扩展 DeFi 吞吐量:Layer-One 篇(上)-区块链毕设资料

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扩展 DeFi 吞吐量:Layer-One 篇(上)

曾汨   |     |   40 次阅读

扩展 DeFi 吞吐量:Layer-One 篇(上)
DeFi 以太坊 引介

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如果你最近用过 DeFi ,最近高涨的交易费会令你瞠目结舌。如今,就以太坊交易而言,数十乃至数百美元的交易费实属稀松平常之事。在如此高昂的手续费下,只有巨鲸才能有利可图,更别提什么 “让没有银行账户的人也能享受银行服务”、“让免许可型金融基础设施惠及所有人” 等宏图伟业了。以太坊正在成为富人的聚集地。

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– 如果是小额交易,手续费可能会超过交易金额的 10% –

高昂的手续费表象之下的核心是 区块链可扩展性问题。这个问题太过臭名昭著,以至于有了自己的维基百科页面。这是当前区块链最主要的局限性,此外还有终局性时滞太大、抢跑交易、跨链互操作性等局限性。

我们想要创建一个能让所有价值自由流动的代币化世界区块链的局限性会阻碍我们实现这一愿景。这就是为什么 0x Labs 组建了一个专门的研究工程师团队针对这些局限性开发解决方案。在本文中,我们将探索以太坊的局限性及其对 DeFi 用户的影响。我们还将简要介绍下一代区块链。在后续文章中,我们将探索另一类解决方案(Layer 2),并介绍我们自己解决 DeFi 需求的策略。

首先,要知道以太坊交易的大小是以 Gas 消耗量来衡量的。交易会打包到区块中,大约每 13 秒出一个块。每个区块只能容纳有限的交易,因为有所谓的 “区块 Gas 上限”。目前,每个区块的 Gas 上限是 1200 万。一个普通的 ERC20 代币交易需要消耗大约 5 万 Gas 。这就意味着,一个区块最多可容纳 240 笔代币转账操作,即,每秒可完成大约 18 笔交易。DeFi 交易通常涉及多笔代币转账,以及其它记账操作,这会导致成本翻倍,并进一步限制吞吐量。Gas 容量和出块时间意味着有源源不断的 Gas 可供交易使用。

我们先来看看以太坊诞生以来,Gas 的供应量和使用量增长情况

Gas 使用量

每天,以太坊上都会新增大约 6000 个区块,容纳数十亿 Gas 的交易。这个数量一直在变化,并随着时间流逝而增长,主要是因为区块 Gas 上限增加。与此同时,随着以太坊上交易的数量和规模在不断增加,交易所消耗的 Gas 总量也在不断增加。

回顾整个以太坊的发展史,Gas 的供应量(灰色部分)和消耗量(黑色部分)如下图所示:

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-(你可以说,以太坊是企业用的,因为 Gas 使用量在工作日更高)-

如图所示,在拜占庭(Byzantium)、君士坦丁堡(Constantinople)和缪尔冰川(Muir Glacier)硬分叉发生前,Gas 供应量都出现了锯齿状的骤降。这些都是以太坊难度炸弹,又称冰河世纪(ice age),所产生的影响。在冰河期,出块时间会呈指数型增加,导致每天挖出的块数量减少,每天的 Gas 供应总量也随之减少。当然了,这种情况是非常糟糕的,因此以太坊网络需要用硬分叉来恢复网络。难度炸弹的用意正在于此:引入改进措施,以免出现创新停滞的情况。由于君士坦丁堡硬分叉忘了重新设置难度炸弹,以太坊紧接着又引入了缪尔冰川硬分叉。之后的柏林硬分叉正在考虑改变这一机制(EIP 2515)。

通过图中黑色部分的 Gas 使用量,我们可以看出 2017 年 ICO 热潮以来,以太坊的 Gas 使用量占 Gas 上限的 60% 以上。自此以后,Gas 上限经过几次跃升,增长了四倍。每次跃升后,Gas 使用量也出现相应增长。过去几个月来,以太坊的 Gas 使用量似乎卡在了 Gas 上限的 95% 上。

要想知道以太坊的 Gas 使用率为何无法超过 95% ,我们需要先了解空块和叔块。

空块和叔块

纵观以太坊的发展史,即使是在供不应求的情况下,以太坊的 Gas 使用量也没有超过 Gas 上限的 95% 。令人惊讶的是,剩余 5% 的 gas 都是以空块的形式被浪费了。空块是有规律的,大约每挖出 20 个区块就会有一个空块。在有付费交易等待打包的情况下,为什么还会有人挖空块?我们来看一下数据:

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空块率随时间的流逝而稳定增长,目前在 5% 左右。所有矿池都有挖空块,因此不是恶意行为。真正的问题是,出块速度过快。如果挖出一个区块的时间少于 6 秒,这个块是空块的概率会成倍增加(译者注:作者这个断言应该是根据时间戳统计数据得出的,因为没有使用虚拟语气)。

有一种解释是,矿工在收到一个新区块的区块头、但还没处理完整个区块时就开始挖下一个区块。这在比特币中叫作 “简单支付验证(SPV)” 挖矿,可以让矿工立即开始挖下一个块,但是只能挖空块。一旦新的区块处理完成,矿工就可以开始打包并挖出下一个区块。可以证实这一解释的另一个证据是,如果同一个矿工连续挖出了两个区块,空块率就会降低 25% 。

除了挖空块之外,还有一种方法是在处理新区块的同时继续接着上一个区块挖矿(而不是挖更新的可挖位点)。这就有可能导致多个新区块被挖出。如果这种情况发生在以太坊上,网络就会选出一个合法区块,并将其它区块视为叔块。挖出叔块的矿工会获得同样的区块奖励。叔块率非常稳定:

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2018 年,Gas 使用量达到顶峰时,叔块率也达到了顶峰(现已降至稳定的 5% )。那段时间,空块率也有增加,可能是因为矿工改变了策略。

虽然叔块率对以太坊可扩展性的影响不是很明显,但确实存在。拜占庭硬分叉中的 EIP-100 调整了区块难度评估公式,将叔块计算在内。因此,叔块率越高意味着在矿工挖出的区块中,作为叔块被浪费的区块越多,作为合法区块被添加到最长链上的区块越少。具体表现为出块时间增加,每日 Gas 供应量减少。(导致出块时间增加的另一大原因是冰河期。)

无论是叔块还是空块,都是以太坊上重要的网络健康标志。二者中任意一者增加都意味着每日 Gas 供应量减少。对叔块率的分析是 EIP 2028 和 1559 背后主要的研究内容之一(参见 1、2、3)。令人惊讶的是,这两个 EIP 都没有提到空块率,而且研究上存在方法上的缺陷。最好能采用恰当的统计方法(如逻辑回归)来进行更严格的分析,并将叔块率和空块率都纳入考虑范围。

有一些方法可以用来降低空块率和叔块率。假设导致空块率和叔块率较高的根本原因是,由于网络和区块处理延迟,矿池无法获得最新状态。一种简单(但是不可取)的方法是,让矿池变得更加中心化,将最新状态集中在一处。去中心化更高的解决方案是,使用 bloxroute 在矿池之间创建专属的互联通道。还有一种解决方案的灵感来自 “间谍挖矿(spy mining)”,就是让矿池预先共享它们正在挖的区块。其它矿池就能针对每一个在挖区块准备好下一个区块,一旦某个矿池成功挖出了区块,其它矿池就知道下一个该挖哪个区块,并且马上切换过去。从更高层次来看,改进节点通信协议和处理算法也会带来帮助,或许也能带来一些收益。但是,正如我们所见,降低叔块率和空块率最多可以将每日 gas 供应量提高 5% 左右。

由此看来,gas 上限是 gas 供应量的 95% 。那么,如果人们对 gas 的需求超过这一上限,会发生什么情况呢?

Gas 价格

以太坊用户对 Gas 的需求接近上限时,会发生什么情况?矿工可以随心所欲地选择交易进行打包(详见下文)。但是实际上,矿工会优先打包 Gas 价格高的交易,因为这会让他们的收益最大化,最终引发针对 Gas 的最高价格拍卖。

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Gas 价格已经成为完美的无弹性供给范例。 随着以太坊网络对 Gas 的利用率超过 80% ,向 95% 的上限直线靠拢,Gas 价格就会出现大幅上涨。需求量增加只会推动 Gas 价格上涨,直至用户负担不起为止。让 Gas 价格下跌的唯一方法是,提高 Gas 供应量或降低用户对 Gas 的需求量。近期 Gas 上限的增加并不足以有效压低 Gas 价格。

乍看之下,人们对以太坊的兴趣增加,只会导致 Gas 价格上涨,不会导致以太坊的使用量增加。实际上,Gas 价格高的交易会淘汰 Gas 价格低的交易。那些小额 NFT(非同质化代币)交易会减少,大额的 DeFi 交易会增加。

EIP 1559 旨在让 Gas 供应量在较短的时间范围内更具弹性。在需求量高峰时期,会创建出较大的区块(高达 2000 万 Gas)。这有助于平抑 Gas 价格,让交易更早被打包进区块。但是,这并不会改变长期中的无弹性供应问题。EIP 1559 实施后仍然会有一个长期不变的 Gas 上限。这就意味着,Gas 价格将持续上涨,直至需求量足够小为止(与现状相同)。此外,EIP 1559 实施后仍有用来支付给矿工、作为打包交易的报酬的激励机制(假设矿池会继续按照这个激励的大小为交易排序、创建区块)。这就意味着,抢跑交易、Gas 竞价之战和矿工抽取价值的问题依然存在。

图中数据代表被打包进下一个区块所需支付的最低价格。如果你愿意等久一点,Gas 价格会低得多。从近期的历史数据来看,如果你愿意等待两分钟及以上,Gas 价格就会下降。EIP 1559 有助于在降低溢价的同时加快交易的处理速度。

因此,达到 Gas 上限时,Gas 价格就会上涨。那么,我们如何提高 Gas 上限?

(未完)


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