區塊鏈TPS的擴展性探索：為什么說BBP技術帶來卓越的性能改變？_TPS

區塊鏈在元宇宙和web3世界中是操作系統一樣的基礎設施，其性能決定了未來數字經濟的發展歷程。現階段，區塊鏈普遍存在著交易數據處理能力較弱的問題。這使得比特幣和以太坊的性能無法與中心化系統相抗衡，從根本上制約了區塊鏈上諸多應用的開展。因此增強區塊鏈的可擴展性，也就是實現更高的交易數據處理速度刻不容緩。

著眼0層的隱形區塊傳播BBP技術

為了實現更高效的區塊鏈交易數據處理，不斷有人提出區塊鏈擴展容量解決方案。目前的擴容方案百花齊放。

業界一般將區塊鏈系統的六個層次數據層、網絡層、共識層、激勵層、合約層和應用層劃入三個Layer，由底到頂分別為Layer0、Layer1和Layer2。Layer0又稱網絡傳輸層，主要涉及區塊鏈和傳統網絡之間的結合問題。當前主流擴容方案大多從L1層和L2層著眼，鮮有通過改進L0層成功擴容的案例。

Gazprom Neft推出即時航空向機翼加油付款區塊鏈解決方案:俄羅斯天然氣工業股份公司（Gazprom Neft）的智能燃料（Smart Fuel）是世界上第一個用于即時航空向機翼加油付款的區塊鏈解決方案，在獲得俄羅斯聯邦的注冊后，已獲準在整個市場推出。這項新技術將噴氣燃料供應商與航空公司之間的交易時間從四到五天縮短到僅15秒。（ruaviation）[2021/5/25 22:43:20]

Layer1擴容方案又稱鏈上擴容，指在區塊鏈基層協議上實現的擴容解決方案。Layer2擴容方案又稱鏈下擴容，指不改變區塊鏈底層協議和基礎規則，通過狀態通道、側鏈等方案提高交易處理速度。但是這些擴容方案無一列外的都以犧牲安全性為代價，也就是區塊鏈CAP理論的限制。

而今年4月，來自深圳大學、香港中文大學的區塊鏈研究團隊提出了一種全新的L0層區塊傳播與驗證技術，即隱形區塊傳播技術，不需要傳輸區塊且不損失安全性，突破了CAP理論。

聲音 | 武夷山市政府常務副市長：把區塊鏈產業打造成推動地方經濟社會發展的新引擎:11月18日消息，據人民網報道，近日，由武夷山市政府和同濟大學打造的武夷山認標購茶·區塊鏈溯源平臺正式啟動。武夷山市政府常務副市長王文謙表示，利用區塊鏈技術對武夷山分散的茶產業數據資源、信息化應用技術、各類業務平臺進行充分整合，有望實現數字資產安全提升、行業管理效率提升、產業標準提升、消費滿意度提升。政府將進一步加強政策引導和支持，把區塊鏈產業打造成為推動地方經濟社會發展的新引擎。[2019/11/18]

該論文的作者們注意到，在當前的公鏈中，交易都存在重復傳輸和串行驗證的問題。交易的重復傳輸是說，交易本身會單獨在全網廣播傳輸一次；交易被打包進區塊后，又會隨著區塊一起在全網廣播傳輸一次。交易的串行驗證是說，交易打包進區塊后并在全網廣播，各驗證節點收到該區塊后再進行驗證。由于這些問題的存在，區塊包含交易越多，其在網絡中傳播和驗證的速度就越慢，這就極大制約了區塊鏈的TPS。BBP要實現的就是通過消除區塊中的交易數量對于傳播時間的制約以及減少區塊驗證時間來提高TPS。

動態 | 幣安將在新加坡舉辦幣安區塊鏈周及黑客馬拉松:據Cointelegraph報道，根據與Cointelegraph分享的新聞稿，加密貨幣交易所幣安宣布計劃于明年1月在新加坡舉辦幣安區塊鏈周。將包括會議，以及為期兩天的幣安SAFU（用戶安全資產）黑客馬拉松”比賽。[2018/12/7]

具體而言，BBP技術只在節點之間傳輸區塊頭，各節點對新區塊的交易進行預測和提前打包、提前驗證，這樣區塊在傳播過程中對新區塊的驗證就只是將預先計算的全局狀態和嵌入在區塊頭中的全局狀態進行一個簡單的比較確認即可。因此，不管每個區塊中的交易量有多大，其傳播時間和驗證時間都只是一個區塊頭的時間，不再受到交易數量的制約，每個區塊也能容納下任意多數量的交易。同時，BBP技術利用了除出塊節點外，其他節點也在進行出塊計算的原理，將區塊傳播和區塊驗證從串行關系轉向并行關系。于是，BBP從基礎協議設計上來消除區塊中交易數量對于傳播時間的制約以及減少區塊驗證時間，徹徹底底地提高TPS，釋放區塊鏈的性能。

獨家 | 螞蟻金服區塊鏈技術專家張文彬:黎曼猜想和區塊鏈沒有關系:金色財經就近期大受關注的黎曼猜想若被成功驗證將對區塊鏈造成的影響采訪了螞蟻金服區塊鏈技術專家張文彬，張文彬對金色財經表示：“可以說黎曼猜想和區塊鏈沒有關系。對于區塊鏈領域，長期來看需要關注的是量子計算和后量子密碼（量子計算機可以破解現有廣泛使用非對稱公鑰加密技術，不管是RSA還是ECDSA）。互聯網和區塊鏈使用的加密技術的安全是基于素數分解和離散對數問題的困難性，但這兩個問題都可以被量子計算機高效解決，因此需要關注的不是黎曼猜想，而是量子計算機。用大白話說就是，不管黎曼猜想有沒有被證實，與互聯網加密和區塊鏈安全都沒關系，真正有關系的是量子計算機。

此外數學領域講究嚴格的正確性，任何的猜想的解決都需要經歷領域內數學家們較為長期的、嚴格的檢查，才能確定是否正確。歷史上宣稱解決了黎曼猜想的大有人在，但至今還沒正確的。這次的也留給領域內的專家去檢查。”[2018/9/25]

BBP性能擴展突進但挑戰猶存

不過，要實現上述技術目標也并不容易，要同時兼顧很多方面的考慮和解決若干技術挑戰：

1、如何確保在預打包一個區塊體前，所有節點的預測都是大致相同的。由于去中心化的區塊鏈節點之間沒有假定信任，因此原則上節點可以根據自己的喜好選擇交易并將其封存在區塊中。在以太坊中，節點通常會選擇交易后將其排序并打包到區塊中，使GAS收益達到最大化。為了使分散的去信任節點做出的決策達到一致，新方案必須要能起到激勵節點的作用，通過遵循共同的規則預先打包幾乎完全一樣的區塊體。??

2、如果節點預測的交易略有不同，又該如何協調成一致。由于區塊鏈是在去中心化的P2P網絡上運行的，因此不同節點上的交易很可能是不同的。因此，即使所有節點都遵循相同的規則來選擇交易并預先打包成區塊體，這些區塊體也可能是不同的。值得注意的是，在以太坊中，區塊體中單個交易的差異或是打包順序的差異都可能導致區塊頭中驗證摘要信息的不同。當節點選擇的交易以及排序略有不同時，一旦在區塊到達時需要重新排序并重新驗證所有的交易，BBP就會失效。因此，新方案要能在新區塊到達之前就能使不同節點做出的交易預測達到一致。

3、如何在預驗證過程中處理一些尚未得到的信息。由于在新區塊到達之前，用于驗證區塊的一些信息可能還無法知曉，因此區塊就無法執行完整的預驗證。例如，某些交易可能會涉及到與礦工相關的Coinbase地址，但在每個節點的預驗證過程中卻無法事先知道哪些礦工最后會成功。因此，為了能夠保證整個流程的一致性并且使TPS最高效，BBP的預驗證過程還必須要能解決此類交易中產生的難題。

BBP技術的提出者對如何解決上述技術問題給出了當前的方案，并在大規模區塊鏈網絡上對BBP進行了實驗。結果表明，BBP的區塊全網傳播時間比以太坊減少了4倍。

結語：當前，區塊鏈網絡中的區塊傳播與驗證時間制約了TPS性能。此外，由于許多提高TPS的解決方案是以降低安全性為代價，因此如何在TPS和安全性之間做出平衡也是急需解決的一大難題。與以太坊上的協議相比，帶有預驗證機制的隱形區塊傳播可以在不影響安全性的情況下，將區塊傳播速度提高。更重要的是，BBP的區塊傳播時間幾乎與區塊中的交易數量無關。因此，TPS將不再受到區塊傳播的制約。實際上，在實施BBP時，相當于只插入了一個預打包的區塊體模塊和一個預驗證模塊作為對交易池的擴展，因此BBP與其它下層和上層的區塊鏈技術是完全兼容的。最后，實驗結果也證實了BBP在TPS的擴展性方面具有相當卓越的性能。因此，我們對于BBP在真實區塊鏈系統中的表現抱有極大的期待。

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