블록체인의 "트리플 패러독스" 스페셜 시리즈의 확장성
Pan Xizhi, JD Zhilian Cloud 제품 R&D 부서
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Pan Xizhi, JD Zhilian Cloud 제품 R&D 부서
비트코인의 등장으로 블록체인 기술은 지난 10년 동안 점점 더 많은 사람들에게 인정받았고 블록체인은 디지털 경제 시대의 가치 네트워크 기반을 구축했습니다. 경제 모델, 합의 메커니즘, 블록체인 퍼블릭 체인 이면의 암호화와 같은 기술적인 문제 중에서 항상 뜨거운 이슈가 되고 있는 "트릴레마" 문제("불가능한 삼각형" 문제라고도 함)가 있었습니다. 블록체인 퍼블릭 체인에서는 "탈중앙화", "보안", "확장성"의 세 가지 특성을 잘 결합할 수 없습니다.
"탈중앙화"는 누구나 노드로서 블록체인 시스템의 생산 및 검증에 참여할 수 있는 것을 의미하며, 노드가 많을수록 탈중앙화 정도가 높아진다.
"보안성"은 블록체인 시스템의 제어권을 얻기 위해 지불하는 비용의 수준을 말하며 비용이 높을수록 보안성이 높아집니다. 이것은 블록체인 시스템에서 참가자가 "합의"를 형성할 수 있는 기반이기도 합니다.
"확장성"이란 블록체인 시스템이 트랜잭션 정보를 처리하는 능력을 말하며, 이는 트랜잭션 처리 성능, 즉 TPS(초당 처리되는 트랜잭션 수)에 크게 의존합니다.확장성이 오늘날 블록체인의 핵심이라는 사실이 입증되었습니다. 실제 응용 시나리오에 시스템을 적용할 수 없는 가장 큰 장애물(예: 비트코인) 이러한 결과의 주된 이유는 각 트랜잭션이 모든 노드에서 합의되어야 하고 각 노드가 블록체인 시스템에 참여하기 위해 지불하는 비용입니다.
사실 "트릴레마"에서 세 가지 특성은 각자의 독립적인 기술 발전 경로를 가지고 있으며, 하나의 특성을 희생한다고 해서 다른 특성이 개선될 수 있는 것이 아니라 기존의 기술적 조건 하에서만 블록체인 시스템이 이 세 가지 특성을 통합하면 일반적으로 trade-off가 있을 것이고, 더군다나 “삼항”에서 “탈중앙화”와 “보안”이 빠지면 말할 것도 없습니다. "블록체인"과 "시스템" , 그래서 우리는 수년에 걸쳐 다양한 블록체인 퍼블릭 체인 시스템이 "트릴레마" 문제를 해결하려고 할 때 TPS 성능을 개선하여 시스템을 최적화하는 것이 가장 일반적인 우선 순위임을 확인했습니다.
확장성에 대해 이야기하기 전에 먼저 확장성에서 핵심 지표인 "TPS"의 개념을 이해합시다.
TPS(Transaction Per Second)는 초당 시스템에서 처리하는 평균 트랜잭션 수를 말하며 블록체인 퍼블릭 체인 시스템의 경우 TPS는 시스템 성능을 측정하는 중요한 지표이며 트랜잭션 수를 이 기간 동안의 초 수로 나눈 값입니다. 는 평균값입니다. 이 평균값은 시스템이 초당 동일한 양의 트랜잭션을 처리한다는 의미가 아닙니다. 각 기간 동안 시스템에서 처리하는 실제 트랜잭션 수는 높거나 낮습니다. 낮습니다. 비트코인을 예로 들면, 비트코인의 두 블록 사이의 간격이 10분(600초)이기 때문에 이 시간 동안 패킹된 블록에 2400개의 트랜잭션이 있으면 비트코인의 TPS는 2400/600 =4입니다. 예, 사실 비트코인의 TPS는 약 4개에 불과하다.이미지 설명）
비트코인 이력 거래 수량 차트(위 그림은 JD Zhilian Cloud에서 가져온 것입니다.
BDS 블록체인 데이터 서비스
비교를 위해 다음과 같은 몇 가지 데이터 참조가 있습니다. Visa는 약 1600TPS(최고 값은 56000TPS), Netlink Double 11 활동의 피크는 약 100,000TPS, 현재 주류 블록체인 시스템 Ethereum은 현재 약 20TPS이며 중앙 집중식 영역입니다. 블록체인 시스템 XRP는 1500TPS 정도에 불과하다.
이론적으로 대역폭이 무한대일 때 데이터 전송 지연은 무한히 작고 컴퓨팅 파워는 무한히 강력하며 블록체인 시스템에서 데이터 합의의 효율성은 무한히 높을 수 있고 TPS도 무한히 높을 수 있습니다. 현실, 참여 대부분의 블록체인 시스템 사용자의 대역폭과 컴퓨터 처리 능력은 매우 제한적이므로 블록체인 퍼블릭 체인 시스템의 설계자는 최적의 성능을 보장하면서 사용자 네트워크의 에너지 소비를 최소화해야 합니다. 네트워크는 매우 큰 도전이 되었습니다.
최근 몇 년 동안 다양한 퍼블릭 체인 프로젝트 당사자들이 시스템 TPS를 개선하는 새로운 방법을 찾았고 POW, POS, 크로스체인, 샤딩, DAG, 비동기식 합의 그룹, Zero-와 같은 일부 관련 전문 용어가 업계에서 등장했습니다. 지식 증명 등
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NSDI의 비동기 합의 그룹에 관한 문서
이러한 기술 중 현재 블록체인 퍼블릭 체인 시스템의 확장성을 개선(주로 TPS를 개선하기 위해)하는 주류 방식은 대략 다음과 같습니다. 하나는 합의 메커니즘을 변경하는 것이고, 다른 하나는 DAG 네트워크를 교체하는 것이며, 세 번째는 교차 사슬 기술을 채택하기 위해 네 번째는 조각화 기술을 사용하는 것입니다.
1. 합의 메커니즘 변경: 비트코인이 사용하는 POW(Proof-of-Work proof of work) 합의 메커니즘 외에도 업계에서 더 인기 있는 것은 POS(Proof-of-Stake Proof of Interest), DPoS( 위임지분증명(Delegated Proof of Equity), 알고랜드(POS 업그레이드, 순수 지분증명), PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance, 실용적인 Byzantine Fault Tolerance 알고리즘) 등 다양한 "업그레이드된 버전"과 "개선된 버전"을 헤아려보면 ", 적어도 수백 가지의 합의 메커니즘을 찾을 수 있지만 이러한 합의 메커니즘의 출현은 대부분 Bitcoin이 사용하는 POW로 인한 TPS 부족을 개선하기위한 것입니다. 개선 과정에서 각 합의 메커니즘도 다양한 채택 장단점과 타협.
이를 바탕으로 PoS, Algorand 및 Pow의 원래 의도를 완전히 위반하는 다른 합의 메커니즘이 등장했습니다. 이러한 합의 메커니즘은 PoW 메커니즘의 "채굴" 개념을 전복하고 사용자에게 "가장 큰 기득권은 시스템은 시스템에 해를 끼치지 않을 것입니다. 사용자가 참여하여 PoW보다 더 큰 크기의 블록을 생성하므로 TPS 성능은 당연히 PoW보다 훨씬 높습니다(일부 퍼블릭 체인 프로젝트는 수백만 또는 수천만 TPS에 도달한다고 주장함).
2. DAG 네트워크 대체: 블록체인의 기본 구조는 블록을 체인 형태로 연결하는 것이지만, DAG(Directed Acyclic Graph)는 체인 구조를 네트워크 구조로 대체하고 트랜잭션 영역을 취소합니다. 각 트랜잭션을 다른 여러 트랜잭션과 연결하여 대체하고(후자의 트랜잭션은 이전 트랜잭션을 확인함) 각 트랜잭션은 서로를 확인하여 합의에 도달하여 트랜잭션 볼륨에 의해 DAG의 전체 검증 효율성을 향상시키고 최종적으로 달성합니다. TPS 개선 목적.
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그러나 DAG의 장점과 단점도 분명합니다.먼저 장점에 대해 이야기합시다.DAG에는 두 가지 주요 장점이 있습니다.하나는 제한된 대역폭 조건에서 DAG가 비동기 및 동시 방식으로 더 많은 데이터를 기록할 수 있다는 것입니다. TPS 개선 DAG 구조는 기존 체인 구조의 컴퓨팅 성능이 너무 클 때 컴퓨팅 성능의 낭비를 피하고 쉽게 분기되는 문제 DAG의 주요 단점은 두 가지이며 하나는 최종 트랜잭션의 확인 시간입니다. (신규 확인에 의존 전자로 인한 안정성 부족), 두 번째는 보안 측면에서 Bitcoin과 유사한 대규모 검증을 경험하지 않았다는 것입니다.
3. 크로스체인 기술 채택 크로스체인은 멀티체인과 사이드체인 두 가지 방식으로 나뉘며 멀티체인은 이름에서 알 수 있듯이 여러 개의 체인을 병렬로 사용하여 거래를 진행하는 것입니다. -체인 방식, 병렬로 연결된 여러 체인의 TPS는 싱글체인 방식보다 크지만 거래량의 증가에 따라 크로스체인 데이터의 상호통신 수요가 수시로 증가하여 자금 이체 가능 다중 체인에서 계정은 또한 다중 체인에서 트랜잭션을 생성할 수 있으므로 다중 체인 병렬 처리 구현에서 TPS 계산은 종종 단순한 누적입니다. 오라클 머신과 같은 크로스 체인 기술의 성숙도와 함께 멀티 체인은 큰 발전 전망을 갖게 되었습니다.
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사이드 체인 기술은 또한 "오프 체인 상태 채널"로 알려져 있으며, 이는 사용자 간의 임시 오프라인 거래 채널을 구축하는 것입니다. 모든 중간 거래는 체인 외부에서 발생하며 최종 상태만 메인 블록 체인에서 확인됩니다. 동일한 사용자 쌍의 빈번한 거래로 인해 블록체인 시스템에 대한 TPS 압력이 발생하고 간접적으로 블록체인 시스템의 확장성이 향상됩니다. 예를 들어, 하루에 여러 번 서로 거래하는 두 명의 상인이 있지만 결국 두 당사자가 1,000번 이상 거래했지만 거래 금액은 0에 불과합니다. 사이드 체인 기술의 가장 적합한 응용 장면. Project Bitcoin의 Lightning Network와 Ethereum의 Raiden을 나타냅니다. 그러나 사이드 체인이 블록체인 시스템에 대한 부담을 줄이는 데 도움이 되지만 그 TPS 금액이 블록체인 시스템의 TPS에 포함되어서는 안 된다는 점을 강조할 필요가 있습니다.
4. 샤딩 기술을 이용한 샤딩 기술은 각 거래 블록이 블록체인 네트워크로 분해된 후 각 샤드를 해제하는 것으로, 각 샤드는 병렬 상태이므로 각 노드가 모든 거래 데이터를 다운로드할 필요가 없으므로 크게 개선됩니다. 블록체인 시스템의 처리 속도. 샤딩 기술과 크로스체인 기술의 가장 큰 차이점은 모든 샤드가 여전히 동일한 체인을 기반으로 하므로 서로 다른 샤드 간에 효율적으로 조정하여 합의의 순서와 정확성을 유지하는 것이 매우 어렵다는 점에 유의해야 합니다.
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블록체인 및 데이터베이스 조각화 비교의 개략도
