区块链可扩展性 - 侧链与支付通道 | Binance Academy发布于币安广场

重点整理区块链可扩展性指的是：随著需求成长，网路能够处理更多交易的能力。对区块链网路而言，若要在不牺牲安全性或去中心化的前提下达成这点会很困难。
区块链三难困境（trilemma）描述了在同一时间达成可扩展性、安全性与去中心化所面临的挑战。
侧链是与主链相连的独立区块链，让交易能以不同规则与比底层更快的速度进行。
支付通道让两方能进行链下交易。只有开启与关闭通道的交易会出现在区块链上，因此可降低拥塞与费用。
简介可扩展性（Scalability）广泛指的是系统能够成长并承担不断增加的需求。在运算领域，你可以透过升级硬体来提升机器效能。对区块链网路而言，挑战则不同。让区块链扩容意味著提高它处理更多交易的能力，同时还要保持安全并让众多参与者能够使用。
比特币是个好例子。它的去中心化性质意味著必须有成千上万的节点彼此保持同步。这会形成「一次最多能处理多少交易」的限制。当需求超过容量时，交易费用可能上升，确认时间也可能变慢。
与其试图在底层解决所有问题，许多开发者把重心放在链下解决方案。最重要的两种方法是侧链与支付通道。本文将说明它们如何运作，以及它们如何融入更广泛的第二层（Layer 2）生态。
区块链可扩展性问题运行一个比特币节点相对不算昂贵，即使是中低阶硬体也做得到。但由于成千上万的节点需要保持同步，网路在能处理多少交易方面会受到限制。透过限制区块大小与区块时间，可帮助所有参与者维持资料库的可管理性。
这个瓶颈会在高需求期间变得明显。你可以把它想成一列有固定座位数量、并依照固定时刻表出发的火车。当想要上车的人数超过座位数时，票价就会上升。拥塞的网路会提高「每秒交易数（TPS）」所带来的成本，并拖慢那些不愿支付溢价费用的人的确认速度。
以太坊创办人 Vitalik Buterin 将这个挑战称为区块链三难困境。他提出，区块链系统在三种特性之间存在权衡：可扩展性、安全性与去中心化。提升其中任两项，往往会使第三项变差。因此，许多人认为可扩展性最好在次级层（secondary layer）而不是主链本身上处理。
什么是链下扩容解决方案？链下扩容允许交易在不负担主区块链的情况下进行。建立在某条链之上的协议让使用者能够发送与接收资金，但各个单独交易不会被记录在主区块链上。这让底层保持精简，同时仍能支援高交易量。
最早期且应用最广泛的两种方法是侧链与支付通道。两者都能减轻主链负载，但运作方式非常不同。
侧链简介什么是侧链？侧链是一条与主链并行运作的独立区块链，并透过双向挂钩（two-way peg）连接到主链。资产可以在主链与侧链之间移动，之后也能再移回来。侧链会独立运作，拥有自己的共识规则、区块时间与验证者。
侧链如何运作？当使用者把资产转移到侧链时，他们在主链上的资金会被锁定，并在侧链上发行等额数量。当他们返回时，侧链代币会被销毁（burn），原本的资金会被解锁。这种机制称为双向挂钩（two-way peg）。
假设 Alice 有五枚比特币，想使用一条更快的侧链。她把比特币送到一个桥接地址（bridge address），由该地址负责锁定资金。接著，她会在侧链上收到五枚对应的代币。
Alice 现在可以在侧链上自由交易。当她准备返回时，她把侧链代币送到一个特殊地址，并由主链释放她原本的比特币。就比特币而言，她只做了两笔交易：一笔进入侧链、一笔离开侧链。
为什么使用侧链？侧链不受主链规则约束。它们可以采用不同的共识机制，更频繁地产生区块，并更快速完成交易。它们也能作为新功能的测试环境，因为侧链上的错误不会影响底层网路。
权衡在于安全性。侧链通常比主链安全性更低，因为它的验证者数量较少，且使用自己的共识模型。在侧链上进行交易的使用者，所信任的是侧链的规则，而非比特币本身。
以太坊的 Plasma 是较早期的框架，与侧链在某些方面有相似之处。它使用子链的层级结构，将交易从以太坊主网卸载出去。尽管它有一些限制，但它有助于奠定更进阶的第二层（Layer 2）设计基础。
支付通道（Payment Channels）简介什么是支付通道？支付通道让双方在不需将每一笔交易发布到区块链的情况下进行链下交易。最知名的实作是比特币的 Lightning Network。支付通道使用智慧合约来强制执行参与者之间的共同余额，让他们能够在不必每次都支付链上手续费的前提下，随意更新该余额。
支付通道如何运作？要开启一个通道，两位参与者会将资金存入一个共享的多重签名地址。该地址需要双方都为任何交易进行签署。然后，双方会共同维护一份私有的帐务表（balance sheet），用来记录每个人目前各持有多少。
假设 Alice 和 Bob 都各自向同一个共享地址存入 10 BTC。起初两人各有 10 BTC。若 Alice 想支付 Bob 1 BTC，便会更新余额表：Alice 有 9 BTC，Bob 有 11 BTC。这个更新不会触碰区块链。之后他们可以持续互相交易，并根据需要反复更新余额。
当他们完成交易后，会签署一笔最终交易，将各自的当前余额寄给每个人。无论中间发生了多少次链下更新，只需要两笔上链交易：一笔用于开启通道、一笔用于关闭通道。中间的所有交易都是免费且几乎即时完成。
支付路由（Payment routing）当支付通道彼此连结成网路时，它们的威力会特别凸显。若 Bob 已与 Carol 开通一个通道，Alice 就能在不与 Carol 直接建立通道的情况下支付 Carol。她会透过 Bob 进行转送，而 Bob 再把支付内容转交给 Carol。这种路由可以跨越多个节点（多次跳转）。
在一个连通良好的网路中，任意两位参与者之间通常会存在多条路径。付款会找到具有足够容量的路径，并转发指定金额。这就是 Lightning Network 如何让比特币使用者之间，即使彼此从未直接互动过，也能完成支付。
第二层（Layer 2）扩容如何演进？自从侧链与支付通道被提出后，第二层生态系已大幅成长。一类称为「汇总（rollups）」的新增扩容方案，已成为以太坊的主流做法。汇总在链下执行交易，并将压缩后的资料回传至主链，从而继承以太坊的安全性，而不是依赖一组独立的验证者。
除了汇总之外，状态通道（state channels）也已出现，作为支付通道的一种概括（泛化）。它们允许各种状态的变更发生在链下，且不仅限于代币转移。这为超越单纯支付的应用开启了更多可能性。
在比特币上，Lightning Network 持续作为主要的支付通道解决方案在发展。针对比特币的第二层网路也逐渐壮大，加入智慧合约能力，并把比特币流动性桥接到其他生态系。每种做法都涉及不同的信任假设，因此在选择使用哪个方案时，理解其中的权衡非常重要。
常见问题（FAQ）什么是区块链可扩展性？区块链可扩展性是指区块链网路在需求增加时，能够处理更多交易的能力。大多数区块链都会面临「每秒最多能处理多少笔交易」的限制，这可能在需求高时导致拥塞与更高的费用。
什么是区块链三难困境（trilemma）？区块链三难困境是指：区块链无法在同一时间完全达成可扩展性、安全性与去中心化。要提升其中一项性质，往往就需要牺牲另一项性质。
侧链和支付通道之间有什么差异？侧链是一条与主链并行的独立区块链。它有自己的验证者与共识规则。支付通道则是双方之间的一种链下协议，它透过智慧合约来追踪余额，而不需要一条独立的区块链。
Lightning Network 安全吗？Lightning Network 使用加密合约来降低作弊风险。试图广播较旧的通道状态的参与者，可能会受到对方的惩罚。不过，使用者应该让节点保持线上，或使用 watchtower 服务来监控通道。和任何技术一样，在使用之前了解相关风险是值得的。
什么是汇总（rollups）？它们与侧链有何不同？汇总在主链之外执行交易，但会把压缩后的交易资料回写到主链，并继承底层的安全性。相较之下，侧链则是在自己的独立安全模型下运作。这意味著侧链可以更快、更灵活，但它们依赖的是自身验证者，而不是主链的安全性保证。
最后的思考侧链与支付通道是解决区块链可扩展性问题的最早期方案之一。两者都旨在把交易从主链移到外部，以减少拥塞与费用，同时仍保留透过底层进行结算（settlement）的可用性。
延伸阅读什么是比特币第二层（Layer 2）网路？
乐观汇总（Optimistic） vs. 零知识汇总（Zero-Knowledge Rollups）：差在哪里？
什么是 ZK-Rollups？第二层扩容技术
什么是以太坊？它如何运作？
工作量证明（Proof of Work）详解
免责声明：本内容仅以「现况提供」方式提供给你，目的仅限于一般资讯与教育用途，且不构成任何形式的陈述或保证。内容不应被解读为任何金融、法律或其他专业建议，也不旨在推荐购买任何特定产品或服务。你应向适当的专业顾问寻求自己的建议。若内容由第三方贡献者提供，请注意其中表达的观点属于该第三方贡献者，并不一定反映币安学院（Binance Academy）的观点。数位资产价格可能波动。你的投资价值可能上升或下降，你也可能无法取回投资金额。你必须自行承担投资决策责任，币安学院不对你可能遭受的任何损失负责。更多资讯请参阅我们的使用条款（Terms of Use）、风险警示（Risk Warning）以及币安学院条款。