Layer 2扩容方案能解决区块链阿克琉斯之踵吗

造成目前区块链应用项目无法大规模落地的一个重要瓶颈就在于公链项目的可扩展性有限，而这是由分布式系统的不可能三角理论所决定的。不可能

造成目前区块链应用项目无法大规模落地的一个重要瓶颈就在于公链项目的可扩展性有限，而这是由分布式系统的“不可能三角”理论所决定的。“不可能三角”可谓是公链项目的阿克琉斯之踵。而事实上，“不可能三角”是针对单个公链项目而言的。区块链分层模型正是致力于通过重新设计技术架构，以期突破“不可能三角”问题。

Layer 1层链上改进重心放在安全性和去中心化上，在性能上有所取舍。Layer 2层链下改进重心放在性能和安全上，对去中心化有所取舍。Layer 1层上能够改进的方向非常明确但相对有限，Layer2层是未来区块链扩容的主力方向。而跨链是Layer2层上最具前景的区块链扩容方案。

本期算力智库遴选出两家业内领先的专注于跨链技术的公司——Polkadot和万维链进行对比分析，以期呈现出区块链跨链领域的最新发展动态，供大家参考。

【核心观点】

“不可能三角”可谓是公链项目的阿克琉斯之踵。事实上，“不可能三角”是针对单个公链项目而言的。区块链分层模型正是致力于从架构设计角度突破“不可能三角”问题。

Layer 1层上能够改进的方向非常明确但相对有限，Layer2层才是未来区块链扩容的主力方向。而跨链是Layer2层上最具看点的区块链扩容方案。

Polkadot中验证人是一个高权限又中心化的角色，存在中心化风险。分布式秘钥控制对智能合约的实现要求较高，现阶段智能合约无法实现分布式运算和多触发机制。

Polkadot白皮书对于细节性的实现逻辑还未展开和进行可行性的验证。万维链接连两次路线图规划延期，也一定程度上反映了分布式秘钥控制技术实现的难度。

公链项目的阿克琉斯之踵——“不可能三角”

造成目前区块链应用项目无法大规模落地的一个重要瓶颈就在于公链项目的可扩展性有限，而这是由分布式系统的“不可能三角”理论所决定的。所谓“不可能三角”，区块链系统无法同时提高去中心化、安全性、可扩展性三个属性，区块链系统在去中心化、安全性、可扩展性三个属性中必须有所取舍，划分出优先级，或者达到动态最优。“不可能三角”可谓是公链项目的阿克琉斯之踵。

“不可能三角”理论

图片来源：算力智库研究院

区块链扩容方案——分层模型

事实上，“不可能三角”是针对单个公链项目而言的。区块链分层模型正是致力于通过重新设计技术架构，以期突破“不可能三角”问题，主要包括三个一级层级，分别是Layer 0(数据传输层)、Layer 1(底层账本层)和Layer 2(应用扩展层)。

区块链分层模型

图片来源：算力智库研究院

Layer1层链上改进是将区块链技术底层账本和上层应用分离，底层账本的重心放在安全性和去中心化上，在性能上有所取舍。

Layer 2层链下改进是基于区块链的底层账本技术之上的应用型扩展，重心放在性能和安全上，对去中心化有所取舍。

Layer 2层——区块链扩容的主力方向

Layer1层主要通过网络层的验证机制改进、数据层的数据区块大小调整、链式结构的优化以及共识机制改进等方法来提升性能。整体而言，Layer1层上能够改进的方向非常明确但相对有限，Layer 2层才是未来区块链扩容的主力方向。Layer2层的改进方案主要包括侧链/跨链、状态通道、Plasma等等。

Layer 2层改进方案

图片来源：算力智库研究院

跨链：Layer 2层上最具看点的区块链扩容方案

跨链是Layer2层上最具看点的区块链扩容方案。跨链是泛指两个或者多个不同链上的资产和状态，通过一个可信机制，互相转移，互相传递，互相交换。跨链本质上是一套链和链之间的清算机制。

当前跨链解决方案的技术难点主要集中在以下两个方面：

跨链交易验证问题

跨链交易验证的本质是一个Oracle问题。跨链的消息是一个外部信息(Oracle)，必须要额外设计一套Oracle机制来辅助验证这个外部信息是否真实。

目前，常见的跨链交易验证机制有：(1)公证人验证机制，典型代表是Ripple;(2)区块头Oracle+SPV(简易验证)模式，典型代表是BTCRelay。

跨链事务管理问题

跨链交易往往包含多个子交易，由此构成一个事务。跨链事务管理最需要解决的问题是如何保证交易的原子性。所有子交易要么都成功，要么都失败。也即是遵循所谓的价值守恒定律：原链上的token总量不会因为跨链而减少或增多。

目前，常见的跨链事务管理解决方案主要采用哈希时间锁技术，典型代表是闪电网络。

整体而言，目前主流的跨链技术主要包括四大类，分别是公证人机制、哈希锁定技术、侧链/中继技术、分布式私钥控制。

图片来源：算力智库研究院

Polkadot：中继技术

Polkadot是一个异构的多链系统，由多条异构的区块链与跨链组件组成，支持众多高度差异化的共识系统在完全去中心化的网络中交互操作，允许去信任地相互访问各区块链。在Polkadot结构中，收集人负责从原链中收集需要中继的交易，打包成一个区块，然后将区块提交给中继链中负责验证该链的验证人，验证通过后，路由转发交易给目的链。

Polkadot系统结构

图片来源：Polkadot

Polkadot通过多种角色的划分与分组来实现去信任的验证机制，基本角色划分如下：

验证人：参与记账共识，并且验证平行链上的数据;

提名人：为验证人提供押金和信用背书;

收集人：采集平行链上的数据并且提交给验证人;

钓鱼人：作为赏金猎人，监督其它参与者的恶意企图。

万维链：分布式密钥控制技术

分布式密钥控制技术本质上属于公证人机制的升级版，采用分布式私钥生成和控制技术来生成原链的锁定账户，然后将相应资产映射到自己的链上。其利用密码学中的分布式密钥生成算法和门限签名技术保证了跨链过程中资产锁定和解锁由系统参与共识的所有节点决定，并且在此过程系统中的任何节点或者少数节点联合都无法拥有资产的使用权。

万维链的锁定账户机制采用多方安全计算和门限密钥共享技术生成锁定账户，将原链上的数字货币锁定在锁定账户中，然后把另外一条链的托管账号让万维链对它进行去中心化的控制和操作。只要把别人的资产发到那个账号，就会得到一个代理Token，代理Token在万维链上自由流通，各种各样的金融交易就可以在万维链上实现。

万维链模型图

图片来源：万维链

Polkadot vs 万维链

算力综评

Polkadot中验证人是一个高权限又中心化的角色，如何监督举报验证人，防止收集人与验证人的合谋等诸多细节问题需要精心设计。分布式秘钥控制对智能合约的实现要求较高，现阶段智能合约无法实现分布式运算和多触发机制。

Polkadot白皮书对于细节性的实现逻辑还未展开和进行可行性的验证。万维链接连两次路线图规划延期，也一定程度上反映了分布式秘钥控制技术实现的难度。

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