去中心化交易能比VISA还快么？

洞中方一日，币圈已千年。最近没写文章，正要续上原来留的扣子，才发现虚拟货币价格正在崩塌。对此，我不免拍案称快：把那些无价值的空气币毁灭给人看，才是人间正道。在幸灾乐祸的情感支配下，我更有动力写今天的内容——毕竟，在一片哀鸿声里，没人会以为这是一篇镰刀文了。

上文书(为什么说大多数ICO都是诈骗？)说到，现有的去中心化货币和交易系统，由于技术方案的限制，每秒交易次数(TPS)相当低，相应地，交易费用高企，无法支撑中小额、高频次的支付行为。

今天我们要讨论的，是个纯粹的技术问题：去中心化交易的效率到底能不能大幅提高？至于其商业价值，我的观点是：短期来看，没有想象的大；长期来看，又比想象的大得多。诸位可能无法想象：在本世纪初，基本没有哪个教授声称自己是做人工智能的，那就跟承认自己是骗子差不多。

本文的核心内容，来自于上文提到的王成(W)伪博士，加个“伪”字，因为他读的数论和分布式计算两个博士都退学了。王成有项很重要的工作——《线性时间复杂度的拜占庭算法》，虽然与本文关系不大，感兴趣的朋友可以点击文末的“阅读原文”了解。正是在两年多前，他在拜访V神时，了解到以太坊面临的困境和正在进行的分片项目，才顿生兴趣开始研究去中心化交易的速度问题。

有人说，比特币的地位类似于数字黄金，支撑日常交易的能力无足轻重。其实，这是一种酸葡萄心理罢了，且不比微信支付和支付宝，加密货币至少应该能以VISA的效率支撑交易，再加持以去中心化的生产关系，才能有更多真正落地的应用产生，而不是像今天这样，与传销和诈骗紧密联系在一起。

还是那句话，我们先不谈DPOS等半中心化方案，只讨论POW。要提升POW机制的交易速度，有两个方向：一是把交易处理尽量打散，由一个链上堆积变成多头并进；二是把账本分解开，变成可扩展(scalable)的。这两个概念前文已经说过，那么，都有些什么新的技术方案呢？

第一类方案，把账本结构由链变成了有向无环图(DAG)。这样一来，就有多个头部可以同时记录交易了，其代表项目是IOTA，账本结构如上图所示。IOTA没有区块的概念，每个交易都会引用过去的两条交易Hash，以证明这两条交易的合法性，并间接证明之前交易的合法性。不过，IOTA能够提高TPS的关键，还是在于图结构相比链结构而言，有多个头部，可以并行确认交易。

话虽如此，IOTA有个致命问题：由于在选择头部的过程中，要用到效率很低的随机行走算法。为了实用，只好引入一个全局协调器(Coordinator)，从快照算起以节省时间。您听出问题来了吧？这个快照是由中心节点选取确定的！这样一来，就现状而言，IOTA其实并不是一个去中心化系统！

IOTA的理论和工程挑战还有很多。实际上，它实测的TPS也仅达到1000上下，再加上中心化的缺陷，看起来现实比理想要骨感得多。

另外一类方案，是把交易分到多条链上，典型的是以太坊的分片(shading)项目。它的思路非常简单直觉：把用户随机分成G个组，每个组单独有一条子链，组内的交易在这条子链上确认即可。显然，这可以提高一些交易速度。

关键的问题是，跨组交易怎么解决？分片项目采用了利用主链进行周转的办法。不谈技术细节，我们从概念上描述一下此过程。如果第1组上的用户a要给第3组上的用户b发送十个币，可以分成如下两步：
1. 第1组的用户a告诉主链，我要给第3组的b用户发送十个币，此步骤相当于生成一张支票；
2. 主链告诉第3组的子链，有第1组的用户a向你这里的用户b发送了十个币，此过程相当于把支票提现。

显然，概率上看，大多数交易都是跨组交易，因此都需要通过主链中转。这也就决定了，分片很难决定性地提高TPS。另外，在此方案中，每个节点都要保留公链和与自己相关的那条子链，需要存储和处理的账本没有变小，因此并不是一个scalable的方案。

因为存在“1%攻击”，即100个分片有一个被攻击，就会影响整个系统，这样的分片方案会降低安全性。另外，还有个严重的问题：此方案目前看来无法跟以太坊图灵完备的智能合约体系相兼容，难道为了提速，先要自断手足么？目前，分片项目进展并不顺利。计划中的六个步骤，才进行到第一步，还只有一些实验性质的代码。可以说，距离美好的梦想还遥遥无期。

是不是没办法了呢？其实，分片项目给了我们很大的启发，曙光就在前方了。我们想想此方案的症结：为什么跨链交易要回到主链上进行呢？能不能把这部分再分解呢？

于是，我们想到这样一个方案：仍然把用户分成G组，但是在子链的设计上有所不同：将第i组到第j组的交易，单独放在一条子链L(i, j)上。这样一来，G组用户就对应了G^2条子链，如下图所示。

这样做有什么好处呢？从上图看，假设用户分成两个组，那么第0组的用户在发起交易时，只会依赖L(0,0)、L(0,1)、L(1,0)这三条链上的前序交易，与L(1,1)这条链是毫无关系的！如此一来，第0组的节点，就只需要保存3/4的子链就可以了。

看起来省的不多？其实，在用户分成G组的情形下，每个节点只需要保留2G-1条子链就够了，也就是说，大约只需保留(2G－1)/G^2≈2/G的子链，这是相当可观的！比如说，我们把用户分成32个组，那么每个节点都只需要保存1/16的链就可以了，这就实现了scalable特性。

什么，您问还有主链么？既然跨链交易都解决了，还要主链干什么用呢？

这样的方案，没有了主链和子链的概念，交易被用户组结构组织起来的多条链并行处理，就像是百川到海不复还，我们给这样的账本结构起了个名字，叫“区块流”(BlockFlow)，如上图所示。当然，具体实现上面的思路和结构，还有很多技术细节甚至巧妙的设计，本文不是白皮书，所以这些就不谈了。

那么，从理论上分析，BlockFlow能支撑什么样的交易速度呢？我们借用上篇文章中的分析，带入上篇文章分析得到的那两个约束公式：
T * P' * 4ms / T