为什么比特币会扩容？为什么扩容是区块链最大的问题
区块链平台目前存在的问题可以通过一个简单的类比来说明：
21 世纪初，互联网的速度非常缓慢。那时候，如果你有一个博客，用户访问它既费时又费钱。人们注意到了这个问题，也认识到了互联网的用处。为了解决这个问题，已经做出了许多努力来改进互联网的基础设施和设计。与此同时，人们构建了更强大的硬件来运行这些互联网基础设施。
由于这些改进，互联网变得更快、更便宜。以前，开发人员只能创建一个网页。但现在，开发人员可以在改进的基础设施上构建 Facebook、Google 和 Twitter 等网站。所有这一切都是可能的，因为互联网的速度和容量已经大大提高。
区块链技术也面临着类似的问题——速度慢且成本高。
许多区块链公司致力于构建可扩展的基础设施，以便区块链平台成为未来的主流。一旦那一天到来，人们不仅可以使用区块链进行支付，还可以在其上构建类似于 Google 和 Facebook 的应用程序。
01 区块链与扩容问题
在解释扩容问题之前，必须先解释一下吞吐量的概念。假设你在火车站等车，每列火车相隔一小时，你只能做10个人。一旦火车满员，第十一位乘客只能等待下一趟。打个比方，乘客代表交易，像比特币或以太坊这样的普通区块链平台平均每秒可以处理大约 10 笔交易。
相比之下，VISA 等支付公司目前平均每秒处理 5,000 到 8,000 笔交易。处理任务的速率称为吞吐量。与 Visa 等支付平台相比，区块链平台目前的吞吐量非常低。
现在假设您在同一个火车站，但这次还有 100 人想乘火车。火车来了，售票员看着人群说：“出钱最多的10个人可以上车。”你很赶时间，所以要花很多钱才能上火车。
由于区块链平台的低吞吐量，交易费用不断上涨。例如，在拥挤的区块链平台上，10 美元的交易可能需要 2 美元的交易费。因此，缓慢和高成本是互联网主流交易向区块链平台迁移的巨大障碍。
02提高产能扩张
为了提高区块链平台的主流接受度，需要对这些平台进行扩展。区块链公司为此提出了多种解决方案。
2.1增加块大小
最直接的方法是增加块大小。回到火车的类比，这意味着将火车的容量从 10 人增加到 20 人。这样一来，火车可以在给定的时间运送更多的乘客，从而减少车站的拥堵。
比特币当前的块大小为 1MB，将其增加到 2MB 将使其每秒处理量翻倍。块越大，每秒的吞吐量越高。
但这在实践中是有问题的，假设你将块大小从 1MB 增加到 1GB，当你创建一个块时，你必须将它交付给网络中的其他人，网络无法快速处理巨大的文件。就像你使用电子邮件时，当你上传一个大文件时，邮箱不会接受它。这就是增加块大小的问题，你不能超过某个临界点，所以这个解决方案的力量是有限的。
2.2 个链下解决方案
第二种可能是链下解决方案，比如比特币的闪电网络、以太坊的雷电网络、Neo本体网络。
在当前情况下，每笔交易都必须由网络中的每个节点进行验证。 （节点是运行算法和处理事务的计算机。
例如，如果你想在一个月内每天从某家咖啡店购买一杯咖啡，咖啡的价格是 1 美元，但每天在网络上 1 美元的交易非常昂贵，而你却没有。不想为了 1 美元的交易而拥挤网络。所以你和咖啡馆老板签订了合同。合同规定您每天支付 1 美元的代币购买咖啡。您向网络发送一笔交易以标记合同的开始，并在 30 天后发送另一笔交易以标记合同的结束，之后咖啡馆老板可以在网络上以 30 美元的价格交换这 30 个代币。
因为这些是在区块链网络之外发生的私人协议，所以它们被称为链下解决方案。这种交易系统的缺点是整个过程都集中在托管这些链下交易的服务器上，另一方面，这些链下网络也是黑匣子，其透明度和安全性值得怀疑。
2.三代理共识协议
目前在区块链网络上处理速度非常慢，因为网络中的每个节点都必须参与处理。如果网络中有一千个节点，那么网络中的每一笔交易都必须有一千个节点参与处理。
如果一个社区有1000个人，每个人都必须同意，这个过程不仅漫长，而且非常混乱。反之比特币文件存储方式，如果你从社区中选择 10 位代表，任命他们为社区管理员，让这 10 人投票和达成共识会更快更容易。
同样，你可以委托一组节点运行协议并就交易达成共识，代理节点的共识将代表社区的共识。
大多数可扩展的区块链项目都使用此协议。为了加入治理联盟，社区成员必须注册兴趣并通过测试（称为权益证明或权威证明）。如果他们成功通过，他们将被授予加入治理联盟的权证并运行共识协议。
2.4分片技术
分片技术是一种链上扩展方案，将网络分割成碎片。但是分片在数据库世界中并不是一个新概念。分片技术将大型数据库划分为更小、更快、更易于管理的部分，称为数据分片。
为了展示它是如何工作的，现在假设您有五个步骤的问题。
假设一个班有 10 名学生可以帮助你解决问题，问题可以分为 5 个平行的步骤。因此，您将班级分成 5 组，每组两人，每组解决一个子任务。
一旦一个小组完成了它的子任务，信息就会传递给老师，老师将总结所有五个小组的答案，并将完整的答案传递给所有小组。这样，即使每个小组都专注于他们的子任务而不知道其他小组在做什么，最终所有参与者都会得到答案。
在本例中，学生是网络上的节点。类是网络中的所有节点，组是分片。教师代表目录服务委员会 (DS)，它本身就是一个分片。
如果将比特币网络比作一个学生必须自己解决每一步的教室，那么每个参与者都需要更长的时间和更多的负担。
但是使用网络分片，如果你有 10,000 个节点，通过工作量证明的过程，它们会被随机分成 10 组，每组称为一个分片。每个分片处理一组不同的数据，并在组内达成一致的答案。然后每个分片将这些数据的汇总报告提交给一个称为目录服务委员会的分片，该分片会编排来自不同分片的数据汇总，并将它们组合成一个更大的数据集，称为最终块，最终块的数据将返回给所有分片。
从以上分析可以看出，分片技术是一种去中心化、安全的链上扩容方案，具有线性扩容能力——即节点越多，吞吐量越高。
分片技术有两种：网络分片和状态分片。以太坊正在开发的技术是状态分片。这两种技术的区别在于，在网络分片中，不是每个节点都必须处理每一条信息，而是每个节点都必须存储网络中其他分片的信息；如果使用状态分片，每个节点都只存储他们自己处理的信息的一个子集，虽然这减轻了每个节点的负担，但分片之间的互通变得复杂。
03 分片的缺点是设计和部署的复杂性
部署一个简单版本的分片很容易，但很难正确和安全地运行，这就是为什么现在很少有团队致力于它的原因。与最简单的方案相比，增加块大小只需要调整一个参数——块大小，然后吞吐量就会增加。但是当引入分片时，有很多事情需要考虑。
如何合理划分群成员？如何分配任务？所有这些都给系统带来了复杂性。但如果做得好比特币文件存储方式，系统将是分布式的、安全的和线性可扩展的。
04宽带和存储容量是所有扩容方案的通病
对于比特币和以太坊等区块链平台，也就是说，由于吞吐量低，问题并不严重。比特币和以太坊每秒处理 10 笔交易，按照目前的速度，一年内的所有交易数据将达到数 GB。
但是，当我们每天处理数亿笔交易时，数据会爆发。为了存储所有这些数据，我们必须找到更好的存储解决方案，这不是网络分片可以直接解决的问题。
