区块链的速度困境：“贵”在信任，“慢”得其所

Posted on 2019-07-24 15:52 FISCO-BCOS 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏

（本文原创作者：张开翔-FISCO BCOS首席架构师 ）

区块链领域最受关注的一个方面是“性能”，或者说“TPS”，比起来有种“不服就跑个分”的感觉。跑分项包括TPS（每秒处理交易数）、并发能力（同时承担交易量）、交易响应时间等。然而，相比每秒能发送200万封电子邮件、支持数百万用户同时登录一个社交平台的互联网服务来说，区块链的速度简直是太！慢！了！ 甚至有人调侃说“区块链，不就是最慢的分布式数据库吗”（这句话可以展开多方面解析，本篇先讨论慢的问题）

区块链技术前景无限美好，可如果没有高性能表现作为支撑，无法运行快速的、执行复杂的智能合约逻辑，快速的完成交易事务，那些令人振奋的前景就只能是摘不到的镜中花，捞不着的水中月。

#举个例子

数钱，比如数一个亿（是不是好刺激~）

1、如果一个人数，慢，但好在专注，全力以赴，在可见的时间内可以数完。这叫单线程密集计算。

2、如果N个人一起数，每人平分，分头同时数，最后汇总总数，所用时间基本上是第一种情况的1/N，参与的人越多，所需时间就越少，TPS就越高。这叫并行计算和MapReduce。

3、如果N个人一起数，但由于这N个人互相不信任，得彼此盯着，首先抽签选一个人，这个人捡出一叠钱（比如一万块一叠）数一遍，打上封条，签名盖章，然后给另外几个人一起同时重新数一遍，数好的人都签名盖章，这叠钱才算点好了。然后再抽签换个人检出下一叠来数，如此循环。因为一个人数钱时别人只是盯着，而且一个人数完且打上封条和签名的一叠钱，其他人要重复数一遍再签名确认，那么可想而知，这种方式肯定是最慢的。这就叫区块链。

但换个角度，方式1，一个人数有可能会数错，这个人有可能生病或休假，导致没有人干活，更坏的结果是，这个人可能调换假币或者私藏一部分钱，报一个错的总数。

方式2，N个人中会有一定比例数错，也可能其中一个人休假或者怠工，导致最终结果出不来，更可能因为人多手杂，出现部分人偷钱、换假钱、报假数……

方式3，很慢，但是很安全，因为所有人都会盯着全过程进行验算，所以肯定不会数错。如果其中有人掉线，可以换人捡出新的一叠钱继续数，工作不会中断。所有数过的钱上面都有封条和签名，不会被做手脚，万一出错了也可以找到责任人进行追责。这种情况下，资金安全是完全得到保障的，除非所有的参与者都串通一气了。该模式下，参与的人越多，资金安全性就越高。

所以，区块链方案致力追求的是，在缺乏互相信任的分布式网络环境下，实现交易的安全性、公允性，达成数据的高度一致性，防篡改、防作恶、可追溯，付出的代价之一就是性能。

最著名的比特币网络，平均每秒只能处理5~7笔交易，10分钟出1个块，达到交易的最终确定性需要6个块也就是1个小时，且出块过程相当损耗算力（POW挖矿）。

号称“全球计算机”的以太坊，每秒能处理的交易数也仅是2位数的量级，十几秒出1个块。以太坊目前也是采用损耗算力的共识机制POW挖矿，会逐步迁移到POS共识机制。

这两个网络在粉丝们爆炸性地进行交易时，可能会陷入拥堵状态，大量的交易发出后，一两天甚至更长的时间才会被打包确认。

但在资金安全就是命的场景下，有些事情是“必须”的，所以，即使慢，还是会考虑选择区块链。

#区块链为什么慢

分布式系统里有一个著名的理论叫CAP理论：2000年，Eric Brewer教授提出一个猜想：一致性、可用性和分区容错性三者，无法在分布式系统中被同时满足，并且最多只能满足其中两个。

CAP的大致解释

Consistency(一致性) ：数据一致更新，所有数据变动都是同步的

Availability(可用性)：好的响应性能

Partition tolerance(分区容错性)： 可靠性

 这个理论虽然有一些争议，但从工程实践中看，和光速理论一样，可以无限逼近极致但是难以突破。

区块链系统能把一致性和可靠性做到极致，但是“好的响应性能”方面一直有点被人诟病。

我们面向的“联盟链”领域，因为在准入标准，系统架构、参与节点数、共识机制等方面都和公链不同，其性能表现远高于公有链，但是目前几个主流的区块链平台，在常规PC级服务器硬件上实测，TPS一般是在千级的样子，交易延迟一般在1秒到10秒这个级别。（听说TPS十几万级和百万级千万级区块链已经做出来了？好吧，期待）

笔者曾在大型互联网公司工作多年，在海量服务领域，面对C10K问题（concurrent 10000 connection，万级并发）已经有轻车熟路的解决方案，对一般的电商业务或内容浏览服务，普通pc级服务器单机达到几万TPS，且平均延时在500毫秒以内，飞一般的体验已经是常态，毕竟互联网产品卡一下说不定就会导致用户流失。对于快速增长的互联网项目，通过平行扩容、弹性扩容、立体扩容的方式，几乎能无底线、无上限地面对山呼海啸的海量流量。

相比而言，区块链的性能比互联网服务慢，而且难以扩容，根因还是在其“用计算换信任”的设计思路上。

具体哪里慢呢？

从“古典”区块链的系统内部来看