簡版 區塊鏈本質論 (3): 性能本質之吞吐量

區塊鏈本質論

區塊鏈被大家關注件好事情，但非常不希望看到各種區塊鏈項目盲目上馬，造成各種社會資源的浪費。區塊鏈技術本身尚在發展階段，還有很多核心技術問題有待突破，對區塊鏈技術本質還充斥著各種不同的理解。后面幾天我們將就區塊鏈的計算本質，技術難點，業務調整，社會影響等方面和大家分享。

(3)性能:吞吐量、確認延遲和狀態容量

咱買個電腦，大家都知道要看處理器(CPU)的速度，每秒能處理多少指令；也會要看內存容量，這基本上決定了我們能同時開多少個應用，打開多大的文件并且不卡。區塊鏈系統，也是類似，吞吐量類似于一臺電腦的CPU處理速度，決定了每秒可以處理多少個交易；而狀態容量類似于一臺電腦的內存容量，決定了整個系統可以承載多少個用戶(地址)在各個應用里面的狀態。

前巴克萊債券交易員投資“無聊猿”NFT一舉獲利700%:金色財經報道，前巴克萊債券交易員Ovie Faruq和Mike Anderson把促使自己該行轉投幣圈的一系列數字藝術收藏品賣掉了。根據非同質化代幣（NFT）市場OpenSea的交易數據，Faruq和Anderson本周以單價78.08-78.18以太幣的價格賣出72個“無聊猿游艇俱樂部”NFT，相當于約925萬美元，而他們的初始投資是為114萬美元左右，這意味著獲利至少700%。 (彭博)[2023/2/24 12:26:28]

有個額外的指標是確認延遲，這個源自一個很奇特的現象。區塊鏈系統可以接受一個交易，但是沒處理或者沒處理完，就開始接受下一個交易了。這個時候你就會發現，例如每秒100個交易的處理吞吐量，并不是你發一個交易，1/100秒之后這個交易就處理完，并且被確認了。通常每個交易會需要歷經更多的時間，才最終得以確認。

俄央行行長：俄羅斯央行準備允許在對外結算中使用加密貨幣:金色財經報道，俄羅斯央行行長納比烏琳娜在新聞發布會上表示，俄羅斯央行對境內加密貨幣結算持否定態度，準備允許在對外結算中使用加密貨幣。納比烏琳娜說：“在這方面，立場沒有改變。我們對在國內市場、境內結算中使用加密貨幣持否定態度。對外結算，如果我們的經濟實體使用加密貨幣更方便，我們準備對之開綠燈。”（俄羅斯衛星網）[2023/2/11 12:00:57]

比特幣性能很弱雞，大家都知道，大約平均每秒處理7個交易。每個交易僅包含幾個大整數的加減法，如果單純是計算這些交易，隨便拿個筆記本每秒都能算上百萬的交易。那為啥比特幣這么慢呢？先說個結論，這個事情不能賴在共識算法頭上，這不是PoW的問題。共識算法的事兒可以先看上一篇:

王嘉平：簡版區塊鏈本質論(2):共識本質zhuanlan.zhihu.com

美股三大指數集體收漲，標普500指數漲1.74%:金色財經報道，美股三大指數集體收漲，道指漲1.05%，納指漲2.59%，標普500指數漲1.74%，大型科技股普漲。[2022/12/30 22:15:32]

比特幣慢，有人說是PoW的難度很高，要十分鐘才算一個塊，也有人說比特幣需要大量的算力才行。這些其實都是誤解，把因果搞反了。十分鐘才出一個塊，是因為協議就是這么定的，不讓出太快。如果大家算力多了，出塊出得快了。比特幣網絡的算力調整算法會自動加大PoW難度，使得出塊速度始終保持在十分鐘一塊的樣子。需要大量的算力，是因為大家都要搶著去參與比特幣的這個共識過程，因為每搶到一次機會，獎勵25個比特幣呀，看了一下，今天9000多美元一個。

所以，就這樣參與比特幣共識的算力越來越多，PoW的難度也越來越高，就是我們今天看到的狀況。但是這個的PoW算力，只是在爭搶出塊機會，這個算力再大，也不會使得比特幣處理交易的速度有絲毫的提升。比特幣系統，吞吐量低的原因是因為，其最初上線的時候，順應當時的底層互聯網的通訊能力，設定了每十分鐘出一個塊，每個塊大小為1M字節。然后每個交易差不到需要200到300個字節，然后綜合起來就是這個大概7幾個交易每秒的吞吐量了。

OpenSea與華納音樂集團達成合作:金色財經報道，NFT 市場 OpenSea 已與美國唱片公司華納音樂集團合作，通過NFT drops幫助吸引樂迷。 華納音樂集團發布的一份新聞稿稱，簽約華納音樂集團的藝人將在OpenSea上擁有自己的頁面，以提高粉絲粘性并建立社區。

今年2月，環球音樂集團(Universal Music Group)與娛樂NFT平臺Curio合作，放棄了唱片公司的數字資產。音樂流媒體巨頭Spotify今年5月宣布，將開始在其平臺上試驗NFT。（the block）[2022/9/30 6:03:09]

為什么比特幣系統要這樣設計呢？不能出塊間隔小一點，或者每個塊大一點嗎？到底是什么被什么東西限制住了呢？答案是，

網絡帶寬從根本上限制了區塊鏈的吞吐量

美國銀行：以太坊需要可擴展性改進以保持其市場地位:金色財經消息，美國銀行在一份研究報告中表示，以太坊區塊鏈從工作量證明(PoW)共識機制到權益證明(PoS)的轉變似乎迫在眉睫，因為它需要可擴展性改進以保持其市場地位。該銀行表示，如果沒有可擴展性的改進，以太坊不太可能繼續作為主要的區塊鏈操作系統，并表示：“PoS將以太坊的能源消耗降低了99%以上，降低了投資者作為網絡驗證者產生收益的準入門檻，并改變了ETH的供需動態”。

分析師還指出，Binance Smart Chain(BSC)、Tron、Avalanche和Solana等較新的區塊鏈由于其PoS共識機制、更大的可擴展性和更低的交易費用而從以太坊搶占了市場份額。該銀行補充說，這些功能優勢“可能會隨著Web3生態系統去中心化應用程序的出現而成為關鍵”。（Coindesk）[2022/8/2 2:52:24]

這就是為什么，我去年還看項目的時候，對于那些吹幾十萬幾百萬TPS的項目。我一般就問一個問題，你的系統跑起來需要多少帶寬？要那么高的帶寬，你就只能把所有節點放在一個機房里面，用局域網連起來，這不是區塊鏈，這叫做云服務.....

王嘉平：簡版區塊鏈本質論(1):計算本質zhuanlan.zhihu.com

咱開頭第一篇就講到，區塊鏈是在一個松散分布的節點之間，接力執行計算的過程。那么，計算的過程要能被接力，那就意味著每個節點都需要獲得這個計算的最新的上下文，最新的數據和狀態。在區塊鏈里面，具體的做法是，有節點出了一個塊之后，必須要有足夠的時間，讓大部分其他參與者都同步到這個新的塊，然后再出下一個塊。就是因為這個原因，吞吐量會受到網絡帶寬的限制，不能太高，否則區塊鏈網絡就會無法達成共識的一致性。

然后，畢竟我們現在的互聯網已經比起10年前要快不少了。所以，現在把比特幣網絡加快幾十倍其實根本不需要什么算法的改進，改大塊大小，改小出塊間隔就可以輕松實現至少幾十倍的吞吐量提升。但是如果要進一步提高，并且還要保證其去中心的程度，這就有很大的理論挑戰了。

這里需要強調一下，去中心的程度和性能是有矛盾的。去中心的程度要求，盡量多的人可以參與到網絡里面來，可以自己運行一個節點。那么，帶寬要求就不能太高，要匹配互聯網接入的平均帶寬水平。為什么DPOS(例如EOS)這么高吞吐量？因為它去中心的程度基本沒有，無異于云服務，那么他就可以利用非常高的帶寬，是普通互聯網接入帶寬的幾千倍，那么吞吐量當然就輕松提升了。

隨著吞吐量的提升，除了帶寬，對每個節點的CPU處理能力，磁盤的讀寫能力也都會有更高要求。這里強調帶寬，不僅僅是因為帶寬是首要瓶頸，更是因為高帶寬對去中心的程度有極大的傷害，因為高帶寬的接入受到地理位置的限制，基本上只能在數據中心。而CPU,磁盤的升級，完全不受地理位置的約束。

后面幾篇，我們繼續聊性能的其他兩個方面。這一篇的擴展閱讀:

王嘉平：區塊鏈公鏈如何才能快起來(一)zhuanlan.zhihu.com

作者簡介國際計算機網絡系統頂會NSDI2019，發表了王嘉平博士團隊關于高性能并行分片區塊鏈系統的論文，這是中國人自主研發成果在區塊鏈核心算法領域首次得到國際專家和同行的認可。

王嘉平博士原為微軟研究院主管研究員，專注分布式系統，計算機圖形學和視覺以及用于機器學習的GPU集群等領域的研究，有數十項研究成果發表于ACMSIGGRAPH/ToG頂級國際期刊，已授權的美國專利十余項。他師從沈向洋博士(現微軟全球執行副總裁)，在中科院計算所獲得博士學位。他的博士論文獲得2009年度全國百篇優秀博士論文獎，是該年唯一一名計算機科學專業的獲獎者。

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王嘉平

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