“3句话”让以太坊6年内扩到100万TPS？

众所周知，区块链网络十分强大，它可以为用户提供共享分布式数字账本，从而使得点对点网络中的参与者能直接交换信息或资产，而无需依靠中介。然而，由于架构原因，区块链无法同时高效地达到去中心化、安全性和可扩展性这三个目标，而只能三者取其二，这也被称作是“区块链不可能三角”理论。

对于大多数区块链来说（如比特币和以太坊），它们都选择了去中心化和安全性，而牺牲了可扩展性。不过随着链上技术的不断突破，“三者兼得”即将成为可能。下面就请跟随本文一起来看看以太坊如何在不影响其他两个属性的情况下进行扩展。

多年来，“不可能三角”理论一直困扰着区块链行业，许多替代 Lay1 甚至还选择了牺牲去中心化来换取交易速度。尽管这样做有助于改善用户体验，但是一旦选择了中心化，那么与去中心化相关的创新、文化或是收益都将无法实现。虽然以太坊上已经出现了包括plasma和侧链在内的一些扩容解决方案，但仍然没有达到设计目标。

模块化以太坊

从总体来看，区块链主要肩负着三大任务：执行、共识和数据可用性。执行指的是所有交易的发生，共识指的是网络参与者就所发生的事情达成一致，数据可用性则保证了所有人都可以访问数据。区块链自诞生以来一直都是单片的，也就是说它需要在单链情况下执行所有这三个任务。然而令人兴奋的是，在十多年后的今天，模块化区块链架构终于出现了，它利用专业性概念将这些任务分成了不同的独立链。预计到 2022 年 9 月，也就是以太坊升级到权益证明 (PoS) 时，每个任务都将会具有各自不同的链：共识将由 PoS 信标链处理，数据可用性将由当前的以太坊链处理，执行则将由 Lay2 处理。值得一提的是， Lay2 是建立在以太坊（Lay1）之上的独立区块链，相比于 Lay1 ，Lay2 有着更快的吞吐量和更低的费用，同时还兼顾了去中心化和安全性。 

现如今，尽管以太坊上已经涌现出了许多 Lay2 ，但离扩展目标似乎还很遥远。以太坊目前的处理速度大约是 10 TPS（每秒交易量），但要实现其扩展目标，速度至少还要提升 100,00 倍（Visa 的处理速度大约是 65,000 TPS）。而为了能扩展到 100 万 TPS，以太坊还需进一步完成以下三件事情——改进rollups、分片和增加网络带宽。 

1、Rollups — 使吞吐量提升 100 倍

Rollups 是种独立的区块链，可以承担执行交易的任务，因此有了它以太坊就可以专注于共识和数据可用性了。在 Rollups 而不是主链上执行交易可以使以太坊网络扩展 10 倍。此外，通过升级的数据压缩技术可以实现更多方面的优化。数据压缩指的是减少代表相同基础信息所需的细节数量，如果将压缩数据发布到以太坊将可以进一步降低成本，同时可以将可扩展性再提升 10 倍。

2、数据分片——使吞吐量提升 100 倍

目前，每个共识参与者都必须从区块下载所有的数据，并且在验证区块之前率先对数据进行独立验证。整个过程非常低效，使之成为了区块链网络的一大瓶颈。而分片作为一种扩展数据可用性的网络架构，它允许网络参与者只下载所有数据的样本，同时又保证了数据的可用性，将以太坊可扩展性提升了 10 倍。除此之外，分片还引入了一种新的交易类型——“携带 blob 的交易(blob-carrying transactions)”。与目前的交易类型相比， Lay2 上携带 blob 的交易成本要低得多，并且可以将以太坊可扩展性再提升 10 倍。

3、网络带宽——使吞吐量增加 10 倍

以太坊最后需要改进的一部分——“网络带宽”，与前面两部分的不同之处在于，它依赖外部技术的进步来扩展网络。通常情况下，消费者带宽每年增加大约 50%（类似于摩尔定律）， 因此大约需要五到六年的时间才能实现 10 倍的带宽增长。下图展示了从 1983 年到 2019 年网络带宽的增长情况。

总结

以太坊若想获得大规模采用，提升可扩展性刻不容缓。而以太坊一旦合并成功（预计 2022 年 9 月完成），文中提到的这些扩展技术定将成为优先发展事项。考虑到新技术的不成熟以及网络带宽的增长限制，以太坊预计可以在未来六年内扩展到 100 万 TPS。