Trias为什么具有良好的可扩展性？

如果你常常关注区块链的行业资讯，想必你听说过比特币的扩容之争，或者对以太猫造成的以太坊拥堵的事件有所耳闻。

更深一步的话，如果你看过区块链项目的白皮书或者宣传文案，可能也会对TPS有所印象，这是区块链技术发展到现在的关键瓶颈，也是众多项目竞争的重中之重。

秦失其鹿，天下共逐之。——《史记·淮阴侯列传》

在去中心化的系统中，扩展性始终是衡量系统设计优劣的重要指标。这里说的扩展性，指的是能够带来性能提升的扩展。上文中的TPS表示单位时间内完成的交易数与时间之商，是性能高低的重要参照标准。

众所周知，区块链领域存在一个著名的“不可能三角”观点：

去中心化(Decentralization)，安全性(Security)和可扩展性(Scalability)这三个属性，区块链系统无法同时满足，最多只能三选其二。

一、为什么可扩展性重要

区块链的不可能三角演示了现阶段三个因素之间难以兼顾的现状。对绝大多数公链来说，如果要满足安全性和去中心化，就需要所有（或大多数）节点参与共识并存储全套数据，但因此带来的问题就是项目失去了可扩展性，总性能被大量冗余的节点牢牢限制在一个极低的水平（如比特币的TPS只有7）。

而以太坊的创始人Vitalik Buterin（江湖人称，V神）就认为，扩展性也许应该成为首要解决的问题。

“扩展性也许是排在第一位的问题，扩展性问题已经成为很多系统的坟墓。这是一个重大而艰巨的挑战，这些都是已知的事实。”——Vitalik Buterin

以目前区块链的技术水平，想要规模投入商业使用，其性能还需要有几个数量级的提升才可以。要知道传统的金融机构，每秒交易量往往都是超过几千笔，中国工商银行原行长杨凯生就曾表示过类似观点。

二、现有解决方案的问题

为了提高性能，业界目前采用的扩展方案大概有以下几种：

1、增加区块大小。

熟悉区块链行业掌故的朋友，肯定不会对2017年后半年开始的比特币分叉竞赛感到陌生。在PoW机制下，通过增加区块大小，或提升出块频率可以显著的增加TPS。这种方案实现简单，兼容性好，但会带来节点处理及网络负载过高，产生中心化和安全性等问题。

2、Off-chain（链下）和侧链。

例如闪电网络，在链下进行交易锚定价值在BTC主链上。这种方法优点是实现较简单，提升交易速度明显。缺点是不太安全，会带来交易的不确定性，稍有差池就可能会造成资金损失。

3、分片（Sharding）。

将整个链拆分为独立的子链或分片链，每个分片独立处理请求，互不影响。这种方法借鉴了传统的数据库分库分表方案，优点是TPS提升明显且扩展性好，缺点是相对复杂，实现起来难度较大，对技术要求较高。

三、Trias的可扩展方案

通过对各种方法综合分析，当前Trias选择的可扩展方案是分片，而且是最彻底的状态分片。并在此基础上，结合了Off-chain技术进一步提升性能。

从设计思路上来说，主链（Main chain）用来记录Sharding元数据信息，做交易最终确认，并且具有注册Sharding功能，每个Sharding维护独立状态并且是自治的系统，通过proposer和attester实现块的校验及存储到Main chain。更进一步还会实现off-chain和cross-shard交易功能。

下面具体介绍一下Trias中各模块及概念。

Main chain：采用Trias自创的共识机制形成的链，其中区块是Main block。支持节点注册机制，将节点随机加入选择的Sharding中。交易只有被Main chain确认，才进入最终确认状态。

Main block：是经过Committee签名认证过的块，存储了Shard block header等元数据。Main block被提交到Main-chain也会经过校验，首先会验证签名是否合法，接下去验证header是否符合链的连续性、时间等要求，验证无误才会被并入Main-chain。

Sharding：支持多种类型分片系统，存储管理部分用户的状态数据。Sharding维护独立的状态机，是合约真正的执行单元。

Committee：用来校验一个Sharding block的Attester集合。Committee内的Attester要达成BFT共识后，才能产生Main block。Cmmittee设计有奖惩机制，诚实工作的Attester会得到奖励，否则会得到惩罚。

Attester：Committee的成员，用来校验分片中的交易并投票签名。为了安全起见，每随机过一段时间，Attester会被随机分配到不同Sharding，用来避免每个Sharding的恶意节点过多。

通过Sharding，可以将区块链网络划分为若干能够容易处理交易的小型网络，这种技术还有利于未来继续扩展。简而言之，Sharding将大大提升Trias的可扩展性。

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