作者介绍：

Henry He，SesameOpen联合创始人兼首席执行官，曾就职于Google，毕业于沃顿商学院，获MBA学位，通证经济学研究者，拥有8项专利的网络/知识产权安全专家。

SesameOpen是一个支持可扩展去中心化交易的协议，旨在为Commerce 3.0经济提供动力，为代币持有者创造长期、可持续、非投机性的价值。

此篇为Henry He对区块链应用层的研究，由加密谷独家编译。

九层之台，起于垒土。很多野心勃勃的创业者在跟投资人分享自己想要开发的分布式应用项目时，往往会得到这样的回应。

区块链的低扩展性已经成为阻止其全面推广的头号难题。以太坊等分布式账本目前的TPS指标并不能满足应用需求。

在区块链基础架构中，隐私保护功能通常与分布式机制的一些其他理想特性存在摩擦。至少在当前的区块链技术中，隐私架构通常需要在三个基本维度之间取得平衡。这被称为“隐私架构的不可能三角”。

如图所示，可扩展性是区块链技术发展道路上无法回避的严峻挑战。大多数区块链都会选择以牺牲可扩展性为代价，保证安全性和去中心化。

在可扩展性解决方案方面，已经有大量的研究和尝试，比如VRF、分片（Sharding）、子母链（Plasma）和状态通道等，但基本都聚焦于Layer 1或 Layer 2层面，离达到完美扩容、让分布式应用运行良好的目标还相去甚远。

那么，是否可以在Layer 3（应用层）上解决可扩展性的问题呢？是否可以对Layer 3进行优化，以便让分布式应用继续前进，而不是苦苦等待在Layer 1或 Layer 2上的技术突破呢？

对大多数分布式应用来说，答案是肯定的！

在Layer 3的可扩展性解决方案的最大优势就在于，它不需要对现有的底层区块链基础架构进行任何更改。这意味着，区块链系统可以在“不可能三角”之间的三个具体属性之间获得微妙均衡。

这听上去似乎有点天方夜谭，是不是？因为按常理来看，在对区块链进行优化的时候，必须权衡利弊，有所取舍。

事实上，在区块链“不可能三角”中存在一个隐含的大前提。它假设在区块链上的每笔交易都需要尽快地进行链上结算，因此系统不应该牺牲链上的结算时间（OCST，on-chain settlement times）。

如果我们将OCST添加到原有的三个属性中，那么如图所示，我们便得到了“区块链四元”（Tetralemma）。

这一架构将问题上升到了系统层面，而之前的三元悖论（“不可能三角”）仅在解决底层设施问题。这种不同的思考方式对于解决当下的难题尤为重要，因为它可以改变由于区块链基础设施的低可扩展性而无法产生世界级的分布式应用的格局。

Layer 3的可扩展性解决方案牺牲了链上结算时间（OCST），然而保证了能够同时实现安全性、去中性化和可扩展性。

显而易见，只有不需要快速链上结算的应用才能从这一解决方案中受益。幸运的是，大多数应用程序都满足这一要求。

例如，像亚马逊这样的商业应用，在一天的营业时间结束时再确认和结算交易是完全可接受的，相比瞬间结算，用户体验基本没有太大差异。因此，亚马逊可以将许多交易分批放到一个链上的结算交易中，以便克服区块链基础设施层的可扩展性限制。如果链上结算产生问题，亚马逊可以随时扣留货物或采取其他行动。这与等待信用卡交易确认没有太大区别。

回顾科技发展史，区块链面临的可扩展性挑战在其他早期技术中已经发生过多次。

面向应用层开发的智能解决方案，是为了克服底层设施吞吐量受限的问题。从历史上看，成功的应用不会等待底层设施完全开发完善之后，再找到前进的方向。它们都是率先行动，并最终激发出新的底层建设，从而促进新应用的产生。两者互相派生，竞相追逐，驱动着底层基础设施和应用同时向前发展。

再以早期互联网发展为例。在那时，大多数人通过拨号访问互联网。理论上，这种方式的最大传输速度仅为56 kbit / s。为了克服带宽限制，许多应用使用了压缩技术。在拨号上网前，先对数据压缩，再进行传输。如果压缩技术得当，可以将数据压缩到原有大小的10％。这样一来，互联网的吞吐量无形中增加了10倍。

无线通信技术发展也能说明问题。频谱在任何时候都是有限资源，为了通过相同的无线带宽传输更多数据，人们逐步开发了更好的编码技术，例如GSM、CDMA和OFDM。每一代编码技术的演进都显著地提高了频谱的使用效率。

我们把在有限的底层区块链基础设施上处理更多交易的方法称为“批量交易”。在BTC中，批量交易的实现是通过将一个转帐者的多个交易组合成一个交易，这么做可以节省高达80％的交易费用。更高级的批量交易处理方式，比如签名聚合和Taproot，也即将面世。在ETH中，批量交易则是通过创立智能合约实现的。智能合约只能使用一次，它可以使ETH从一个转帐者手中转移到多个收款方处。

尽管批量交易很容易实现，但想要使该技术真正腾飞，还得等待BTC的交易手续费达到天价，或者要把一个数字资产发给上百个收款方的情况出现。

从根本上说，区块链系统中的批量交易处理与拨号上网中的压缩技术有着异曲同工之妙。

尽管批量交易处理的确可以提高区块链的可扩展性，但依然受到系统限制。在BTC中，它受制于区块大小；在ETH中，则受制于区块中的gas上限。以太坊创始人Vitalik Buterin曾建议在ETH中使用ZK-SNARK技术，并称这一技术会将ETH的TPS提高到500上下。这一技术首次实施后就启发了许多新项目，包括Roll-up、侧链和可用完整数据等。

尽管有些深奥，但总体上，ZK-SNARK是一种很酷的技术。区块链系统中的ZK-SNARK类似于无线通信中的编码技术。通过它，ETH可以在离线的时候进行压缩，在链上只需要很少的算力和数据储存成本就可以进行结算。当然，缺点也不容回避。即使它在不断地改进，现阶段ZK-SNARK实施起来依然非常昂贵。

然而，针对特定应用，我们可以进一步地改进其可扩展性。例如，在商业应用中，销售产品的供应商将成为许多交易的接收者。如果将多个交易汇集在一起，就可以大量缩减交易时间，从而进一步提高可扩展性。

正如人们所见，面向特定应用的扩展解决方案，需要更优化的编程技术。不幸的是，这正是当下我们所匮乏的。

但我坚信，一旦开发人员意识到，他们应该更加专注于Layer 3扩展性解决方案，而不是苦等Layer 1 和 Layer 2的基础设施完善，他们一定会取得飞速的进步。

正如我们在互联网和无线通信发展史中看到的那样，我们应该在Layer 3（应用层）中寻找智能扩展的解决方案，这样就可以突破区块链基础设施的吞吐量限制。

最后，我想对分布式应用的开发人员说：“停止等待，开始创建吧！”我期待，你们在一个完全没有根基的领域，盖出高楼！

Henry He   作者

Potter Li   翻译

Sonny Sun   编辑

Roy   排版

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