資訊專欄INFORMATION COLUMN
摘要：區塊鏈水平擴容的基本思想是將單根區塊鏈的狀態劃分為多條區塊鏈狀態。通過增加網絡中片的數量，整個區塊鏈網絡的吞吐量將會線性增加。的宗旨是通過以分片為代表的水平擴容技術，建立一個人人可用的區塊鏈底層公鏈。
目前，公鏈極低的交易處理能力（TPS）為人們便捷的使用區塊鏈帶來很大的麻煩。例如：比特幣網絡只支持6到7個TPS，而以太坊目前只能處理大約15 TPS，而中心化支付系統的代表：支付寶，在2017年11月11日可以提供200000 TPS以上的處理能力。對比可以發現，區塊鏈世界中的TPS能力不足，極大地限制了其更廣泛的應用。
盡管現在中心化系統已經能提供很高的TPS，但互聯網發展過程中，由于用戶不斷增加的需求，可擴展性一直是中心化網絡經常遇到的關鍵問題。為了滿足所有互聯網用戶的需求，來自谷歌、臉譜網（Facebook）為代表的一線互聯網公司、開源軟件社區的工程師和學術界相關領域的科學家在提高網絡的性能，提高可擴展性方面花費了巨大的努力和大量的資源，開發出了多種擴容方法。其中涌現出一批著名的項目，比如：谷歌文件系統、BigTable、Hadoop、Cassandra。
QuarkChain旨在通過使用上述技術來解決區塊鏈世界中的TPS不足的問題，使其能滿足各種商業場景的需求。需要注意的是，在這些中心化系統中采用的擴容技術很多都不適合去中心化的網絡。為了保護好區塊鏈網絡的去中心化和安全性的核心價值，開發者必須仔細選擇最適合的擴容技術，并將這些技術集成起來，不斷調整，使其能滿足去中心的網絡。
這也意味著在去中心化的網絡中擴容沒有太多的先例可尋，QuarkChain團隊必須從頭開始設計并構建基礎設施以滿足區塊鏈應用的需求，這將是非常困難的。幸運的是我們的團隊是由來自谷歌、臉譜網和優步的高級軟件工程師組成的，他們有多年設計、搭建、測試、維護和優化可擴展系統的豐富經驗。這些寶貴的經驗使我們能夠以非常快的速度開發QuarkChain網絡，并在項目開發的早期避開在中心化系統中已經出現過的許多陷阱。
為了進一步幫助大家理解QuarkChain的擴容方案，首先讓我們簡要回顧一下中心化系統的擴容歷史。
1.中心化世界的擴容簡史
在互聯網時代到來之前（2000年之前），為了滿足不斷增長的需求，人們主要采用垂直擴容的方案提升系統性能。垂直擴容的基本思想是通過增加更先進，通常也是更昂貴的硬件設備來改進單個節點性能，比如：
● 為解決計算瓶頸問題采用更快的CPU；
● 為解決內存/緩存不足的問題添加更多內存；
● 為解決存儲不足的問題添加更多或使用更大容量的硬盤。
在這個時代涌現出了一批在垂直擴容領域的專家和著名公司，比如：以數據庫著稱的Oracle；以工作站著稱的SUN；以高性能存儲聞名的EMC。
垂直擴容的主要好處是當性能不足時只要對單個節點投入更多的資源，管理相對簡單。然而，這個方案有兩個主要缺點：
1.前期投入成本很高。例如，EMC入口級設備比普通的商用個人電腦昂貴得多。
2.當性能達到一定水平時，通過垂直擴容方案提升性能可能是代價不菲的。由于硬件資源的物理限制，垂直擴容方案中提升兩倍的性能所花費的代價通常大于兩倍。例如，根據ark.intel.com網站2018年6月11日的報價，英特爾Xeon E5 - 1620 V4處理器具有4個核，其中每個核的頻率為3.80 GHz，總價約為300美元（總計15.2GHz，每GHz 的價格為19.7美元），而英特爾Xeon E5-1680 V4具有8個核和每核的頻率為4 GHz，價格高達1723美元（總計的32 GHz，每GHz的價格為53美元）。
隨著互聯網應用的爆發性增長，用戶數量隨著時間的推移呈指數增長，繼續通過垂直擴容的方案來為所有用戶提供服務將變得非常昂貴和困難。為了滿足全球網絡用戶的使用需求，谷歌和臉譜網等互聯網公司采取水平擴容的方案，通過使用普通的個人電腦來構建大規模分布式系統來解決這個問題。水平擴容方案有著幾個重要的優勢：
1.降低前期成本。一個新的項目在早期只需要少量的節點就可以滿足其初始用戶的需求。
2.線性擴容。可以通過增加更多的節點，實現系統性能的線性增加。這意味著隨著用戶數量的增長，系統容量可以通過不斷的增加節點有計劃的按需擴容。
目前世界上已經有一些著名的系統是按照這一思路設計的，他們提供了巨大的處理能力，同時維持優秀的可擴展性。比如：
● 谷歌文件系統（存儲）
● 谷歌的BigTable （key-value存儲）
● 谷歌的MapReduce（計算）
● Hadoop以及谷歌的一些開源項目，包括：HDFS、HBase、MapReduce
● Cassandra （key-value存儲）
水平擴容中所使用的一個關鍵技術是分片（sharding），通過將整個系統狀態劃分為多個相對獨立的子狀態（shards），并構建多個節點組成的集群來并行的處理每個子狀態。根據分片方案的思想，人們可以通過在集群中加入更多的節點，以及增加片（shard）來線性的提升系統性能。
2.去中心化網絡的可擴展性問題
前文可以看到，為了提升性能人們在中心化世界中已經做出的大量嘗試，這些案例為我們在去中心化的區塊鏈網絡中提升性能提供非常好的參考樣品（注意，我們這里只討論鏈上擴容方案）：
目前，大多數現有的鏈上擴容方案是增加單條鏈的性能為主，我們稱之為區塊鏈垂直擴容方案。例如，比特幣（BTC）的出塊間隔為600秒，每一個塊的大小為1M。為了加快交易處理速度，萊特幣（LTC）通過將BTC的出塊間隔從600秒減少到150s；比特幣現金（BCH）則通過將BTC的1M大小限制增加到8M來容納更多的交易。然而這兩種方案都是不能無限的使用下去的，由于全球P2P網絡傳播速度的限制，進一步減少出塊間隔或增加塊大小將為會增加孤塊產生的概率，孤塊的產生會浪費哈希算力。
為了進一步提高單根鏈的性能，最新的區塊鏈項目正在嘗試使用新的共識算法，如：權益證明（POS）和委托權益證明（DPOS），這也是垂直擴容的方案之一。兩個有代表性的例子是以太坊的GHOST改進和EOS的DPOS共識，其中EOS的DPOS共識只允許21個節點來產生塊，損害了網絡的去中心化程度。
由于P2P網絡和單個節點本身的物理約束，我們認為區塊鏈垂直擴容方案將會遇到與中心化系統垂直擴容類似的挑戰。而水平擴容方案已經在中心化系統中取得了巨大的成功，相信這一技術也能搭建出能夠滿足全球商業需求的高性能公鏈。區塊鏈水平擴容的基本思想是將單根區塊鏈的狀態劃分為多條區塊鏈狀態（shards）。每個片可以相對獨立地處理交易，而且可以無縫地與另一個片交互。通過增加網絡中片的數量，整個區塊鏈網絡的吞吐量將會線性增加。
QuarkChain的宗旨是通過以分片為代表的水平擴容技術，建立一個人人可用的區塊鏈底層公鏈。為了幫助大家了解我們的技術，我們將通過一系列的文章來詳細介紹QuarkChain的設計細節。當然，細心的讀者會發現其中很多靈感，受到了中心化高性能系統的啟發。
如果您對QuarkChain背后的技術感興趣，歡迎關注我們的后續文章，其中包括如下主題：
● QuarkChain是如何劃分系統狀態的？
● QuarkChain的共識機制能在保證分片具有良好的分散性的同時保持安全，以應對包括雙花攻擊、黑名單攻擊在內的各種攻擊。
● QuarkChain如何通過高效安全的方式實現跨片交易？
● QuarkChain如何支持智能合約。
● 為了避免超級節點的中心化問題，QuarkChain設計了集群方案。
此外，我們還將討論其他在開發QuarkChain網絡過程中遇到的新問題，分享提升交易處理能力的設計方案，也歡迎給我們提意見和建議。
非常感謝大家的閱讀和對QuarkChain的厚愛。
注：本文為QuarkChain CEO周期發布在Medium上文章的中文譯文，原文鏈接：https://medium.com/quarkchain...
文章版權歸作者所有，未經允許請勿轉載,若此文章存在違規行為，您可以聯系管理員刪除。
轉載請注明本文地址：http://specialneedsforspecialkids.com/yun/24594.html
摘要：目前，公鏈極低的交易處理能力為人們便捷的使用區塊鏈帶來很大的麻煩。區塊鏈水平擴容的基本思想是將單根區塊鏈的狀態劃分為多條區塊鏈狀態。我們的宗旨是通過以分片為代表的水平擴容技術，建立一個人人可用的區塊鏈底層公鏈。 showImg(https://segmentfault.com/img/bVbg68C?w=1280&h=608); 目前，公鏈極低的交易處理能力（TPS）為人們便捷的使用區...
摘要：主網上線時將有條分片，每年計劃可動態添加一條分片。守護者計劃只針對根鏈，各個分片挖礦難度完全由哈希算力決定。奇點上線，將成為開啟未來如群星般浩渺的區塊鏈宇宙的全新起點。 QuarkChain成立一年多以來，經過不斷的的設計、開發與測試，今天，QuarkChain團隊正式向社區公告：QuarkChain主網 v1.0 版 Singularity（奇點）將于北京時間2019年4月30日正式...
摘要：屆時，將成為第一個實現高并發分片功能的公鏈，及目前僅有的支持多共識多虛擬機多原生代幣的公鏈。同時，可支持各種主流區塊鏈，如等。借助的影響力，生態系統將會迎來新生力量，可吸引全球社區中的用戶使用的預言機服務并作為節點運營商加入網絡。 showImg(https://segmentfault.com/img/bVbrkV2?w=1920&h=994); 各位親愛的支持者，我們很高興的正式宣...
摘要：是中國最大的年輕開發者社區，擁有超過萬注冊開發者用戶，每月有超過千萬的開發者通過社區平臺交流和學習技術。同時來自鏈圈內外的中國創見愛范兒巴比特鏈聞等數十家媒體會進行采訪報道。 showImg(https://ws1.sinaimg.cn/large/006tKfTcly1fr8y6nn6b6j30zk0k0tc9.jpg); QuarkChain 和 SegmentFault 達成戰略...
摘要：以太坊的分片方案解析阿希鏈測鏈多鏈與跨鏈技術在阿希鏈系統上，每個都是運行在一條測鏈上的。也是截至目前，在其測試網絡上實現分片技術的僅有的兩個中的一個區塊鏈項目。和分片的實現將很大程度上改善以太坊的短板。 撰稿人: 卡酷少 kakushao 在區塊鏈所面臨的諸多問題中，區塊交易的處理速度，和區塊鏈之間的互通性都極大程度的限制了區塊鏈的應用空間。要實現更快的交易確認速度，拓寬區塊鏈向外連接...
閱讀 1907·2021-09-23 11:21
閱讀 1692·2019-08-29 17:27
閱讀 1052·2019-08-29 17:03
閱讀 718·2019-08-29 15:07
閱讀 1914·2019-08-29 11:13
閱讀 2373·2019-08-26 12:14
閱讀 903·2019-08-26 11:52
閱讀 1728·2019-08-23 17:09
