区块链本质理论简版（三）：性能本质的吞吐量

区块链的本质

区块链受到大家的关注是好事，但我们实在不希望看到各种区块链项目盲目上马，造成各种社会资源的浪费。 区块链技术本身还处于发展阶段，还有很多核心技术问题有待突破，对区块链技术的本质还有各种不同的理解。 在接下来的几天里，我们将与大家分享区块链的计算本质、技术难点、业务调整和社会影响。

(3) 性能：吞吐量、确认延迟和状态容量

我们买电脑的时候，大家都知道要看处理器（CPU）的速度，每秒能处理多少条指令； 它还取决于内存容量，它基本上决定了我们可以同时打开多少应用程序，可以打开多少文件以及不卡。 区块链系统也类似。 吞吐量类似于计算机的CPU处理速度，决定了每秒可以处理多少事务； 而状态容量类似于计算机的内存容量，决定了整个系统可以承载多少笔交易。 每个应用程序中用户（地址）的状态。

另一个指标是确认延迟，它来自一个非常奇特的现象。 区块链系统可以接受一笔交易，但它在处理或完成之前开始接受下一笔交易。 这时候你会发现，比如每秒处理100笔交易的吞吐量，并不是你发送了一笔交易。 1/100 秒后，交易将被处理并确认。 通常每笔交易在最终确认之前都需要更多的时间。

比特币的性能很弱，大家都知道它平均每秒处理 7 笔交易。 每笔交易只包括几个大整数的加减运算。 如果简单地计算这些交易，仅用一个笔记本就可以计算出每秒数百万笔交易。 那么为什么比特币这么慢？ 先做个结论，这个事情不能靠共识算法，这不是PoW的问题。 对于共识算法，可以先看之前的文章：

王家平：区块链本质理论精简版（二）：共识本质 zhuanlan.zhihu.com

比特币很慢。 有人说PoW很难，算一个块要十分钟。 有人说比特币需要大量的计算能力。 这些其实都是误会，因果颠倒了。 十分钟只出一个块，因为协议是这样规定的，不能太快出块。 如果每个人都拥有更多的计算能力，那么区块的产生速度就会更快。 比特币网络的算力调节算法会自动增加 P​​oW 的难度，使出块速度始终保持在十分钟。 需要大量的算力，因为大家要抢着参与比特币的共识过程，因为每抢到一个机会，就会得到25个比特币的奖励。 看了一下，今天要9000多美元。

因此，越来越多的算力正在参与比特币共识，PoW 的难度也越来越高，这就是我们今天所看到的。 但是这种 PoW 算力只是在争夺出块的机会。 算力再大，也不会增加比特币交易处理的速度一丁点。 比特币系统吞吐量低的原因是，刚上线时，设定为每十分钟出一个区块，每个区块大小为1M字节，按照当时互联网底层的通信能力。那时。 那么每个事务需要不到200到300个字节，那么总共就是每秒7个事务左右的吞吐量。

为什么比特币系统是这样设计的？ 块间​​隔不能更小，或者每个块更大吗？ 什么东西受什么限制？ 答案是，

网络带宽从根本上限制了区块链吞吐量

这就是为什么我去年看项目的时候，那些号称几十万TPS的项目。 我一般会问一个问题比特币区块链大小，你的系统运行需要多少带宽？ 如果要这么高的带宽，只能把所有的节点都放在一个机房里，用局域网连接起来。 这不是区块链，它叫云服务.....

王家平：区块链精简理论（一）：计算的本质

第一篇文章开头提到，区块链是一个在松散分布的节点之间中继计算的过程。 那么，这个计算过程必须是可以中继的比特币区块链大小，也就是说每个节点都需要获取本次计算的最新上下文、最新数据和状态。 在区块链中，具体做法是一个节点产生一个区块后，必须有足够的时间让大多数其他参与者同步到这个新区块，然后产生下一个区块。 正因如此，吞吐量会受到网络带宽的限制，不能太高，否则区块链网络将无法达成共识一致性。

那么毕竟我们现在的互联网比10年前快多了。 因此，现在要将比特币网络提速几十倍，根本不需要任何算法改进。 改变区块大小，改变区块间隔，可以轻松实现至少几十倍的吞吐量提升。 但如果要进一步完善，必须保证其去中心化程度，就会面临很大的理论挑战。

这里需要强调的是，去中心化程度和绩效是矛盾的。 去中心化程度要求尽可能多的人可以参与网络并自己运行一个节点。 那么带宽要求就不能太高，要与上网的平均带宽水平相匹配。 为什么DPOS（比如EOS）的吞吐量这么高？ 因为它的去中心化程度基本没有，跟云服务没什么区别，所以可以使用非常高的带宽，是普通上网带宽的几千倍，吞吐量当然很容易提升。

随着吞吐量的提升，除了带宽之外，对每个节点的CPU处理能力和磁盘的读写能力也会有更高的要求。 这里强调带宽不仅是因为带宽是首要瓶颈，还因为高带宽会极大地损害去中心化程度，因为高带宽访问受地理位置限制，基本上只能在数据中心。 CPU和磁盘的升级完全不受地理位置的限制。