内容
入口
区块链可扩展性问题
什么是链下扩容解决方案？
侧链简介
什么是侧链？
侧链如何运作？
为什么使用侧链？
进入支付渠道
支付渠道是什么？
支付渠道如何运作？
付款转发
最新想法
入口
可扩展性通常是指系统扩展以满足不断增长的需求的能力。在计算机上，您可以通过升级硬件以更快地执行某些操作来提高计算机的性能。在区块链可扩展性中，我们谈论的是增加系统的容量，以便它可以处理更多的交易。
像比特币这样的协议有很多优点，但可扩展性并不是其中之一。如果比特币在集中式数据库上运行，那么管理员将很容易提高速度和效率。但比特币的价值主张（例如，抗审查性）需要大量参与者同步区块链的副本。
区块链可扩展性问题
成为比特币节点相对便宜，即使是最简单的设备也可以做到。然而，由于数千个节点必须相互保持最新状态，因此节点容量存在一定的限制。
为了防止数据库过度增长，对链上可以进行的交易数量施加了上限。如果数据库增长太大太快，节点将很难跟上。而且，如果块太大，则无法通过网络快速传输。
结果，我们发现自己陷入了瓶颈。区块链可以被认为是一列以特定时间间隔出发的火车。每节车厢都有一定数量的座位，乘客必须支付较高的价格才能获得车票。如果大家都想同时上车的话，票价会很高。同样，在充满待处理交易的网络上，希望交易快速包含的用户必须支付更高的交易费用。
一种解决方案可能是使货车更大。这意味着更多的座位、更高的效率和更便宜的票价。然而，不能保证席位不会像以前一样立即被填满。就像区块或区块气体限制不能无限扩展一样，货车也不能无限扩展。另一个解决方案是让节点保持在网络上的成本更高，因为节点需要更高成本的硬件来保持同步。
以太坊创始人 Vitalik Buterin 创造了可扩展性三难困境的概念来解释区块链面临的挑战。根据 Buterin 的理论，协议需要在可扩展性、安全性和去中心化之间取得平衡。这三者是互相矛盾的。例如，如果过于关注其中两个特征，第三个特征就会被削弱。
出于这个原因，很多人认为安全性和去中心化应该在区块链本身上最大化，而可扩展性可以在链下实现。
什么是链下扩容解决方案？
链下扩展是指允许在不阻塞区块链的情况下进行交易的方法。用户可以通过添加到链上的协议发送和接收资金，他们的交易在主链上不可见。我们将讨论这两个最重要的进展：侧链和支付渠道。
侧链简介
什么是侧链？
侧链是一个单独的区块链。然而，它本身并不是一个平台，因为它以某种方式与主链相连。主链和侧链是互操作的，这意味着资产可以自由地从一条链转移到另一条链。
资金可以通过多种方式在链之间转移。在某些情况下，资产可以通过存入特殊地址来与主链分离。这些资产并没有真正发送到另一个链，而是被锁定在地址中，并在侧链上开采相当于资产数量的金额。更直接的方式（也是中心化选项）是将资金发送给托管人，然后由托管人将存入的金额转换为侧链上的资金。
侧链如何运作？
假设爱丽丝有五个比特币。他想将这些转换成比特币侧链上的五个等值单位（我们称之为侧币）。该侧链采用双向迁移的方式，即用户可以将资产从主链转移到侧链，也可以从侧链转移到主链。
我们说侧链是一条独立的区块链。因此，它有不同的区块、节点和验证机制。爱丽丝将她的五个比特币发送到另一个地址以接收她的副币。这个地址的所有者可能是在比特币到达他之后将这五个币发送到Alice的侧链地址的人。或者，该地址可以采用信任最小化的布局，软件可以检测到付款已完成并自动存入侧币。
爱丽丝现在已经兑换了她的副币，但可以随时逆转该过程以取回她的比特币。现在它已经进入了侧链，它可以开始在这个单独的区块链上进行交易。它可以向其他人发送侧币或从这些人那里接收侧币，就像在主链上一样。
例如，他可能会向鲍勃支付一枚硬币来购买一件币安帽衫。当他想返回比特币时，他将剩余的四个辅助币发送到一个特殊地址。一旦交易被确认，四个比特币将被解锁并发送到爱丽丝控制的主链上的地址。
为什么使用侧链？
您可能想知道这一切的意义是什么。为什么爱丽丝不选择使用比特币区块链？
答案是侧链可以做比特币做不到的事情。区块链是精心设计的交换系统。尽管比特币是最安全、最去中心化的加密货币，但就效率而言，它并不是最成功的。尽管比特币交易比传统方法更快，但与其他区块链系统相比仍然很慢。每十分钟就会开采一次区块，当网络拥塞时，交易费用可能会变得相当高。
坦率地说，对于日常小额支付来说，可能不需要如此高的安全级别。如果 Alice 正在为一杯咖啡付款，她就不能在收银台等待交易得到确认。他占据了收银台的位置，当交易被确认时，他的咖啡已经凉了。
侧链不受相同规则的约束。事实上，他们甚至不需要工作量证明来工作。您可以使用任何共识机制，信任单个验证器，或根据需要更改任意数量的参数。您可以添加主链中未包含的升级，产生更大的区块，并加快支付速度。
有趣的是，侧链可能存在严重的软件漏洞，但不会影响主链。这使得侧链平台可用于实验工作，并可以向这些链添加通常需要大多数网络共识的功能。
鉴于用户对他们的交易感到满意，侧链可能是有效扩展的重要一步。不要求主链节点将所有交易存储在侧链上。 Alice可以通过一笔比特币交易进入侧链，进行数百笔侧链交易，然后退出侧链。就比特币区块链而言，Alice只进行两笔交易，一笔输入和一笔输出。
以太坊的 Plasma 类似，但也有一些重要的区别。了解更多 什么是以太坊等离子？您可以在我们的文章中找到它。
进入支付渠道
支付渠道是什么？
在可扩展性方面，支付通道与侧链具有相同的用途，但它们本质上是非常不同的机制。支付渠道将交易移出主链，以避免堵塞区块链，类似于侧链的做法。然而，与侧链不同的是，这些通道不需要单独的区块链来运行。
支付渠道使用智能合约，因此用户无需将交易广播到区块链即可进行交易。它通过使用两个参与者之间的软件支持的合同来实现这一点。
支付渠道如何运作？
在闪电网络等流行模型中，硬币首先存入两方共同拥有的地址。这是一个多重签名地址，需要两个签名才能使用资金。因此，如果爱丽丝和鲍勃创建了这样的地址，则未经双方确认就无法转移资金。
假设他们都向一个账户存入了 10 BTC，而该账户目前有 20 BTC。对于 Alice 和 Bob 来说，持有一个电子表格是很容易的，该电子表格首先声明他们拥有 10 BTC。如果爱丽丝想给鲍勃一枚硬币，他们可以更新电子表格，说爱丽丝有 9 个比特币，鲍勃有 11 个比特币。他们不需要将交易发布到区块链，同时仍然以这种方式更新余额。
一段时间后，假设 Alice 有 5 BTC，Bob 有 15 BTC。在这种情况下，他们可以创建、签署和发布交易，将余额发送到各方的地址。
Alice 和 Bob 可能会在他们的电子表格中保存数十、数百或数千笔交易。但在区块链的情况下，它们只执行两个链上交易：初始资金交易和完成后的最终余额变动。除了这两项之外，所有其他交易都很便宜并且几乎是即时的，因为它们发生在链外。无需支付矿工费，也无需等待区块确认。
当然，上面提到的例子需要两方合作，这对于互不认识的人来说并不理想。然而，可以使用特殊机制来惩罚试图作弊的各方，以便各方可以安全地相互交互而无需信任。
付款转发
毫无疑问，支付渠道对于进行大量交易的两方来说是有用的。但支付路由更进一步。可以创建一个支付渠道网络，这意味着爱丽丝可以向与她没有直接联系的一方付款。如果Bob与Carol有一个开放的通道，如果有足够的容量，Alice可以向Carol支付费用。他将资金转入鲍勃的渠道，然后鲍勃将这些资金转移给卡罗尔。如果卡罗尔与另一位参与者丹联系，同样的事情可能会再次发生。
这样的网络可以成为一个分布式结构，其中每个人都连接到多个对等点。在这种类型的结构中，通常有多种路径到达目的地，用户可以选择最有效的一条。
最新想法
我们讨论了两种扩展方法，允许在不创建基础区块链负载的情况下进行交易。侧链和支付通道技术尚不成熟，但想要克服基础层交易中出现的问题的用户正在越来越多地利用这两种解决方案。
随着时间的推移，越来越多的参与者加入到网络中，继续维持去中心化非常重要。这只能通过对区块链的增长设置限制来实现，从而确保新节点可以轻松加入。链下扩容解决方案的支持者认为，随着时间的推移，主链将仅用于高价值交易或进入/退出以及打开/关闭侧链通道。
