加在时间戳。

在现代加密时代过后,在许多大规模网络中,时钟疑问肯能凸显出来,尤其是在无线通信领域。手机信号塔要能 一块儿支持数以万计的手机。这因为 只能足够的传分分三分快3网址输速率来让每部手机都按我每每个人 的无线电频率进行传输。否则 ,电信公司要能 “多重接入技术”,以在同一频率可不需要要能拨打多个电话。

二战时期伟大的发明了码分多址的技术,也就是CDMA。为了外理时钟疑问,CDMA要求每部电话用唯一密钥对其数据进行加密,并与许多电话一块儿在哪几个频率上传输数据,依靠发射塔将组合信号分为单独的呼叫。三种模式传输速率的优化与加密模式的简化性同步。对于要实现大规模采用的网络来说,它要能 支持廉价低端设备,而三种优化的传输速率显得缓慢而稳定。

从2G网络诞生以来,通过实施六时多址(TDMA)技术,电信公司肯能实现加快传输速率的传输速率提升,TDMA肯能成为外理时钟疑问的标准外理方案。TDMA指定那些发射塔,将每个无线电频率划分为时间段,并把那些时间段分配给每个电话呼叫。

以此,发射塔为网络提供全局可用的时钟。通过让每个频率支持多个一块儿进行的数据信道,并减少同一时间在相同频率上多个电话广播的干扰,这在有限的传输速率上大规模提升了可扩展性。

在这篇文章中,我将探索不同区块链在拜占庭环境下怎么才能 才能 应对时钟疑问。最后,我将论分分三分快3网址证,构建出最有效时钟的区块链将能成功分离时间和情況,要能在安全和去中心化的最好的土办法 下实现扩展,以支持数百万计用户。

有时钟的去中心化共识

Google的Spanner数据库是全世界性能最好的全球分布式数据库之一,有 18 个实例,其所有交易外理都同步。它支持500,000+TPS,最终性在 1 秒以内。Spanner利用了Paxos共识算法,该算法首次发布于 1989 年。Spanner是有有4个要能 许可的可信数据库。Paxos允许Spanner在面临停电、服务器故障、恶意错误以及无数许多故障时,依然可不需要能运行。

当如今吞吐量最高的区块链仅有 21 个实例,还在挣扎虽然现5,000+TPS时,Paxos是怎么才能 才能 实现原本 的性能的?Google有全职的工程师维护,定期到每个数据中心同步原子时钟,达到很高的精度。

提供全局可用的可信时钟允许对交易加在时间戳,原本 ,每个实例可不需要能不需要按顺序接收交易,但却能以正确的顺序来外理它们。这就是对时间和情況进行了分离。肯能每个实例完正都是更新情況,而暂且检查其对等节点以确保它们以相同的顺序外理相同的操作。

可不需要能从Spanner中学到那些?肯能在非拜占庭环境下有全局可用的时钟,只能达成共识是很容易的。

不幸地是,当今的智能合约平台还有有4个额外的限制是Spanner所只能的:

1.为保证平台有抗审查能力,成为验证者是暂且许可的

2.即使多达1/ 3 的节点是恶意的,区块链就是需要 保证用户的资金安全

肯能任何人都可不需要能在全球的任何地方启动验证者实例,只能,共识算法的设计要能 要能包容不同的硬件和网络配置,以及要能 管理恶意节点。此外,为了真正具有抗审查能力,只能信任带外信息(也就是Oracle疑问)。

在Paxos伟大的发明 20 年过后,有人想出了在暂且许可的计算网络中怎么才能 才能 就规范的交易顺序达成共识。三种人就是中本聪,而外理的方案就是PoW共识。

PoW+时间链=时钟

值得注意的是,中本聪的预发布比特币代码实际上将朋友熟悉的区块链数据底部形态称为“时间链”。三种时间链设计为平均每 10 分钟滴答一次(通过巧妙地将PoW、难度调整和最长链规则结合在一块儿),其中每次滴答都以更新全局情況的交易区块的形式出现。

在节点执行有有4个交易区块过后,它会锁定,不做任何情況更新,直到它产生我每每个人 的有效新区块,或接收到来自网络的有效新区块。在PoW中,时间和情況耦合在一块儿,老要一致行进。只能情況更新,时间就无法推进。

关于那些让区块“有效”是有有4个争论激烈一段话题。交易格式和区块大小在要能 考虑的多个方面中就是其中的3个而已。然而,有有4个方面只能争议,有效区块要能 所含前有有4个区块的哈希,便于网络知道将它倒入时间链中的前有有4个区块过后。

(区块链中的每个区块都所含前有有4个区块的哈希,作为在它过后的证据)

时间链的目的是外理里边提到的要求:成为验证者是暂且许可的。验证比特币网络当前情況算是有效的唯一最好的土办法 是从创世区块的情況刚开始英分分三分快3网址语 ,执行从创世区块到当前情況的每个交易。时间链为新验证者提供审计轨迹,它是通过证明区块淬硬层 12 中的交易处于并要能 在区块淬硬层 11 的区块交易过后执行来提供的。

肯能区块 12 要能 所含区块 11 的哈希,区块 12 只能在区块 11 过时会能被创建。哈希的时间链产生逻辑的、单调的、虽然不规则且完正都是非常精细的时钟,网络中的任何验证者都可不需要能独立地验证而暂且任何带外信息。

在开放、暂且许可的环境中,生产三种全局可用且可信的时钟,是中本聪最伟大的创新。肯能全局情況被锁定,直到全局时钟滴答一下,产生新块。否则 ,可扩展性的数学很简单:

吞吐量 [TPS] = 区块大小[每区块的txs ] / 区块时间 [每区块秒]

为了提高吞吐量,协议要么增加区块大小,要么减少区块时间。增加区块大小不能助 区块生产者的去中心化,减少区块时间会增加链分叉概率。

这是肯能时间和情況是耦合的,统统只能最好的土办法 外理三种疑问。

回到无线通信的例子,可不需要能将三种疑问跟CDMA进行比较。CDMA中,无线电塔有可不需要能监听的固定频率传输速率,相似似于区块生产者具有能外理的固定的区块大小。

增加CDMA的可扩展性因为 创建更多简化的编码方案,以在有限的传输速率内容纳更多的电话呼叫。相似似于Segwit隔离验证,闪电网络,Schnorr签名,它们是更简化的编码方案,可不需要能提高性能。

比特币有1MB的区块,区块时间为 5000 秒,最小的交易大小为2500B,理论上最大的吞吐量为7TPS。(蓝狐笔记注:1024*1024/2500/5000=6.99,约等于7)

与Spanner相比,这因为 ,比特币的吞吐量降低了 7000 多倍,比TTF慢了 35000 多倍(肯能它需大慨 6 个区块的时间来达成概率上不可逆转的最终性)。

显然,比特币还有改进空间。

PoS+时间链=加快传输速率的时钟

比特币的增长带来了共识算法研究的复兴。CAP定理他不知道们,在网络分区的情況下,分布式数据库系统要能 在一致性(网络停止)或可用性(网络分叉)之间做选着。中本聪的算法是第有有4个暂且许可、BFT共识算法,所有那些算法选着可用性优先于一致性。在中本聪家族所含统统共识算法。

Leslie Lamport的Paxos算法是经典共识算法家族的第有有4个,它更青睐一致性而完正都是可用性。

在Paxos和来自经典共识算法家族的统统许多算法中,参与共识的每个节点要能 与网络中的每个许多验证节点就每个情況更新同步沟通。这使得通信简化度为O(n^2)(其中n是验证者数),这因为 每个情況更新之间所需的时间会随着验证者的增加而呈指数级增长。

Jae Kwon和Ethan Buchman是最早从事 20 年经典共识研究的人,并将它跟加密经济激励底部形态结合,称之为Bonded Proof of Stake,以安全地限制验证者数。朋友的工作成果是经典共识家族中第有有4个高性能、暂且许可的BFT共识算法:Tendermint。

Tendermint跟中本聪共识一样,它捆绑了时间和情況更新,否则 ,要么增加区块大小,要么减少区块时间,吞吐量才会增加。比特币在 5009 年诞生时,大慨 10 分钟的区块时间是合理的。不过,从那时到现在,传输速率肯能实现指数级增长,这让Tendermint可不需要能实现将区块时间缩短到几秒钟。

肯能Tendermint更青睐一致性,分叉是不肯能的。区块时间可不需要能减少,直到某个给定验证者数的网络吞吐量达到系统性能瓶颈的极限。如今,Tendermint允许网络安全地将其验证者数限制为5000,原本 就可不需要能过滤掉那些传输速率差的节点,并允许有更大的区块。

Tendermint正在运行中。Cosmos Hub是第有有4个上线的Tendermint实例,它的区块时间为 6 秒,区块大小为5000kb,允许最大的吞吐量为5000TPS(假定单个交易 2500 字节)。然而,它才哪几个月的历史,它会越来飞快走向性性心智心智心智成长期 是什么是什么图片 图片 图片 。

有有4个Tendermint网络,肯能 5 秒的出块时间,5MB的区块大小,它理论可不需要要能达到4,000TPS(蓝狐笔记注:(5*1024*1024)/2500/5=4194.4,大慨在4,000TPS),一块儿跟比特币比较,在抗审查和暂且许可方面牺牲最小,尤其是考虑到它有 570 倍的吞吐量增长,和 720 倍TTF的减少。

不幸的是,肯能经典共识算法的同步属性,匹配的Spanner会对系统的抗审查属性和暂且许可属性产生不利的影响。更大的区块将不可外理地花费更长的时间在网络内进行传播,否则 验证者就是需要 更长时间来进行验证,原本 一来,出块时间就设定了有有4个下限。

为提高时钟传输速率,验证者数量要能 大幅减少,否则 它们都要能 直接连接到同一光纤网络。这将增加验证者共谋的肯能性,也增加了新验证者的进入门槛,并使得光纤网络的运营商成为有有4个中心点。

区块链共识的下一代演化为时间和情況的解藕迈出了重要的一步,在吞吐量上获得了巨大的提升,但一块儿也付出了巨大的成本。

分片+时间链=独立时钟

有了BPoS,Tendermint将抗审查性和验证者数进行了解绑,这允许网络时钟滴答一次的时间从 5000 秒变为 5 秒,从而大大提升了性能。不过,在时钟滴答之间,整个全局状仍然是锁定的,以维持全局一致的情況。

缓解此疑问的三种最好的土办法 是将全局情況分为一堆较小的片段,每个片段有我每每个人 的独立时钟,可不需要能相互独立推进交易。(蓝狐笔记注:也就是分片)我希望那些分片不需要能 彼此之间进行交互,每个分片的性能维持不变,否则 所有分片的累计吞吐量会随着分片数量的增加而线性增加。

Cosmos设想并行处于统统独立的区块链网络,它们之间能相互传递价值,但大多数交易在我每每个人 系统内进行。肯能每个网络可不需要能外理4,000TPS,有 13 个独立的网络,系统整体就可不需要能超越Spanner的性能,达到52,000TPS。然而,三种最好的土办法 处于有有4个疑问:

1.PoS区块链的安全性是通过获得33%的质押代币和批准无效交易的成原本 衡量的。肯能完正都是单个代币供应,有 13 个单独的网络,只能获取给定网络的33%质押代币的成本将大大降低。这不仅远算不上安全,否则 还严重损害了区块链的价值主张,其中安全性是网络价值的属性。

2.与网络内传输相比,用于网络间传输的TTF增加大慨 4 倍。网络要能 来回通信以同步它们的时钟,否则 保证肯能Alice在给Bob发送代币,只能,Alice的代币在她的网络上被烧毁过后,Bob成功地在他的网络中收到价值。

虽然Cosmos构想了有有4个有统统独立网络的世界,那些网络管理自身安全,但,以太坊2.0、波卡、Algorand等正在构建系统以外理里边提到的共享安全疑问。(蓝狐笔记注:Harmony的分片也在外理分片的安全疑问,有我每每个人 独有方案,具体可不需要能参考:《Harmony区块链的分片扩展之路》)

每个团队的外理方案都处于细微差异,但基本架构涉及单个信标链,它为网络的其余每段提供时钟,一块儿,在跨分片间安全地对验证者进行重新洗牌,由此,它们可不需要能共享有有4个一块儿的安全池。跟Cosmos相似,增加吞吐量很容易:只要能 增加更多分片。

(以太坊2. 0 的单链和分片情況)

不幸的是,第3个疑问,也就是网络间传输的高TTF疑问,仍然处于。即使信标链可不需要能提供全局时钟,每个分片仅是周期性地将本地时钟与信标链同步。为了让Alice从分片A发送代币给分片B的Bob,分片A的验证者要能 证明,在分片B中的验证者挖掘出同等数量的代币给到Bob过后,朋友肯能烧毁了Alice发给Bob的代币。按照以太坊2. 0 的当前设计,该过程将花费 6 分钟,是跨分片区块时间的 500 倍。

虽然分片能有所帮助,但基本的扩展性限制依然是可预见的,肯能每个分片的时间和情況更新是耦合的。考虑到区块大小和区块时间,每个分片依然受制于Tendermint所面临的相同的限制。

分片相似于TDMA的许多元素;情況被划分进入有我每每个人 独立时钟的单独分片,其最好的土办法 跟发射塔将其传输速率划分为独立无线电频率和时间段的最好的土办法 相当。三种做法好处明显,但并只能充分利用,比如跨分片处于延迟要能证明三种点。

否则 ,肯能在有有4个暂且许可的环境中将时间和情況更新完正解藕呢?

将时间和情況分离

迄今为止,朋友讨论了中本聪怎么才能 才能 创建时间链数据底部形态,为比特币网络提供有有4个去信任(trustless)的时钟;讨论了Kwon和Buchman怎么才能 才能 将BPoS应用到Paxos共识算法,以安全地减少验证者数并加速Tendermint的网络时钟;也讨论了将网络划分为多个具有独立时钟的分片,这可不需要能极大提高吞吐量(我希望跨分片交易最小化)。

然而,那些进展的每有有4个,它们的情況更新和时间仍然是耦合的,情況更新仅与其网络时钟的滴答一块儿处于,否则 这对如下方面产生了根本限制:吞吐量、用于抗审查的最终性时间、暂且许可的计算网络。

将时间和情況分离要能 全局可用的时钟,它要快速、精确以及信任最小化。有了原本 的全局时钟,情況更新可不需要能持续且异步进行,正如在Spanner做的那样。我希望每我每每个人 都同意全局时钟,否则 交易加在时间戳,交易就可不需要能在网络间持续流动。

Solana通过将基于哈希的时间链与情況更新进行分离,为其智能合约平台构建信任最小化时钟。它完正都是将每个区块的哈希链接在一块儿,就是其网络中的验证者持续在区块内对那些哈希三种进行哈希。三种机制,称为PoH(Proof of History),它为网络中的所有节点产生全局可用、信任最小化的时间链。

(PoH怎么才能 才能 将标准化的时间戳编织到区块链中)

独立时间链的处于允许领导者在收到时间戳交易时尽快地广播给委员会。时间戳提供规范顺序,而完正都是由区块生产者任意选着的顺序。双花疑问现在很容易外理,肯能整个网络要能就交易先后顺序达成一致。

这改变了一切。

为验证时间推移,完正都是强迫验证者每6- 5000 秒达成共识,Solana中的验证者要能实时向它们的对等节点持续发送情況更新。

完正都是要能 等待的图片 收听来自许多每个节点的确认(许多的区块链完正都是只能),Solana可不需要能使用新型的扇出(fan-out)机制来保持通信的简化度为O(log(n)) 而完正都是O(n^2),它被称为Turbine,也是受BitTorrent的启发。这使得Solana要能在单一全局情況下外理超过500,000TPS,一块儿具有快速的最终性,还也暂且分片。

这因为 ,验证者池大小跟Tendermint相当,数量级为5000- 50000 个,否则 允许链分叉。要能 积极的分叉管理政策,以确保我希望链分叉出现系统就会快速合并到单一链上,这是异步多多线程 运行运行和持续可用性的必要权衡。

将无线通信虚实结合 为完正的循环,PoH对于区块链的意义,就好比TDMA对蜂窝网络的意义。将Solana的 50000 个验证者看作为无线电发射塔,利用它们的同步时钟来将其传输速率细分为各个时间段。

朋友持续不断地收到最新的交易,每个交易完正都是发送者附加的签名过的PoH哈希,并将其转发给邻居节点,它们可不需要能立即使用那些PoH哈希对那些交易进行排序。

肯能领导者的轮换是基于全局时钟的,每个领导者选着一组有序的交易来执行,并将“entry条目”八卦给网络。验证者返回朋友对每个“条目”的投票,当朋友看一遍2/ 3 的多数验证者赞一块儿,确认交易的最终性。

网络作为有有4个整体,持续不断处于理交易,且以很高的容量外理相同顺序的交易。否则 ,每个验证者完正都是独立外理的。相比于许多区块链,这是有有4个微妙而深刻的改变。在Solana,验证者永远不需要停止外理交易,且不管其网络条件和共识怎么才能 才能 。

还有许多完正都是很糙要的相关疑问,相似快速链增长、新的编程模型、时间链的不偏性、并行性等,三种新设计还有统统超出本文范围的疑问,那些在Solana文档中完正都是解答。当前Solana在 5 个大洲的 500 个验证者构成的测试网络上,外理交易超过500,000TPS,平均TTF为1. 5 秒。这基本可不需要要能媲美Spanner,不过,它更有实质意义的去中心化。

在有有4个信任最小化、暂且许可的世界计算机中达到三种水平的性能是肯能的,这是肯能Solana将时间和情況分离。Solana网络的全局可用时钟允许每个节点更新情況时暂且跟许多任何节点通信,就像Spanner一样。

重塑可扩展性

尽管加密社区写了不少关于可扩展性和共识模型的内容,但还只能人专门探讨分布式时钟疑问。经过多年的PoS研究,最终将Tendermint+BPoS作为最佳成果,否则 统统分片方案基本上围绕信标链+情況分片架构,而允许异步情況更新的有颗粒度的时间链将为非分片系统提供最好的性能,相对于一致性,那些系统更青睐可用性。

提供全局可用时钟允许Solana团队要能利用 40 多年的分布式系统研究,否则 那些研究将无法应用。像OCC(Optimistic Concurrency Control,乐观并发控制。蓝狐笔记注:名叫乐观锁)原本 的概念,是在 1981 年伟大的发明的,多年来老要应用于大型计算项目,但当时间和情況要能 一块儿推进时它就无法被应用。

从 1995 年以来,用GPU的并行外理老要处于。但直到Nvidia于 5007 年发布CUDA开发环境过后,它基本上仅限于显卡。然而,无法被区块链系统充分利用,区块链系统悲观地锁定所有情況,只能正在外理交易的账户除外。

理解时间的流逝对于理解许可的和暂且许可环境下的分布式系统的性能至关重要。时间就是一切,通过PoH(Proof of History)的形式来编码时间流逝的新最好的土办法 ,暂且许可的系统要能媲美经过验证的中心化的云计算提供的性能。