以太坊十岁了——是时候摆脱三难困境了

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coindesk
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15小时前

去中心化系统,如电网和万维网,通过解决通信瓶颈实现了扩展。区块链作为去中心化设计的胜利,应该遵循同样的模式,但早期的技术限制使许多人将去中心化等同于低效和缓慢的性能。

随着以太坊在今年七月迎来十周年,它已经从一个开发者的游乐场演变为链上金融的支柱。随着黑石和富兰克林邓普顿等机构推出代币化基金,银行推出稳定币,现在的问题是它是否能够扩展以满足全球需求——在这里,重负载和毫秒级的响应时间至关重要。

尽管经历了这些演变,但一个假设仍然存在:区块链必须在去中心化、可扩展性和安全性之间进行权衡。这种“区块链三难困境”自以太坊创世区块以来就影响着协议设计。

三难困境并不是物理定律;它是一个我们终于学会如何解决的设计问题。

可扩展区块链的现状

以太坊联合创始人维塔利克·布特林 指出 区块链性能的三个属性:去中心化(许多自主节点)、安全性(抵御恶意行为的能力)和可扩展性(交易速度)。他提出了“区块链三难困境”,建议增强两个属性通常会削弱第三个,尤其是可扩展性。

这种框架塑造了以太坊的发展路径:生态系统优先考虑去中心化和安全性,致力于在数千个节点之间构建稳健性和容错性。但性能却滞后,区块传播、共识和最终性存在延迟。

为了在扩展的同时保持去中心化,一些以太坊上的协议减少了验证者的参与或 分片网络的责任;乐观汇总 将执行转移到链外,并依赖欺诈证明来维护完整性;第二层设计旨在将数千笔交易压缩为一笔提交到主链的交易,减轻可扩展性压力,但引入了对受信节点的依赖。

安全性仍然至关重要,因为金融风险在上升。故障源于停机、合谋或消息传播错误,导致共识停止或双重支付。然而,大多数扩展依赖于尽力而为的性能,而不是协议级别的保证。验证者被激励提升计算能力或依赖快速网络,但缺乏交易完成的保证。

这为以太坊和整个行业提出了重要问题:我们能否确信在负载下每笔交易都会最终确认?概率方法是否足以支持全球规模的应用?

随着以太坊进入第二个十年,回答这些问题对依赖区块链提供服务的开发者、机构和数十亿最终用户至关重要。

将去中心化视为优势,而非限制

去中心化从来不是以太坊用户体验缓慢的原因,网络协调才是。通过正确的工程设计,去中心化可以成为性能优势和扩展的催化剂。

一个集中指挥中心的表现优于一个完全分布式的中心,这似乎是直观的。难道有一个无所不知的控制者监督网络不是更好吗?这正是我们希望澄清假设的地方。

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这种信念始于几十年前麻省理工学院梅达德教授的 实验室,旨在使去中心化通信系统在理论上达到最优。今天,随着 随机线性网络编码(RLNC)的出现,这一愿景终于可以在规模上实现。

让我们深入技术细节。

为了应对可扩展性,我们必须首先了解延迟发生的地方:在区块链系统中,每个节点必须以相同的顺序观察相同的操作,以观察从初始状态开始的相同状态变化序列。这需要共识——一个所有节点就单一提议值达成一致的过程。

像以太坊和索拉纳这样的区块链使用基于领导者的共识,设定了节点必须达成一致的预定时间段,我们称之为“D”。如果选择的D过大,最终性会减慢;如果选择的D过小,共识会失败;这在性能上造成了持续的权衡。

在以太坊的共识算法中,每个节点通过一系列消息交换尝试将其本地值传达给其他节点,采用的是Gossip传播。然而,由于网络扰动,如拥堵、瓶颈、缓冲区溢出;一些消息可能会丢失或延迟,甚至可能会重复。

这些事件增加了信息传播的时间,因此,达成共识不可避免地导致较大的D时间段,尤其是在更大的网络中。为了扩展,许多区块链限制了去中心化。

这些区块链要求在每个共识轮次中,来自一定阈值参与者的证明,例如三分之二的股份。为了实现可扩展性,我们需要提高消息传播的效率。

通过随机网络线性编码(RLNC),我们旨在增强协议的可扩展性,直接解决当前实现所施加的限制。

去中心化以实现扩展:RLNC的力量

随机线性网络编码(RLNC)不同于传统的网络编码。它是无状态的、代数的,并且完全去中心化。每个节点独立地混合编码消息,而不是试图微观管理流量;然而,结果是最优的,就像一个中央控制器在协调网络一样。已经在数学上证明,没有任何集中调度器能够超越这种方法。这在系统设计中并不常见,这正是这种方法如此强大的原因。

RLNC启用的节点不是转发原始消息,而是使用有限域上的代数方程将消息数据划分并传输为编码元素。RLNC允许节点仅使用这些编码片段的子集来恢复原始消息;不需要每条消息都到达。

它还通过让每个节点将接收到的内容混合成新的、独特的线性组合来避免重复。这使得每次交换更具信息性,并对网络延迟或丢失具有更强的韧性。

随着以太坊验证者通过OptimumP2P(包括Kiln、P2P.org和Everstake)测试RLNC,这一转变不再是假设。它已经在进行中。

接下来,基于RLNC的架构和发布-订阅协议将接入其他现有区块链,帮助它们以更高的吞吐量和更低的延迟进行扩展。

呼吁新的行业基准

如果以太坊要在其第二个十年中作为全球金融的基础,它必须超越过时的假设。它的未来不会被权衡所定义,而是由可证明的性能所决定。三难困境不是自然法则,而是旧设计的限制,而我们现在有能力克服这一限制。

为了满足现实世界采用的需求,我们需要设计以可扩展性为首要原则的系统,支持可证明的性能保证,而不是权衡。RLNC提供了一条前进的道路。在去中心化环境中,RLNC提供了基于数学的吞吐量保证,为一个更高效、响应更快的以太坊奠定了良好的基础。

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