以太坊十岁了——是时候摆脱三难困境了

像电网和世界万维网这样的去中心化系统通过解决通信瓶颈实现了规模化。区块链，作为去中心化设计的胜利，应该遵循相同的模式，但早期的技术限制使许多人将去中心化等同于低效率和缓慢的性能。

随着以太坊在今年七月迎来十周年，它已从开发者的游乐场演变为链上金融的支柱。随着像黑石和富兰克林邓普顿这样的机构推出代币化基金，银行推出稳定币，现在的问题是它是否能够扩展以满足全球需求——在这里，重负载和毫秒级的响应时间至关重要。

尽管经历了如此多的演变，但仍然存在一个假设：区块链必须在去中心化、可扩展性和安全性之间进行权衡。这种“区块链三难”自以太坊的创世区块以来一直影响着协议设计。

三难困境不是物理定律；这是一个我们终于学会如何解决的设计问题。

可扩展区块链的现状

以太坊联合创始人Vitalik Buterin指出区块链性能的三个特性：去中心化(许多自治节点)，安全性(对恶意行为的抵御能力)，以及可扩展性(交易速度)。他提出了“区块链三难问题”，建议增强其中两个通常会削弱第三个，尤其是可扩展性。

这种框架塑造了以太坊的发展路径：生态系统优先考虑去中心化和安全性，旨在在数千个节点之间构建强健性和容错性。但性能一直滞后，区块传播、共识和最终性的延迟。

为了在扩展的同时保持去中心化，某些以太坊协议减少验证者参与或分片网络责任；乐观汇总将执行转移到链外，并依赖欺诈证明来保持完整性；第二层设计旨在将数千笔交易压缩为一笔提交到主链的交易，减轻可扩展性压力，但引入了对受信节点的依赖。

安全仍然是首要任务，随着金融风险的增加，故障源于停机、合谋或消息传播错误，导致共识停止或双重消费。然而，大多数扩展依赖于尽力而为的性能，而不是协议级别的保证。验证者被激励提升计算能力或依赖快速网络，但缺乏交易完成的保证。

这对以太坊和行业提出了重要问题：我们能否确信每笔交易在高负载下都会完成？概率方法是否足以支持全球规模的应用？

故事继续随着以太坊进入其第二个十年，回答这些问题对依赖区块链提供服务的开发者、机构和数十亿终端用户至关重要。

去中心化作为一种优势，而非限制

去中心化从来不是以太坊上用户体验缓慢的原因，而是网络协调的问题。通过正确的工程设计，去中心化可以成为一种性能优势，并且是扩展的催化剂。

感觉上，一个集中式指挥中心的表现会优于一个完全分布式的指挥中心。这怎么可能不更好呢，拥有一个无所不知的控制者来监督网络？这正是我们希望揭开假设神秘面纱的地方。

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这一信念始于几十年前麻省理工学院梅达德教授的实验室，旨在使去中心化通信系统可证明地达到最优。如今，凭借随机线性网络编码(RLNC)，这一愿景终于可以大规模实现。

让我们来谈谈技术。

要解决可扩展性问题，我们首先必须了解延迟发生的位置：在区块链系统中，每个节点必须以相同的顺序观察相同的操作，以观察从初始状态开始的相同状态变化序列。这需要共识——一个所有节点对单一提议值达成一致的过程。

像以太坊和Solana这样的区块链，使用基于领导者的共识，在预定的时间段内，节点必须达成一致，我们称之为“D”。选择D过大时，最终性会减慢；选择过小时，共识会失败；这在性能上造成了持续的权衡。

在以太坊的共识算法中，每个节点试图通过一系列通过Gossip传播的消息交换将其本地值传达给其他节点。但由于网络扰动，如拥堵、瓶颈、缓冲区溢出；一些消息可能会丢失或延迟，而一些消息可能会重复。

此类事件增加了信息传播的时间，因此，达成共识不可避免地会导致较大的 D 时隙，尤其是在较大的网络中。为了扩展，许多区块链限制了去中心化。

这些区块链需要来自一定比例参与者的确认，例如三分之二的股份，用于每轮共识。为了实现可扩展性，我们需要提高信息传播的效率。

通过随机网络线性编码(RLNC)，我们旨在增强协议的可扩展性，直接解决当前实现所带来的限制。

去中心化以扩展：RLNC的力量

随机线性网络编码 (RLNC) 不同于传统网络编码。它是无状态的、代数的，完全去中心化。每个节点独立混合编码消息，而不是试图微观管理流量；然而，取得的结果是最优的，就像有一个中央控制器在协调网络一样。已经通过数学证明，没有任何集中调度器能够超越这种方法。这在系统设计中并不常见，也正是这使得这种方法如此强大。

与其传递原始消息，支持RLNC的节点将消息数据分割并通过有限域上的代数方程传输为编码元素。RLNC允许节点仅使用这些编码片段的一个子集来恢复原始消息；并不需要每条消息都到达。

它还通过让每个节点即时将接收到的内容混合成新的、独特的线性组合，从而避免了重复。这使得每次交换都更加信息丰富，并且对网络延迟或丢失具有更强的韧性。

随着以太坊验证者现在通过OptimumP2P测试RLNC——包括Kiln、P2P.org和Everstake——这一转变不再是假设。它已经在进行中。

接下来，基于RLNC的架构和发布-订阅协议将连接到其他现有区块链，帮助它们以更高的吞吐量和更低的延迟进行扩展。

对新行业基准的呼吁

如果以太坊要在第二个十年中成为全球金融的基础，就必须超越过时的假设。它的未来不会受到权衡的定义，而是由可验证的性能决定。三难困境不是自然法则，而是旧设计的限制，而我们现在有能力去克服它。

为了满足现实世界采用的需求，我们需要以可扩展性为首要原则设计的系统，支持可证明的性能保证，而非权衡。RLNC提供了一条前进的道路。在去中心化环境中，RLNC具有数学基础的吞吐量保证，这是一个更高性能、更具响应性的以太坊的有希望的基础。

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