区块链可扩展性一直是热门话题。几乎所有的区块链网络都将每秒交易量作为卖点。然而，TPS不是比较区块链网络的有效指标，这也使得评估它们的相对性能成为一个挑战。此外，高TPS通常是有代价的。这就提出了一个问题:这些网络真的有那么大的可扩展性，还是仅仅提高了吞吐量？
首先，让我们看看如何定义可伸缩性，为了实现可伸缩性做了哪些权衡，以及为什么有效性被证明是可伸缩性的最终解决方案。
并非所有的交易都是平等的。
首先，我们必须确保简单的TPS指标不是可扩展性的准确衡量标准。
为了补偿执行交易的节点，区块链将根据链上的计算收取一定百分比的费用。在以太坊中，计算负担的复杂度是用gas来衡量的。由于用gas来度量交易复杂性非常方便，所以这个术语在本文中也适用于非以太坊区块链，尽管它通常是以太坊专有的。
交易复杂度有显著差异，对应的Gas也是如此。比特币是无信任点对点交易的先驱，只支持基本的比特币脚本。这种简单的地址到地址的传输消耗很少的汽油。相比之下，以太坊或Solana等智能合约链支持虚拟机和图灵的完整编程语言，允许更复杂的交易。因此，像Uniswap这样的DApp需要更多的汽油。
这就是为什么在不同的区块链之间比较TPS是没有意义的。相反，我们应该比较计算能力或吞吐量。
所有区块链都有块大小和块时间，这决定了每个块可以处理多少个“计算单元”以及新块的速度。这两个变量共同决定了区块链的吞吐量。
什么限制了可扩展性？
区块链的最终目标是实现一个分散的、包容的网络。要实现这个目标，有两个特点必须注意。
硬件要求
区块链网络的分散性由网络中最弱的节点决定，以验证区块链及其保持状态的能力。所以运行一个节点的成本要尽可能的低，这样才能让更多的个体成为不可信网络中的非授权参与者。
国家增长
增长是指区块链的增长率。单位时间内区块链的吞吐量越大，区块链的增长速度越快。所有节点都存储网络历史，并且它们必须能够验证网络的状态。通过使用树等高效结构，以太坊的网络状态可以被存储和引用。随着状态的增长，新的叶子和分支被添加到其中，使得执行某些动作变得越来越复杂和耗时。随着链的增长，节点执行的最坏情况会恶化，这将导致验证新块的时间增加。随着时间的推移，这也会增加同步整个节点的总时间。
验证可扩展性
验证可扩展性是一种在不增加硬件成本和节点负担的情况下提高吞吐量的方法。具体而言，它指的是有效性证明等密码创新，这些创新让区块链得以可持续发展。
什么是有效性证书汇总？
证明了Rollup将计算和状态存储转移到链中，链中只保留少量特定数据。基础区块链上的智能合约维护汇总的状态根。在Rollup中，一批高度压缩的事务和当前状态根一起被发送到一个证明者链。证明者计算事务的有效性证明、生成的结果和新的状态根，并将其发送给链中的验证者。验证者验证有效性，存储汇总状态的智能合约将其更新为验证者提供的新状态。
证明有效性。在相同的硬件要求下，如何扩展Rollup？
证明者确实对硬件要求很高，但不会影响区块链的去中心化，因为交易的有效性是由数学上可验证的证明来保证的。
重要的是核实证明的要求。因为所涉及的数据是高度压缩的，并且大部分是通过计算抽象出来的，所以它对底层区块链节点的影响很小。
验证机不需要高端硬件，批量大小也不会增加硬件要求。节点只需要处理和存储状态转换和少量的呼叫数据。这允许所有以太坊节点使用现有硬件验证有效汇总的批量交易。
交易越多，越便宜。
在传统的区块链中，交易越多，块空占用越多，越贵。这就造成用户在费用市场竞价优先套餐交易。
然而，对于有效性证明汇总，这种动态是相反的。在以太坊验证一批交易是有一定成本的。随着一批交易中交易数量的增加，验证该批交易的成本增长率将呈指数下降。在验证过程中，批处理中的事务数量会增加。虽然批量交易的验证成本增加了，但是单笔交易的成本更便宜，因为总的交易成本是由同一批的所有交易平均分摊的。有效性证明希望在一个批处理中有尽可能多的事务，这样验证成本可以由该批处理中的所有用户平均分担。当批量增长到无穷大时，每笔交易的平均成本将接近于零，即证明有效的交易越多，对每个用户来说就越便宜。
DYdX是由有效性证明驱动的DApp，其批量通常超过12，000个交易。对比以太坊主网与有效性证明，相同交易的耗气量可以看出可扩展性的提升:
在以太坊主网结算一笔dYdX交易:20万气
在StarkEx上结算dYdX交易:少于500 Gas
另一方面，有效性证明了Rollup的主要成本与同批次用户数成线性比例关系。
为什么Optimal Rollup没有大家想的那么可扩展？
理论上，最佳汇总提供了与有效性证明几乎相同的可伸缩性优势。然而，有一个重要的区别。最优汇总是针对一般情况优化的，而有效性证明是针对最坏情况优化的。因为区块链系统在极端对抗的条件下运行，为最坏的情况进行优化是实现安全的唯一途径。
在最佳汇总的最坏情况下，欺诈检查器不会检查用户的交易。因此，为了质疑欺诈，用户必须同步一个以太坊完整节点和一个L2完整节点，并自行计算可疑交易。
在最差的验证汇总情况下，用户只需要同步一个以太坊节点来验证验证，节省了计算负担。
与有效性证明相比，最优Rollup的成本与交易次数成线性关系，而与用户数无关，这也使得其交易成本更高。
最后一个问题——对汇总状态的未授权访问。
用户只需要运行一个以太坊节点就可以保证交易的有效性。但是，用户和开发人员可能出于各种目的想要查看和运行汇总的状态和执行。“索引L2节点”完美地满足了这一需求。它不仅让用户看到网络中的交易，也是生态系统运行所必需的关键基础设施。像Graph、Alchemy和Infura这样的索引器，以及像Chainlink和block browsers这样的预言机器网络，都可以在没有许可的情况下由索引L2节点完全支持。
结论
许多区块链可伸缩性的解决方案错误地关注于增加吞吐量。但忽略了吞吐量对节点的影响:处理块和存储历史网络的硬件需求不断增加，会阻碍网络的去中心化。
并且有效性证明，密码学的出现，在不增加节点成本负担，允许大范围去中心化的情况下，使区块链实现了真正的可扩展性。现在，同样的硬件可以执行更复杂和强大的事务计算。这就扭转了收费市场的困境——有效性证明上的活动越多，越便宜！
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