算力的扩展

在加速交易时用到的layer2通道，还可以执行通用的EVM代码，是算力扩展的最简单方式。双方参与的交易不仅可以在闪电网络快速的执行，双方参与的应用程序也可以在Layer2通道运行，称为通用状态通道。比如有两个人要下一盘围棋，并且以1ETH为赌注。那么他们每人提取1ETH充值到通用状态通道的共同账本，总额为2ETH。同时围棋的代码也被加载到这个通道，只要双方对代码无疑义，就可以开始下棋。对弈结束以后，获胜的一方提取这2ETH并且同步到主链以完成确认。在单纯的交易场景下，如果一方反悔，交易金额会回退。但是在执行代码过程中反悔，情况要复杂一些，需要在特定执行步骤获取执行方签名以便最终仲裁。下围棋这种回合制的程序是非常合适的场景，因为每一步落子都可以进行签名和主链广播。主链有一个冲裁智能合约，对参与方的身份和执行流程进行验证，以便在出现分歧时做最终裁定。所以通用状态通道这种形式的算力扩展，主要适合离散的状态机代码，比如交易，回合制游戏等等。而且需要限制参与人数，并且对各参与方的网络链接稳定性有要求。

上述理念还可以进一步推广，就是以太坊的Plasma项目。他使用MapReduce的机制从主链生出子链，子链还可以再生，子链以主链为root做中转。子链使用自己的高效共识模式，比如Proof of Authority(PoA)。资产必须先在主链生成再传递给子链，在子链完成复杂计算并同步回主链。这样子链的计算更快而且成本更低。如果发生恶意子节点，有两层防御：首先任何人都可以先发起fraud proof，证明false block的存在，执行子链回滚，类似下围棋回到上一步。然后如果子链信息不全，无法证明fraud，那也可以直接发起Proof of Funds，把资产提回主链，类似这盘棋重赛。使用类似原理的还有独立项目Lisk，除了支持侧链以外，还支持JavaScript等开发者社区更加普及的语言，开发者也是算力扩展的基础。

不论对开发者多么友好，或者分裂更多的侧链，最后仍然会面对主链的性能扩展。开放类型的EVM代码还是要运行在每一台参与验证的矿机上，我们称其为Layer1的扩展。其中sharding 分布式是目前探索最多的方向。该技术来源于数据库，将需要执行的计算或者数据进行分区。在区块链里，就是将需要验证的交易或者智能合约分配给不同的矿工群来负责。Prysmatic团队提出了一个两步走的sharding方案，新加坡的Zilliqa团队也有基于新加坡国立研究的BFT容错的Secure Sharding protocol版本，但扩容的同时只能承受25%的恶意节点。因为我们在分区时，削弱了全网认证的安全性，分区内的交易只被选取的一部分节点认证，如果分配不小心，碰巧这些节点有串通，那交易将面临风险。所以sharding的难点有两个：第一个是保证分配过程的随机性，在区块链系统里，这个随机性需要整个分布式网络来保证，否则非常容易被恶意节点操纵，定向攻击某些交易。目前有一套RANDAO方案，具有预防串通和懒节点的优化。第二个难点是分区管理和验证的机制，需要Validator验证节点来管理验收，而由可靠随机方案推选的Collator工作群来分工处理不同批次的交易。可以说所有大型商业项目都需要这种性能扩展，否则无法支持现实场景的大并发。月活2亿的Telegram发起的区块项目TON里也明确了sharding的计划。此外还有野心巨大的Cardano（主要负责人 Charles Hoskinson是原以太坊联合创始人）声称兼具POS、递归网络、账本分区（Partitioning）和侧链（SideChain）等等的多级提升。