区快链入门 | 区快链网络交易拥堵及其扩容

区快链的每一个区块都包含了前一个区块的加密散列、相应时间戳以及交易数据，具有难以篡改的特性。区快链初始概念由中本聪于2008年提出，并在2009年创建比特币网络，产生第一个区块，这标志比特币诞生。

比特币作为当前区快链领域的代表加密数字货币，比特币区快链每十分钟产生一个块，区块大小为32M，后于2010年10月将区块大小调整为1M。查阅比特币区快链历史数据可知，截止2019年4月26日GMT+8，比特币区块的平均大小为924.603k，平均每日交易笔数为383.946k，计算可得：

平均每秒交易笔数约为

383.946*1000/24/60/60≈4.44

每笔交易大小约为

924.603*1024/(4.44*10*60)≈350B

平均区块大小约为

350*4.44*600/1024≈900KB

综上，截止到2019年4月26日，比特币网络每秒处理的交易约为5笔，即1*1024*1024/350/10/60≈5。考虑到交易的波动性，一般每笔交易大小约为250B到520B，每秒处理的交易量范围为3.3到7。

随着比特币被越来越多人熟知和认可，交易量也在逐步增加，然而每秒7笔的处理交易速度导致交易拥堵，这成为其广泛的应用到生活中的瓶颈之一。

比特币交易拥堵主要原因是单位时间处理的交易数量不足，能够提升比特币网络TPS的方案主要包括：调整出块间隔、增加区块大小、链下解决方案等。比特币区快链的出块间隔为10分钟，而行业内对其设定的原因莫衷一是，据已有资料推测，主要原因是技术安全和使用体验的平衡。考虑到技术安全、使用效率、币总量和币价，不对出块间隔的调整进行探讨，因此目前提升比特币区快链网络TPS的方案主要是大区块、闪电网络、隔离验证等。

l 增加区块大小

中本聪于2010年10月将区块大小从32M调整到1M，主要原因是部分用户恶意发起过多的小额交易堵塞了网络。当时比特币的币价较低，交易的手续费对应也很低。2010年10月13日，比特币价格0.0985$，交易手续费平均值为0.0002$，；2019年4月27日，价格5254$，手续费是0.796$，。交易手续费的提升可以在一定程度减少小额交易的产生。

如果将单块容量调大，可能出现的问题有：（1）账本容量变大，对硬盘的存储空间有更高的要求，用户保存账本的成本变高。（2）块的传播受到通信制约，需要考虑网络传播速度及块容量传播的临界值等因素。（3）粉尘攻击，即比特币网络中存在很多手续费极低但交易金额极少的交易，造成比特币网络拥堵。因此，在增加区块大小时必须考虑到存储、通信、安全性等因素，若只寻求大区块来增加TPS会得不偿失。

l 隔离验证

即通过改变比特币交易结构的方式，将交易中签名的部分单独拿出来放到witness结构当中。隔离见证改变了比特币区块中数据的存储方式，其目的是为了将验证进行隔离，在实施过程中会一定程度上增加区块的大小。

l 闪电网络

闪电网络是使用比特币进行小额实时海量支付的交易网络，通过链下扩容方式，利用智能合约来保证交易双方的信任。闪电网络的设计会增加比特币的可用性，提升了比特币的价值，但是其还存在较多的问题，例如技术的不成熟性、不够稳定、易用性不够等。

上述的几种方案间存在一定的关联，如隔离验证在实现过程中会使得区块大小增加，也会促使闪电网络的发展，这些方案的主要目的还是为了比特币区快链网络扩展性的提高、TPS的提升。其篇只对上述内容进行简单介绍，实际上扩容方案还包括分片、侧链、跨链等，后续会对每个方案及其研发进展进行详细分析和跟进。

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