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以太坊的扩展状态
ConsenSys于2018年4月24日发布关于扩展以太坊网络的挑战和解决方案的简明概述2018年4月24日发布
以太坊开发人员早就知道扩展网络是一个值得讨论和投资的主题。但是，直到2017年底，名为CryptoKitties的去中心化应用程序（dApp）吸引了如此多的流量，这才开始使网络变慢。除了网络延迟之外，汽油价格（即在以太坊区块链上在合约中运行每个操作所需的费用）随着用户竞争其交易以验证交易价格而飞涨.
尽管这个故事现在已经被过度报道和穷尽了，但是CryptoKitties的情况显示，以目前的状态，以太坊可能无法为成功启动dApp所需的流量做好准备。缓慢的速度和易变的使用成本使人们远离平台和应用程序。 DApp开发人员正在充电以发布第一个被广泛采用的应用程序，因此以太坊开发人员必须继续努力扩展区块链.
“三难”
区块链技术的一种理论是，网络只能支持以下两项：安全性，分散性和可扩展性。以太坊开发人员一直在寻求维持区块链的核心原则（去中心化和安全性），同时扩展其规模以广泛采用和实施的过程中，这种“困境”（众所周知）成为了以太坊开发人员的挑战。例如，一些针对可伸缩性的更直接的修复程序会严重影响安全性或分散性：
- 指某东西的用途 山寨币 是解决可扩展性问题的一种理论解决方案。选项是放弃所有交易都发生在一个区块链上的想法，而是采用一种模型，其中多个山寨币共存，所有山寨币都在单独的区块链上运行。减少的每个区块链的流量将使这个区块链星座得以扩展。但是，由于每个区块链上的节点数量减少，每个区块链更容易受到攻击和恶意用户的攻击。因此，使用山寨币可保持分散性并改善可伸缩性，但会严重影响安全性.
- 增加块大小 是解决可扩展性问题的另一种理论解决方案。如果以太坊社区投票赞成增加每个区块的大小，那么所有节点仍然可以执行所有操作，但是可以在相同的时间内执行更多的交易，从而加快了网络速度。但是，使用较大的块大小时，每个事务都需要更多的能量，并且越来越少的节点将能够消耗该数量的能量。结果将是将来由少数超级计算机维护网络，并具有验证每个块所需的巨大处理能力。因此，增加的块大小可保持安全性并提高可伸缩性，但会严重降低网络分散程度.
区块链开发的主要关注点是安全性和去中心化。因此，可伸缩性的主要障碍是每个节点当前必须处理每个事务。尽管毫无疑问是安全和分散的，但此过程并没有很大的可扩展性增长空间。因此，问题就变成了我们如何设计以太坊，使其能够在不损害安全性和分散性的前提下进行扩展?
正在开发中的四个主要协议将解决可伸缩性问题。专门提出了分片，等离子和雷电来帮助以太坊扩展。第四种协议Casper的范围更广，但将在其他众多协议的基础上带来可扩展性.
分片
分片是一种扩展方法，可在原始区块链上维护所有交易，因此被称为“链上”解决方案。分片解决了以太坊上的所有事务都是顺序的问题，因为每个节点都必须处理每个事务。分片允许操作彼此同时运行，因此增加了整个区块链每秒可处理的事务数量。通过分片，以太坊网络被分为多个节点组。这些组中的每一个都是一个分片，并且每个分片都处理该组中发生的所有事务。这允许所有分片同时处理不同的事务
在每个分片中，称为“整理器”的某些节点会定期创建“分页”或有关该分片的一组信息。每个排序规则包含以下信息：
- 有关排序规则来自哪个分片的信息.
- 应用事务之前有关分片状态的信息.
- 有关事务处理后分片状态的信息将被应用.
- 来自整理者中的1/3的数字签名验证了整理中的信息
在整个网络中，每个分片的归类被汇总到一个块中，并添加到以太坊区块链中。因此，分片允许这些节点组处理和验证交易，而添加到区块链的唯一信息是在归类中找到的稀释信息。例如，如果有十个分片，每个分片处理五笔交易，那么下一个区块将包括区块链上五十笔交易的记录，而不是只有几个按顺序运行交易.
分片出现两个问题。首先，每个分片必须包含足够的节点以确保网络安全。如果一个分片包含的节点太少，则可能有1/3的收集程序受到威胁并开始恶意地行动。其次，没有简单的方法来处理在两个分片之间而不是仅在一个分片之间发生的交易（一个完整的区块链不存在此问题）。当前的方法需要一系列麻烦的收据和证明.
等离子体
等离子是另一种扩展方法，可在链外（即不在主要的以太坊区块链上）处理交易。等离子允许许多区块链（称为“子链”）源自原始区块链（称为“根链”）。因此，每个子链可以依赖于根链的基础安全性来处理和维护自己的交易记录。对于Plasma，根链是所有子链上发生的计算的全局执行者。但是，只有在其中一个子链中发生争执时，才需要计算根链。该方法允许整个子链网络划分区块链上的所有交易，以最佳地优化速度和效率。如果子链上的节点需要，他们可以提交退出交易并将其交易记录导出到根链.
这种方法具有一种特殊的优势。每个等离子链可以具有自己的质量和标准集。这意味着不同的子链可以支持具有不同要求（即隐私）的交易，而所有子链仍在同一安全的生态系统中发生.
雷电
Raiden是另一种链下扩展解决方案，它允许节点维护它们之间的记录，而无需根链验证每笔交易。两个节点可以在它们之间打开一个“状态通道”，这是用户之间的双向通道。 “消息”（以事务的形式）出现在两个节点之间，并由各方签名以确保不变性。 Raiden对于经常性的和预期的付款特别有用。例如，知道他们将每周向公司支付10美元的服务的用户，或者知道会定期在当地杂货店消费的用户。通过在这两个节点之间而不是在每个块上记录和验证事务，根链可以释放大量流量。任何时候，状态通道中的任何参与者都可以选择关闭交易，所有交易的最终结果都将导出到根区块链，并包含在下一个区块中。这意味着，在订阅了每周10美元的服务一年之后，用户可以让该区块验证一笔520美元的交易，而不是52次单独的10美元的交易.
Raiden解决方案附带一项主要警告和一项主要好处。需要注意的是，节点只能与它们的“邻居”进行通信-意味着如果节点A和节点B的状态通道已打开，节点B和节点C的语句通道已打开，则节点A无法将资金直接发送到节点C。但是，交易可以通过渠道转发，这样一来，交易就不会被窃取或锁定。节点A可以通过使用节点B作为中介来向节点C发送交易，以使节点B不可能窃取资金。作为主要收益，雷电大幅度降低了每笔交易的汽油价格。与根链上发生的事务相比，节点之间发生链外事务的处理所需的气体更少.
卡斯珀
Casper是一种协议，通过该协议，以太坊当前的工作量证明（PoW）模型将变为权益证明（PoS）。使用PoW，矿工当前必须消耗能量才能求解密码方程式并开采一个区块。如果他们解决方程式，他们会得到回报，但是这个过程需要巨大的能量（并且将继续需要越来越多的能量）。这不仅成本高昂而且能源效率低下，目前每年要花费12亿美元来维持PoW模型.
在PoS中，“验证者”代替了矿工，他们“验证”（而不是我的）区块到区块链上。验证者不是将精力花在某个区块上，而是将其资金投入到某个区块上。验证拥有最多资金的区块，并将其添加到区块链中。本质上，验证者“押注”某个特定区块将通过将其资金锁定在合约中而被添加到链中，直到添加下一个区块为止。如果他们将赌注放在正确的方块上，就会得到奖励。如果他们通过尝试用不正确或损坏的信息来验证区块而进行恶意行为，则会损失资金.
从概念上讲，这种转变应该保护区块链免受恶意攻击。使用PoW，对区块链的失败攻击会浪费攻击者的时间和精力。使用PoS，对区块链的失败攻击将直接导致用户损失资金，因为他/他立即损失了错误区块上的所有资金.
在最终推出Casper之前，将先进行两次协议迭代：Casper FFG和Casper CBC。这些迭代将部署在以太坊上，以便在完全切换之前测试网络上的PoS并识别潜在问题.
卡斯珀FFG
Casper FFG（Friendly Finality Gadget）将是Casper的第一个版本，可能在以太坊的下一个硬分叉君士坦丁堡期间发布。在Casper FFG中，仍然使用PoW来开采区块。但是，每隔五十个区块，验证程序就会介入以测试PoS机制。该“检查点”使用PoS协议评估和确认最终确定性。终结性意味着操作是完整的并且是完全不变的。在FFG中，验证者通过注资来最终确定链中的前50个区块.
卡斯珀CBC
Casper CBC（按构造校正）将是Casper的第二次迭代。通常，正式规定一个协议，然后证明它满足所有给定的属性。对于CBC，仅部分指定PoS协议，然后对其进行进一步微调，以满足其要遵循的特性。从本质上讲，不是从一开始就对协议进行全面定义，而是积极而不断地衍生出该协议。这可以通过实施称为“理想对手”的证明来实现，该证明可以引发协议的异常，错误和将来的失败。.
最终的Casper协议很可能会结合FFG和CBC的经验进行部署。该协议的范围不仅限于可扩展性，还包括能源和安全性方面的改进。但是，在链上添加一个块所需的每个节点的能量更少，这意味着该网络将改善当前的可扩展性难题。尽管Casper并不是专门为解决扩展问题而开发的，但它肯定会对网络处理更高流量的能力产生积极影响。.
往下看
上面的四个建议不是互相排斥的-它们可以并且很可能都将在一定程度上被实施以帮助以太坊网络随时间扩展。在2018年，扩展将是以太坊开发人员的头等大事。随着越来越多的流行dapps的开发和发布，我们将看到可用的扩展选项不断进行微调，以使以太坊能够充分发挥其潜力.
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