擴容方案 I

接下來一個系列，我們會來談一個大家都聽過，卻又似懂非懂的主題：擴容技術。這是一個稍微技術一些，但要理解目前區塊鏈世界繞不過的主題，就讓我們開始吧！

[ 簡介 ]

在評斷某條鏈的性能時，最重要指標是交易手續費以及交易速度。大家都希望有更快的交易速度與更低的手續費。因為整個區塊鏈產業的快速發展，很多才沒幾年前設計出來的架構，放到幾年後就已經顯得過時，也產生了許多對於性能升級的需求。

要提高效能，能從Layer 1或Layer 2去著手。L1擴容指的是在區塊鏈基層協議上改進，L2擴容指的是去再想辦法弄一條鏈，架在L1之上，讓它能夠與L1互動，用各種方始減輕主鏈的負擔。

從Layer 1上著手是釜底抽薪的作法。例如可以直接不用Blockchain，改成DAG、Holochain、Hashgraph等等技術來實現DLT。或是改用一個更強調性能的共識機制，例如Solana採用的PoS + PoH組合，這邊可以參考之前談共識機制的文章。

L1擴容的另一個思路是調整一條鏈的底層參數，有兩種最簡單的方式：「增加每個Block的儲存空間」，目前Bitcoin是1MB，Ethereum大概是15M gas；或是「縮短塊與塊之間的時間」，Bitcoin是10分鐘，Ethereum大約是12秒。

但這兩種方式都對節點有更高的要求：需要更強更大的硬體設備，以及更快的網路速度。這會導致符合規定的節點數變少，也就是變的不那麼去中心化。這涉及了設計理念的問題，反正以太坊發展到目前為止，給「去中心化」更高的優先級。之前BSC被駭的時候，幣安能停機來處理，究其本質就因為它一點都並不去中心化，當然，多去中心才叫做去中心，以及我們到底需要怎樣程度的去中心，都是個哲學問題。

所以之前講的三難問題，都是針對L1層面來說的。要進行L1的擴容，可以透過更新節點來進行升級，但這種更新不是強制性的，節點自己能選擇要不要更新，所以會產生分岔。如果更新過的與不更新的節點無法進行互動，我們稱之為硬分叉。相對的，如果更新過的與不更新的節點還能繼續互動，我們稱之為軟分叉。有關分叉的內容可以參考之前《黑話》那系列的文章。

L2的擴容技術就更五花八門了，最常聽到的有：Plasma、zk Rollup、Optimistic Rollup等等，別怕，我們接下來都會談到。

總的來說，一條鏈可以有的優秀品質包含了：reliability、security、efficiency、privacy。在分析一個擴容方案的時候，心中記著這四點，再看這個方案在其之間做了怎樣的取捨，就能快速對一個擴容方案有所掌握。接著讓我們來針對一些知名的擴容方案吧！

[ Bitcoin上的擴容 ]

• 現在Bitcoin的TPS大約是3左右，手續費則是1鎂附近。這東西是動態的，大概知道個數量級就行。
• Bitcoin上增加每個Block容量的提案是一個硬分叉，接受的節點分出去的鏈被叫做比特幣現金(BCH)，而沒有接受升級的就還是原先的BTC。
• 隔離見證(Segregated Witness)：喜歡把一切詞彙簡稱的工程師也把它稱為SegWit，主要概念就是把Signature這個欄位的資料拿到其他地方去做，讓Block上每一筆交易的資料簡化，降低每一筆交易佔用的空間，以達到更高的TPS。
• 在比較複雜的情況下，Signature可以佔到所有資料的3/4，也就是剔除之後，理論上TPS可以上升四倍，算是一個短期的擴容方案。這個軟分叉，在2017年的時候已經被實施。
• BTC上還有過的知名軟分叉是Taproot，這是一個底層密碼學上的升級，可以簡單理解成，透過採用新的密碼架構，可以降低複雜交易的數據量，讓複雜交易看起來跟簡單交易很像，達到增強隱私性的效果。
• Bitcoin上還有過一個東西叫做Lightning Network(閃電網路)，因為Ethereum上也做過類似的方案，且讓我們放到後面一起講。

[ Ethereum上的擴容方案 ]

• Ehereum在Layer 1的升級上，除了大家熟知的從PoW轉換到PoS之外，目前的計畫主要是想引入分片技術（Sharding）。
• 在L2擴容的方案上有：Payment channel、側鏈 Sidechain、等離子體 Plasma、zkRollup、Optimistic Rollup、Validium、Volition。在寫這一篇的當下（2022.10），前三個基本被淘汰，zkRollup跟Optimistic Rollup是當下的主流，而最後兩種有點像是zkRollup跟Optimistic Rollup的小改版。

[ 分片 Sharding ]

• 困難度高，但如果真的成功，算是個一勞永逸的方案。
• 概念就是把所有的節點平均且隨機的分組，一組就是一個分片，每個分片能夠獨立的去處理交易、驗證交易、執行合約。
• 所以理論上，把Ethereum分成N片之後，效能應該要可以變成N倍。
• 困難點一是分片與分片之間如何溝通，如何去相信那些它自己沒有經手驗證過的交易資料？困難點二是分片之後，每個分片中的節點數等於是變少了（與不分片相比），也可以理解成更中心化，這樣受到51%算力攻擊的可能性也會大大上升。
• 前者目前是朝向結合用zk proof去做：分片可以提出一個證明（proof），在理論上，那個分片就是可以被相信的。後者主要是通過隨機分配節點，加上隨機的分配需要驗證跟執行的交易請求，讓一群同夥剛好在同個分片中，一起作惡的機率降低。
• 分片是被放在以太坊2.0的升級計畫路線圖中的，讓我們拭目以待吧。

希望這一篇可以讓你對擴容到底想要做什麼有一個初步的理解，今天就先說到這邊，我們回頭見，Be Happy & Stay Tuned！