（博森科技）决定区块链各模块的性能瓶颈和挑战
注：文中来源于@chenxingdotli推文，其阐述了确定区块链技术各模块性能短板与挑战，看看那些好看数据信息其背后的水份。区块链技术的性能提升是一个很热讨论的话题。但是，鉴于区块链系统的多元性，系统化了解性能提升门坎非常高，这也为“性能虚高”带来了室内空间。上有“上百万tps”大跃进运动，时有“80万tps”崩溃链。 因此，希望进行来讲一下确定区块链技术各模块性能短板与挑战，看看那些好看数据信息其背后的水份。 1.网络接口作为一个区块链技术的软件，网络通讯是所有全面的基本，有人把它称之为 Layer 0。 我们将网络接口抽象化为三层：网络建设层、节点相互连接层、广播协议层。每一层全是下一层的前提，每一层的性能全是下一层性能上限。 网络接口的带宽和延迟形成了区块链系统 tps 和 finality 延迟的前提。 1.1 网络建设层 带宽：完全取决于网络设施的高速发展，及其区块链技术节点的配置要求。前些年公有链的网络配置规定一般在 20Mbps 到 100 Mbps.到 2022 年，Aptos 早已规定 1 Gbps 互联网带宽了。总而言之，带宽规定越大，节点门坎越大，越去中心化。 延迟：延迟有一个改善的极限值，便是光的速度。互联网技术里的传送延迟比光的速度延迟要更大一些。Conflux 以前测量的洲际酒店节点延迟可以达到 200-300ms。假如就是那种全部节点都在一个大数据中心的“主机房链”，延迟忽略不计。 1.2 节点相互连接层 节点连结层主要是通过隔壁邻居节点之间通讯完成网络里消息广播。 带宽：一般情况下，节点相互连接层会获得接近网络建设层带宽。还可以选择放弃带宽来减少延迟：比如，当要广播一条消息时，与此同时发送给全部隔壁邻居（带宽规定翻几倍），而非发了一个发了下一个。 延迟：信息广播延迟和节点总数相关，节点越大，延迟越大。 现阶段BTC和以太币大约有几千个节点。依据我们自己的试验，假如各大网站有一万个世界各地节点，广播延迟中位值 3~6 秒，较大能致 15 秒。通过一些协议书提升，较大延迟还可以再减少一半。 而一些声称确定延迟 1~2 秒公有链，显而易见只有支撑点更低的节点 1.3 广播协议层 节点相互连接层只管分享数据块，而不管数据是什么。而广播协议层则界定具体区块链、买卖分享标准。 带宽：主要体现在怎样减少多余传送。设想，假如每一个隔壁邻居都直接发了同一笔买卖，是不是很消耗？Conflux 定制的分享协议书 Shrec，就可以通过降低多余，在相同互联网带宽下将广播买卖交易 tps 提高了 6 倍。 但是，只需网络建设层带宽够高（例如 1Gbps），即便不提升，这儿都不会变成短板。 延迟：一些共识协议书会把广播协议层的延迟变大若干倍，比如，比特币的出块间距必须 5 倍于广播协议层的延迟，而确定必须 6 个块。因而，提升这儿的延迟尤为重要。2016 年，BTC根据紧密区块链设计，将区块链广播延迟从 120 秒降到了不上 10 秒。 紧密区块链不包括详细买卖，只包括买卖hach前 6 字节数，所以这些买卖早就在网络里被广播过且被大部分节点接到。这样可以加快区块链广播，使广播协议层得到贴近节点相互连接层延迟。2017年后，高性能公有链几乎都采用了那一设计。 2.共识控制模块共识协议书是区块链系统中最繁杂、最精妙的一部分，它融洽每个互相不信赖的节点，并且为顶层运用提供提供可靠的区块链技术服务项目。很长一段时间内，对共识模块性能提升全是网络热点。 带宽：量子链共识本身的不足造成它共识带宽务必处于一个极低的水准，不然会提升互联网分岔，减少系统安全性。 2017 年后新协议书基本都能灵活运用带宽了，这不会是一个难点。 但是，有一些新项目弄混了共识模块 tps 和区块链系统的 tps，把灵活运用带宽称之为“无尽可扩展性”，好像互联网带宽是无限大。 延迟：共识的延迟指区块链从发生到 finalize 需要多长时间。量子链共识确认延迟比较差，大约需要 30~60 倍广播协议层延迟，后面 PoW 协议书比如 Bitcoin-NG,OHIE 等都没有提升这一延迟。Prism 将延迟提升到 23 倍，Conflux 提升到 3 倍。PoS 协议书我了解得比较有限，估计大约需要 5 倍延迟。 但是 PoW 和 PoS 协议书有一个很大的不一样：PoW 参照较大延迟，PoS 参照中位值延迟，而较大延迟和中位值延迟可能会有 3 倍差别，因此 PoS 共识广泛延迟主要表现更好一些。节点少得话，进到 10 秒也不是没有可能。对于以太币这类上 PoS 共识反倒变慢的，只能算是一个奇怪吧。 共识控制模块是“主要参数虚高”最严重地区。例如，本来还要等 6 个区块链才能实现安全系数规定，项目方对你说 1 个区块链就可以了，总之没有人进攻也就不会露出马脚，没财产就没人进攻。 还有一种叫分块的专业技术：给节点分类，把买卖分到每组，每一组只解决自身买卖交易、坚信别的工作组。这些技术性根据提升工作组总数，非常容易获得一个非常高的 tps 用以吹捧，但是相信别的小组会产生安全隐患。因此分块适用对安全系数没有要求的画面，如国内联盟区块链。 3.实行控制模块以太币往往可在BTC外开拓一片天地，取决于它造就了可编的数字货币。因而买卖实行控制模块都是区块链系统的主要的一环。也就是在早期性能提升中被忽略的一环。 实行不会再区别带宽和延迟，只关注企业期限内解决买卖交易或测算每日任务总数。 实行模块高效率遭受计算机软件每个网络资源限制。 3.1 CPU网络资源 在串行通信执行过程中，CPU 的性能短板是显而易见的。在过去的 5 年之内，CPU 单核心性能提高了不上 1 倍。在 EVM 中，假如不考虑到存放浏览，速度最快的 CPU 大约 1 秒能实行 1 亿 gas,是如今以太币性能的 80 倍（仅仅是规模的粗略地可能）。 并行执行是运用 CPU 资源关键一步。一些在项目试着明确提出更有利于相结合的语言模型，比如 Move。 在 Conflux 一项有关 EVM 并行化的探索表明，现阶段以太币链上买卖交易并行化发展潜力是 9 倍 tps。 可是，并行化 VM 还有很多考验。例如，理想化情况下，买卖相对高度并行处理；最烂情况下，买卖相互依存，只有串行通信。那怎样设计 gas 标价与 gas limit，促使理想化状况能够灵活运用并行处理提升，而最烂状况又不会无法跟上实行？ 3.2 存放浏览网络资源 和网络建设层一样，这儿的性能完全取决于硬件配置发展和区块链技术节点的推荐配置。除非是数据信息被存储在运行内存里，实行交易过程中的读写能力性能不太可能超过电脑硬盘的读写能力性能。 还拿 Aptos 举例说明，她们节点的存放基本要求 40K IOPS，而一笔买卖很有可能牵涉到发布者和接收者2个账户情况改动，其实就是最烂前提下互联网只有适用 2 万 tps。 但是他们的声称 tps 是 16 万，显而易见这后边有多少个不公开的前提了。 3.3 可验证存储结构 可验证存储结构是区块链存储的一个重要算法设计。它容许一个轻节点向一个它没有信任的全节点查看链上情况，是区块链技术 trustless 中的最重要一环。在以太币中，浏览可验证存储结构 MPT 比立即访问数据库慢 10 倍。因此，有一些区块链技术索性去掉了可验证存储结构，以获得更加好的性能。 最终做一个汇总，区块链技术的性能提升不是一个追求完美极限全过程，而是各种各样限定对安全性、高效率、区块链技术水平的选择。 有一些选择是能够被改善的，例如量子链共识中，共识带宽与产品安全性分歧之后被克服了。 有一些选择是在所难免的，假如你规定每一个节点配置 256 GB 的运行内存，也注定了单独参加者总数不是很多。 一味地去追寻纸张里的高性能，只能得到一个中心化的崩溃链。只有先来面对和处理性能提升中存在的问题，才算是性能提高的正道。 受篇数限制，还有一些安全系数有关的考虑并没提及。但是本篇文章足够戳破许多烤饼了。 小编：Kate |
