區塊鏈可擴展性 - 側鏈和支付管道 | 幣安廣場上的 Binance Academy

內容介紹
區塊鏈可擴展性問題
什麼是鏈下可擴充性解決方案？
側鏈簡介
什麼是側鏈？
側鏈如何運作？
為什麼要使用側鏈？
支付管道介紹
什麼是支付管道？
支付管道如何運作？
付款途徑
最後的考慮因素

介紹可擴展性通常是指系統擴展以適應不斷增長的需求的能力。在計算中，您可以透過改進硬體來提高機器的效能，從而更快地執行某些任務。當我們談論區塊鏈的可擴展性時，我們指的是提高其處理更多交易的能力。
像比特幣這樣的協議有很多優勢，但可擴展性並不是其中之一。如果比特幣在集中式資料庫上運行，那麼管理員提高速度和吞吐量將相對容易。但比特幣的主張（如抵制審查）要求許多網路參與者同步區塊鏈的副本。

區塊鏈可擴展性問題運行比特幣節點相對便宜，甚至簡單的設備也可以做到。但由於我們成千上萬的人需要互相了解最新情況，因此其能力有一定的限制。 
對鏈上可以處理的交易數量設定了限制，以防止資料庫達到非常大的比例。如果它變得太大，節點將無法跟上這種擴展。此外，如果區塊太大，它們就無法透過網路快速中繼。
因此，我們發現自己陷入了瓶頸。區塊鏈可以被視為一種火車運輸服務，按照規定的時間間隔出發。每節車廂的座位數量有限，旅客必須出價才能獲得車票。如果大家都想同時趕火車的話，票價會更高。同樣，如果網路被待處理的交易堵塞，用戶將需要支付更高的費用才能及時獲得交易。
一個可能的解決方案是增加貨車的尺寸。這將帶來更多的座位、更大的轉乘能力和更低的票價。但不能保證座位不會像以前一樣被填滿。汽車的容量不能無限擴展，就像區塊和區塊的 Gas 限制不能無限擴展一樣。後者使得網路上的剩餘節點成為一個更昂貴的過程，因為它們將需要更昂貴的硬體來保持同步。
以太坊創辦人 Vitalik Buterin 創造了可擴展性三難困境來描述區塊鏈面臨的挑戰。他在理論中指出，協議必須在可擴展性、安全性和去中心化之間取得平衡。這些屬性有些不平衡──如果過度關注其中兩個，第三個就會表現不佳。
基於這個原因，許多人認為可擴展性是在鏈下實現的，而安全性和去中心化必須在區塊鏈本身上最大化。

什麼是鏈下可擴充性解決方案？鏈下可擴展性是指允許在不使區塊鏈超載的情況下執行交易的方法。協議連接到鏈上，允許用戶發送和接收資金，而無需在主鏈上出現交易。讓我們更深入地研究兩個最重要的進步：側鍊和支付管道。

側鏈簡介什麼是側鏈？側鏈是一個獨立的區塊鏈。然而，它不是一個獨立的平台，因為它以某種方式與主鏈相連。主鍊和側鏈是可互通的，這意味著資產可以自由地從一條鏈流向另一條鏈。
有多種方法可以確保資金能夠轉移。在某些情況下，資產會從主鏈轉移並存放在特殊地址。它們實際上並沒有被發送——它們被鎖定在地址上，並在側鏈上發出相應的值。更直接（儘管是中心化）的選擇是將資金發送給託管人，由託管人將存款換成側鏈上的資金。

側鏈如何運作？假設我們的朋友愛麗絲有五個比特幣。她想將它們兌換成比特幣側鏈上的五個等值單位——我們稱之為側幣。此側鏈採用雙向掛鉤，這意味著使用者可以將資產從主鏈轉移到側鏈，反之亦然。 
請記住，側鏈是一個單獨的區塊鏈。因此，它將有不同的區塊、節點和驗證機制。為了獲得她的側幣，愛麗絲將五個比特幣發送到另一個地址。該地址可能是在收到比特幣後將 5 個側幣發送到 Alice 的側鏈地址的人。或者，可能存在某種類型的配置來減少對信任的需求，其中側幣在軟體偵測到付款時會自動記入貸方。


愛麗絲現在已將她的硬幣轉換為副幣，但她始終可以逆轉該過程以取回她的比特幣。現在它已經進入了側鏈，可以在這個單獨的區塊鏈上自由地進行交易。它可以發送側幣或從其他人那裡接收側幣，就像在主鏈上一樣。
例如，她可以向鮑伯支付一枚側幣來購買一件幣安帽衫。當她想返回比特幣時，她可以將剩餘的四個側幣發送到一個特殊地址。交易確認後，4個比特幣將被解鎖並發送到主鏈上的Alice地址。

為什麼要使用側鏈？您可能想知道這是什麼原因。為什麼愛麗絲不直接使用比特幣區塊鏈？
答案是側鏈可以做比特幣做不到的事。區塊鏈是精心設計的權衡系統。儘管比特幣是最安全、最去中心化的加密貨幣，但就轉帳費用而言，它並不是最好的。儘管比特幣交易比傳統方法更快，但與其他區塊鏈系統相比仍然相對較慢。每十分鐘就會開採一次區塊，當網路擁塞時，開採率可能會顯著增加。
對於日常小額支付，可能不需要這種程度的安全性。如果 Alice 正在為一杯咖啡付款，她不會等待交易被確認。她會排隊，咖啡送來時已經冷了。
側鏈不遵循相同的規則。事實上，他們甚至不需要使用工作量證明來工作。您可以使用任何共識機制、信任單一驗證器或調整任何參數。您可以添加主鏈上不存在的升級，產生更大的區塊，並加快流程。
有趣的是，側鏈甚至可以在不影響底層鏈的情況下引入嚴重錯誤。這使得它們可以用作實驗和部署功能的平台，否則需要大多數網路的共識。
只要使用者對權衡感到滿意，側鏈就可以代表邁向更有效擴展的重要一步。主鏈節點不要求儲存來自側鏈的所有交易。愛麗絲可以透過一筆比特幣交易進入側鏈，執行數百筆側鏈交易，然後退出側鏈。從比特幣區塊鏈的角度來看，它只會執行兩筆交易——一筆進入，一筆退出。
以太坊的 Plasma 協議類似，但有一些重要的區別。閱讀有關該主題的更多資訊：什麼是以太坊 Plasma？

支付管道介紹什麼是支付管道？支付管道在可擴展性方面與側鏈有著相同的目標，但它們本質上有很大不同。與側鏈一樣，它們將交易移出主鏈，以防止區塊鏈變得擁塞。然而，與側鏈不同的是，它們不需要單獨的區塊鏈即可運行。
支付管道使用智慧合約來允許用戶進行交易，而無需將交易發佈到區塊鏈。這是透過兩個參與者之間的軟體強制合約來完成的。

支付管道如何運作？在流行的閃電網路等模型中，雙方將代幣存入他們共同擁有的地址。這種類型的多重簽名地址需要兩個簽名才能支出資金。因此，如果愛麗絲和鮑伯創建了這個地址，那麼資金只能在他們同意的情況下轉移。
假設他們每人將 10 BTC 存入一個現在持有 20 BTC 的地址。很容易用電子表格來追蹤餘額，顯示 Alice 和 Bob 各有 10 BTC。如果愛麗絲想給鮑伯一枚硬幣，他們可以更新電子表格，以便顯示愛麗絲有 9 個比特幣，鮑伯有 11 個比特幣。他們不需要發佈到區塊鏈，因為他們可以追蹤餘額。 


在任何給定時間，假設 Alice 有 5 BTC，Bob 有 15 BTC。他們可以創建一個交易，將這些餘額發送到各方相應的地址，對其進行簽名並傳輸。
愛麗絲和鮑伯可以在資產負債表上記錄十筆、一百筆甚至一千筆交易。但就區塊鏈而言，他們只執行了兩項鏈上操作：一項用於初始交易，一項用於合併更新後的餘額。除了這兩項之外，所有其他交易都是免費的並且幾乎是即時的，因為它們發生在鏈外。無需支付挖礦費，無需等待區塊確認。
顯然，上面討論的例子需要雙方合作，這對彼此不認識的使用者來說不是一個理想的情況。但是，可以使用特殊機制來懲罰任何企圖作弊的行為，以便各方可以安全地相互交互，而無需信任。 

付款途徑顯然，支付管道對於預計交易量較大的雙方來說是方便的。但這還不是全部。可以開發這些管道的網絡，這意味著愛麗絲可以向與她沒有直接聯繫的一方付款。如果Bob與Carol有一個開放的通道，只要有足夠的容量，Alice就可以付錢給她。她將資金轉移到鮑伯的頻道，鮑伯又將資金送到卡羅爾的頻道。如果 Carol 連接到其他參與者，則可以完成相同的過程。 
這個網路演變成分佈式拓撲，其中每個人都連接到多個對等點。通常，到同一目的地會有多條路線，使用者將能夠選擇最有效的路線。 

最後的考慮因素我們討論了兩種可擴展性方法，允許在不超載相應區塊鏈的情況下進行交易。側鍊和支付通道技術尚未成熟，但越來越多的用戶希望繞過基礎層交易的麻煩而使用它們。
隨著時間的推移，越來越多的使用者成為網路的一部分，保持去中心化非常重要。這只有透過限制區塊鏈的成長才能實現，以便新節點可以輕鬆加入。針對可擴展性問題的鏈下解決方案的支持者認為，隨著時間的推移，主鏈將僅用於結算高價值交易或耦合/解耦側鏈以及開啟/關閉通道。