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摘要：在第一期，我們從區(qū)塊鏈的不可能三角談起，談一談如果要追求極致的效率，究竟要犧牲什么。今天，我們來介紹另一個不可能三角。這個不可能三角包括三個目標(biāo)。超高吞吐率最終確認(rèn)交易的平均吞吐率超過稱之為超高吞吐率。
最近幾期，Conflux 計(jì)劃推出一系列的科普文章，從一些簡單的技術(shù)原理開始，幫助大家辨別一些項(xiàng)目宣傳的概念中，哪些概念是可能實(shí)現(xiàn)的，哪些概念如果要實(shí)現(xiàn)，是需要有妥協(xié)的。
在第一期，我們從區(qū)塊鏈的“不可能三角”談起，談一談如果要追求極致的效率，究竟要犧牲什么。目前在區(qū)塊鏈媒體中，有一個流傳很廣的概念叫“不可能三角”，即效率、安全、去中心化三者不可并存。和“不可能三角”出現(xiàn)同樣頻繁的概念，是“不可能三角”被公鏈某個項(xiàng)目打破。在一些媒體宣傳 Conflux 的時候，也曾經(jīng)使用過這個說法。
不過，Conflux 從未在官方宣稱“打破不可能三角”，我們認(rèn)為這并不是一個嚴(yán)謹(jǐn)?shù)母拍睢Ｖ荒苷f，這個概念被提出來的時候，還沒有人把這三件事情同時做好，并沒有人通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治鲎C明它不可能。
今天，我們來介紹另一個不可能三角。無論一個區(qū)塊鏈?zhǔn)枪墟溸€是聯(lián)盟鏈，是 PoW 還是 PoS, 是采用中本聰共識還是 BFT 還是其他的什么方式，都繞不開它。這個不可能三角包括三個目標(biāo)。（為了便于理解，我們避免采取嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男问交Z言去定義它，而是大概描述一下想法與思路）
1. 全部節(jié)點(diǎn)同步與驗(yàn)證在公鏈網(wǎng)絡(luò)中，公鏈網(wǎng)絡(luò)的正確性與安全性依賴于一些節(jié)點(diǎn)的背書。例如，在比特幣或以太坊中，根據(jù)協(xié)議，每一個礦工挖出區(qū)塊時，要保證新區(qū)塊和歷史上的每一個區(qū)塊每筆交易都是正確的。也就是說，比特幣礦工出塊時，在為之前所有的區(qū)塊進(jìn)行正確性背書。在 EOS 中，超級節(jié)點(diǎn)通過簽名對區(qū)塊的正確性背書。我們這里稱為“參與共識的節(jié)點(diǎn)”。
“全部節(jié)點(diǎn)同步與驗(yàn)證”要求每一個被確認(rèn)的交易，都得到過所有參與共識的節(jié)點(diǎn)（攻擊者除外）的同步與驗(yàn)證。
這個目標(biāo)是和安全相關(guān)的。我們想象一個場景，有一個人想通過偽造無效簽名，制造非法交易，盜走你的資產(chǎn)。如果只有一小部分參與共識的節(jié)點(diǎn)同步和驗(yàn)證了這個交易，而其他節(jié)點(diǎn)不同步這個交易，直接采信那一小部分節(jié)點(diǎn)的判斷結(jié)果。如果這樣的話，將一筆非法交易混入交易歷史的可能性，就會高于每個參與共識的節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行同步和驗(yàn)證。二者的安全性是不一樣的。
2. 超高吞吐率最終確認(rèn)交易的平均吞吐率超過 11000 TPS 稱之為超高吞吐率。 （每筆交易的大小按 250 字節(jié)計(jì)）
3. 低帶寬要求對于每一個參與共識的節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)帶寬的最低配置要求不高于 20 Mbps (2.5 MB/s)。
這個目標(biāo)是和去中心化相關(guān)的，參與的門檻越低，能參與共識的人就越多，越有利于去中心化。
以上就是這個不可能三角的三個目標(biāo)。原因理解起來也很簡單，如果一個節(jié)點(diǎn)只有 20 Mbps 的帶寬，那么每秒只能下載 2.5 MB 的數(shù)據(jù)，大約是 10000 筆交易。如果網(wǎng)絡(luò)中最終確認(rèn)交易的平均吞吐率超過 11000 TPS, 這個只有 20 Mbps 帶寬的節(jié)點(diǎn)是沒有能力同步和驗(yàn)證每一筆交易的。
那么面對這個困難，做出取舍的方案又有哪些呢？ 1. 放棄全節(jié)點(diǎn)同步與驗(yàn)證在這些方案中，Sharding 是一個很著名的解決方案。Sharding 方案的大體思路是，整個區(qū)塊鏈在邏輯上分出若干個 Shard, 將沒有關(guān)聯(lián)、互不沖突的交易分到不同的 Shard 中去, 每個 Shard 由一部分礦工負(fù)責(zé)同步和驗(yàn)證。對于礦工來說，不需要為其他 Shard 中的交易正確性負(fù)責(zé)。
Sharding 方案是一個提高吞吐率的思路，但這個思路犧牲了一部分的安全性。畢竟，如果有一個人想通過偽造簽名，制造非法交易盜竊你的資產(chǎn)，全網(wǎng)中每一個節(jié)點(diǎn)都幫你防范非法交易，和只有一小部分節(jié)點(diǎn)幫你防范非法交易，二者的安全程度是不同的。不過，對于只是存?zhèn)€零花錢的賬戶地址，相對于安全性，可能用戶對交易成本更敏感。所以這一方向是非常有探索價(jià)值的。
但如果用 Sharding 方案下的 TPS 和別人全節(jié)點(diǎn)同步與驗(yàn)證下的 TPS 比，就很不科學(xué)了。
另外一個思路是，通過零知識證明或可驗(yàn)證計(jì)算等密碼學(xué)工具，允許一個節(jié)點(diǎn)不必同步每一個交易，只需要同步區(qū)塊頭及一些密碼學(xué)的元素，也可以驗(yàn)證一個區(qū)塊的 Merkle Root 是正確的。當(dāng)然，這個思路上有很多坑需要去解決，如果有機(jī)會，我們會寫一篇文章展開討論一下。
這里的放棄高 TPS，是指在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)條件下，放棄 10000 TPS 以上的吞吐率。Conflux 保留了去中心化和安全性，就需要保留全節(jié)點(diǎn)同步與驗(yàn)證和低帶寬要求，以實(shí)現(xiàn)家用網(wǎng)絡(luò)條件也可以當(dāng)?shù)V工，每一筆交易都得到了每一個礦工的驗(yàn)證。如果要保留這兩點(diǎn)，效率是有天花板的。
3. 低帶寬要求在一些共識機(jī)制中，普通用戶不參與對交易的同步與驗(yàn)證，而是通過一些方式選出少數(shù)特殊的節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行共識。這時，我們可以假設(shè)每一個參選的節(jié)點(diǎn)都準(zhǔn)備了足夠的計(jì)算機(jī)資源，例如更好的 CPU, 更大的硬盤, 更大的網(wǎng)絡(luò)帶寬。這時，也就沒必要將“最低配置要求”設(shè)的很低了。
下一次，如果您看到一個項(xiàng)目聲稱大于 10000 TPS，甚至是喊出無限可擴(kuò)展的口號時，您就需要來看一下在這個不可能三角中，它放棄了哪一角。是放棄了第一點(diǎn)還是第三點(diǎn)？如果是放棄第一點(diǎn)，項(xiàng)目是采用了 Sharding 方案？還是做出了其他的修改？這種修改會不會帶來安全性問題，如何解決？如果是放棄第三點(diǎn)，高 TPS 是否基于更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬要求？還是說在網(wǎng)絡(luò)帶寬無限的條件下無限可擴(kuò)展？
順便推薦一下我們的線下活動～在本期Conflux Meetup（杭州站），我們?yōu)榇蠹已埖搅薈onflux CTO伍鳴、Conflux研究總監(jiān)楊光、TOP Network Co-founder & CEO Steve Wei來一起聊一聊《下一代公鏈和DApps生態(tài)前景》。
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