區(qū)塊鏈在元宇宙和web3世界中是操作系統(tǒng)一樣的基礎(chǔ)設(shè)施，其性能決定了未來(lái)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展歷程?，F(xiàn)階段，區(qū)塊鏈普遍存在著交易數(shù)據(jù)處理能力較弱的問(wèn)題。這使得比特幣和以太坊的性能無(wú)法與中心化系統(tǒng)相抗衡，從根本上制約了區(qū)塊鏈上諸多應(yīng)用的開(kāi)展。因此增強(qiáng)區(qū)塊鏈的可擴(kuò)展性，也就是實(shí)現(xiàn)更高的交易數(shù)據(jù)處理速度（TPS）刻不容緩。

著眼0層的隱形區(qū)塊傳播BBP技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)更高效的區(qū)塊鏈交易數(shù)據(jù)處理，不斷有人提出區(qū)塊鏈擴(kuò)展容量解決方案。目前的擴(kuò)容方案百花齊放。

業(yè)界一般將區(qū)塊鏈系統(tǒng)的六個(gè)層次數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識(shí)層、激勵(lì)層、合約層和應(yīng)用層劃入三個(gè)Layer，由底到頂分別為L(zhǎng)ayer 0（L0）、Layer 1（L1 ）和Layer 2（L2）。Layer 0又稱(chēng)網(wǎng)絡(luò)傳輸層，主要涉及區(qū)塊鏈和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之間的結(jié)合問(wèn)題。當(dāng)前主流擴(kuò)容方案大多從L1層和L2層著眼，鮮有通過(guò)改進(jìn)L0層（網(wǎng)絡(luò)層）成功擴(kuò)容的案例。

Layer 1擴(kuò)容方案又稱(chēng)鏈上擴(kuò)容，指在區(qū)塊鏈基層協(xié)議上實(shí)現(xiàn)的擴(kuò)容解決方案。Layer 2擴(kuò)容方案又稱(chēng)鏈下擴(kuò)容，指不改變區(qū)塊鏈底層協(xié)議和基礎(chǔ)規(guī)則，通過(guò)狀態(tài)通道、側(cè)鏈等方案提高交易處理速度。但是這些擴(kuò)容方案無(wú)一列外的都以犧牲安全性為代價(jià)，也就是區(qū)塊鏈CAP理論的限制。

而今年4月，來(lái)自深圳大學(xué)、香港中文大學(xué)的區(qū)塊鏈研究團(tuán)隊(duì)提出了一種全新的L0層區(qū)塊傳播與驗(yàn)證技術(shù)，即隱形區(qū)塊傳播（Bodyless Block Propagation, BBP）技術(shù)，不需要傳輸區(qū)塊且不損失安全性，突破了CAP理論。

（公開(kāi)在康奈爾大學(xué)在線學(xué)術(shù)網(wǎng)站arXiv上的論文信息）

該論文的作者們注意到，在當(dāng)前的公鏈中，交易都存在重復(fù)傳輸和串行驗(yàn)證的問(wèn)題。交易的重復(fù)傳輸是說(shuō)，交易本身會(huì)單獨(dú)在全網(wǎng)廣播傳輸一次；交易被打包進(jìn)區(qū)塊后，又會(huì)隨著區(qū)塊一起在全網(wǎng)廣播傳輸一次。交易的串行驗(yàn)證是說(shuō)，交易打包進(jìn)區(qū)塊后并在全網(wǎng)廣播，各驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)收到該區(qū)塊后再進(jìn)行驗(yàn)證。由于這些問(wèn)題的存在，區(qū)塊包含交易越多，其在網(wǎng)絡(luò)中傳播和驗(yàn)證的速度就越慢，這就極大制約了區(qū)塊鏈的TPS。BBP要實(shí)現(xiàn)的就是通過(guò)消除區(qū)塊中的交易數(shù)量對(duì)于傳播時(shí)間的制約以及減少區(qū)塊驗(yàn)證時(shí)間來(lái)提高TPS。

具體而言，BBP技術(shù)只在節(jié)點(diǎn)之間傳輸區(qū)塊頭，各節(jié)點(diǎn)對(duì)新區(qū)塊的交易進(jìn)行預(yù)測(cè)和提前打包、提前驗(yàn)證，這樣區(qū)塊在傳播過(guò)程中對(duì)新區(qū)塊的驗(yàn)證就只是將預(yù)先計(jì)算的全局狀態(tài)和嵌入在區(qū)塊頭中的全局狀態(tài)進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的比較確認(rèn)即可。因此，不管每個(gè)區(qū)塊中的交易量有多大，其傳播時(shí)間和驗(yàn)證時(shí)間都只是一個(gè)區(qū)塊頭的時(shí)間（固定的），不再受到交易數(shù)量的制約，每個(gè)區(qū)塊也能容納下任意多數(shù)量的交易。同時(shí)，BBP技術(shù)利用了除出塊節(jié)點(diǎn)外，其他節(jié)點(diǎn)也在進(jìn)行出塊計(jì)算的原理，將區(qū)塊傳播和區(qū)塊驗(yàn)證從串行關(guān)系轉(zhuǎn)向并行關(guān)系。于是，BBP從基礎(chǔ)協(xié)議設(shè)計(jì)上來(lái)消除區(qū)塊中交易數(shù)量對(duì)于傳播時(shí)間的制約以及減少區(qū)塊驗(yàn)證時(shí)間，徹徹底底地提高TPS，釋放區(qū)塊鏈的性能。

（傳統(tǒng)區(qū)塊鏈中交易傳播、驗(yàn)證和BBP中的交易傳播、驗(yàn)證方案比較）

BBP性能擴(kuò)展突進(jìn)但挑戰(zhàn)猶存

不過(guò)，要實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目標(biāo)也并不容易，要同時(shí)兼顧很多方面的考慮和解決若干技術(shù)挑戰(zhàn)：

1、如何確保在預(yù)打包一個(gè)區(qū)塊體前，所有節(jié)點(diǎn)的預(yù)測(cè)都是大致相同的。由于去中心化的區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)之間沒(méi)有假定信任（presumed-trust），因此原則上節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)自己的喜好選擇交易并將其封存在區(qū)塊中。在以太坊中，節(jié)點(diǎn)通常會(huì)選擇交易后將其排序并打包到區(qū)塊中，使GAS收益達(dá)到最大化。為了使分散的去信任節(jié)點(diǎn)做出的決策達(dá)到一致，新方案必須要能起到激勵(lì)節(jié)點(diǎn)的作用，通過(guò)遵循共同的規(guī)則預(yù)先打包幾乎完全一樣的區(qū)塊體。  

2、如果節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)的交易略有不同，又該如何協(xié)調(diào)成一致。由于區(qū)塊鏈?zhǔn)窃谌ブ行幕?P2P 網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行的，因此不同節(jié)點(diǎn)上的交易很可能是不同的。因此，即使所有節(jié)點(diǎn)都遵循相同的規(guī)則來(lái)選擇交易并預(yù)先打包成區(qū)塊體，這些區(qū)塊體也可能是不同的。值得注意的是，在以太坊中，區(qū)塊體中單個(gè)交易的差異或是打包順序的差異都可能導(dǎo)致區(qū)塊頭中驗(yàn)證摘要信息的不同。當(dāng)節(jié)點(diǎn)選擇的交易以及排序略有不同時(shí)，一旦在區(qū)塊到達(dá)時(shí)需要重新排序并重新驗(yàn)證所有的交易，BBP就會(huì)失效。因此，新方案要能在新區(qū)塊到達(dá)之前就能使不同節(jié)點(diǎn)做出的交易預(yù)測(cè)達(dá)到一致。

3、如何在預(yù)驗(yàn)證過(guò)程中處理一些尚未得到的信息。由于在新區(qū)塊到達(dá)之前，用于驗(yàn)證區(qū)塊的一些信息可能還無(wú)法知曉，因此區(qū)塊就無(wú)法執(zhí)行完整的預(yù)驗(yàn)證。例如，某些交易可能會(huì)涉及到與礦工相關(guān)的Coinbase地址，但在每個(gè)節(jié)點(diǎn)的預(yù)驗(yàn)證過(guò)程中卻無(wú)法事先知道哪些礦工最后會(huì)成功。因此，為了能夠保證整個(gè)流程的一致性并且使TPS最高效，BBP的預(yù)驗(yàn)證過(guò)程還必須要能解決此類(lèi)交易中產(chǎn)生的難題。

BBP技術(shù)的提出者對(duì)如何解決上述技術(shù)問(wèn)題給出了當(dāng)前的方案（具體可詳見(jiàn)論文：https://arxiv.org/abs/2204.08769），并在大規(guī)模區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上對(duì)BBP進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，BBP的區(qū)塊全網(wǎng)傳播時(shí)間比以太坊（在可以支持最大交易數(shù)量時(shí)）減少了 4 倍。

結(jié)語(yǔ)：當(dāng)前，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的區(qū)塊傳播與驗(yàn)證時(shí)間制約了TPS性能。此外，由于許多提高TPS的解決方案是以降低安全性為代價(jià)，因此如何在TPS和安全性之間做出平衡也是急需解決的一大難題。與以太坊上的協(xié)議相比，帶有預(yù)驗(yàn)證機(jī)制的隱形區(qū)塊傳播（BBP）可以在不影響安全性的情況下，將區(qū)塊傳播速度提高。更重要的是，BBP的區(qū)塊傳播時(shí)間幾乎與區(qū)塊中的交易數(shù)量無(wú)關(guān)。因此，TPS將不再受到區(qū)塊傳播的制約。實(shí)際上，在實(shí)施BBP時(shí)，相當(dāng)于只插入了一個(gè)預(yù)打包的區(qū)塊體模塊和一個(gè)預(yù)驗(yàn)證模塊作為對(duì)交易池的擴(kuò)展，因此BBP與其它下層和上層的區(qū)塊鏈技術(shù)是完全兼容的。最后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了BBP在TPS的擴(kuò)展性方面具有相當(dāng)卓越的性能。因此，我們對(duì)于BBP在真實(shí)區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的表現(xiàn)抱有極大的期待。