區塊鍊的速度困境：“貴”在信任，“慢”得其所

Posted on 2019-07-24 15:52 FISCO-BCOS 閱讀(...) 評論(...) 編輯 收藏

（本文原創作者：張開翔-FISCO BCOS首席架構師 ）

區塊鍊領域最受關注的一個方面是“性能”，或者說“TPS”，比起來有種“不服就跑個分”的感覺。跑分項包括TPS（每秒處理交易數）、并發能力（同時承擔交易量）、交易響應時間等。然而，相比每秒能發送200萬封電子郵件、支援數百萬使用者同時登入一個社交平台的網際網路服務來說，區塊鍊的速度簡直是太！慢！了！ 甚至有人調侃說“區塊鍊，不就是最慢的分布式資料庫嗎”（這句話可以展開多方面解析，本篇先讨論慢的問題）

區塊鍊技術前景無限美好，可如果沒有高性能表現作為支撐，無法運作快速的、執行複雜的智能合約邏輯，快速的完成交易事務，那些令人振奮的前景就隻能是摘不到的鏡中花，撈不着的水中月。

#舉個例子

數錢，比如數一個億（是不是好刺激~）

1、如果一個人數，慢，但好在專注，全力以赴，在可見的時間内可以數完。這叫單線程密集計算。

2、如果N個人一起數，每人平分，分頭同時數，最後彙總總數，所用時間基本上是第一種情況的1/N，參與的人越多，所需時間就越少，TPS就越高。這叫并行計算和MapReduce。

3、如果N個人一起數，但由于這N個人互相不信任，得彼此盯着，首先抽簽選一個人，這個人撿出一疊錢（比如一萬塊一疊）數一遍，打上封條，簽名蓋章，然後給另外幾個人一起同時重新數一遍，數好的人都簽名蓋章，這疊錢才算點好了。然後再抽簽換個人檢出下一疊來數，如此循環。因為一個人數錢時别人隻是盯着，而且一個人數完且打上封條和簽名的一疊錢，其他人要重複數一遍再簽名确認，那麼可想而知，這種方式肯定是最慢的。這就叫區塊鍊。

但換個角度，方式1，一個人數有可能會數錯，這個人有可能生病或休假，導緻沒有人幹活，更壞的結果是，這個人可能調換假币或者私藏一部分錢，報一個錯的總數。

方式2，N個人中會有一定比例數錯，也可能其中一個人休假或者怠工，導緻最終結果出不來，更可能因為人多手雜，出現部分人偷錢、換假錢、報假數……

方式3，很慢，但是很安全，因為所有人都會盯着全過程進行驗算，是以肯定不會數錯。如果其中有人掉線，可以換人撿出新的一疊錢繼續數，工作不會中斷。所有數過的錢上面都有封條和簽名，不會被做手腳，萬一出錯了也可以找到責任人進行追責。這種情況下，資金安全是完全得到保障的，除非所有的參與者都串通一氣了。該模式下，參與的人越多，資金安全性就越高。

是以，區塊鍊方案緻力追求的是，在缺乏互相信任的分布式網絡環境下，實作交易的安全性、公允性，達成資料的高度一緻性，防篡改、防作惡、可追溯，付出的代價之一就是性能。

最著名的比特币網絡，平均每秒隻能處理5~7筆交易，10分鐘出1個塊，達到交易的最終确定性需要6個塊也就是1個小時，且出塊過程相當損耗算力（POW挖礦）。

号稱“全球計算機”的以太坊，每秒能處理的交易數也僅是2位數的量級，十幾秒出1個塊。以太坊目前也是采用損耗算力的共識機制POW挖礦，會逐漸遷移到POS共識機制。

這兩個網絡在粉絲們爆炸性地進行交易時，可能會陷入擁堵狀态，大量的交易發出後，一兩天甚至更長的時間才會被打包确認。

但在資金安全就是命的場景下，有些事情是“必須”的，是以，即使慢，還是會考慮選擇區塊鍊。

#區塊鍊為什麼慢

分布式系統裡有一個著名的理論叫CAP理論：2000年，Eric Brewer教授提出一個猜想：一緻性、可用性和分區容錯性三者，無法在分布式系統中被同時滿足，并且最多隻能滿足其中兩個。

CAP的大緻解釋

Consistency(一緻性) ：資料一緻更新，所有資料變動都是同步的

Availability(可用性)：好的響應性能

Partition tolerance(分區容錯性)： 可靠性

 這個理論雖然有一些争議，但從工程實踐中看，和光速理論一樣，可以無限逼近極緻但是難以突破。

區塊鍊系統能把一緻性和可靠性做到極緻，但是“好的響應性能”方面一直有點被人诟病。

我們面向的“聯盟鍊”領域，因為在準入标準，系統架構、參與節點數、共識機制等方面都和公鍊不同，其性能表現遠高于公有鍊，但是目前幾個主流的區塊鍊平台，在正常PC級伺服器硬體上實測，TPS一般是在千級的樣子，交易延遲一般在1秒到10秒這個級别。（聽說TPS十幾萬級和百萬級千萬級區塊鍊已經做出來了？好吧，期待）

筆者曾在大型網際網路公司工作多年，在海量服務領域，面對C10K問題（concurrent 10000 connection，萬級并發）已經有輕車熟路的解決方案，對一般的電商業務或内容浏覽服務，普通pc級伺服器單機達到幾萬TPS，且平均延時在500毫秒以内，飛一般的體驗已經是常态，畢竟網際網路産品卡一下說不定就會導緻使用者流失。對于快速增長的網際網路項目，通過平行擴容、彈性擴容、立體擴容的方式，幾乎能無底線、無上限地面對山呼海嘯的海量流量。

相比而言，區塊鍊的性能比網際網路服務慢，而且難以擴容，根因還是在其“用計算換信任”的設計思路上。

具體哪裡慢呢？

從“古典”區塊鍊的系統内部來看