Ripple Xpring ：如何实现区块链可扩展性和互操作性的分离？

作者：Evan Schwartz

翻译：DUANNI YI

来源：加密谷

本文为Ripple 旗下生态孵化器 Xpring 出品，由 加密谷 独家编译。作者Evan Schwartz 是Interledger 的联合创始人，在Xpring 担任首席工程师一职。

据称，闪电网络和Plasma等Layer 2技术有望在区块链的可扩展性、互操作性和功能性方面取得重大进展。然而，大多数的Layer 2项目主要关注可扩展性，对互操作性则较少提及。为什么呢？

这不仅是发展阶段的问题。究其实质，这是因为Layer 2 的目的在于扩容，Layer 3才专注于互操作性层面。

可扩展性和互操作性是互补的，但与此同时，它们也相互独立，最好通过不同的协议分层来解决。为了说明这个问题，我们将介绍一些关于协议分层结构的目的，以及Layer 1, 2和 3在其中所扮演的角色。其次，我们还将解释如何将可扩展性和互操作性区分开来，从而改进两者的解决方案，并为价值互联网的发展铺平道路。

协议分层的目的

将多个独立的问题导向一个复杂的、相互依赖的解决方案。在大多数情况下是一个坏主意。

互联网是协议分层结构的最佳示例，这种设计是互联网发展和实用性的关键因素。不同的功能片段被分割成独立的协议，这些协议相互构建在一起，而不是捆绑在一个单一的系统中。

例如，IP (互联网协议) 是建立在不同的底层网络技术或“链路层”协议，如以太网和WiFi之上的。因为IP被设计为一个单独的层，所以它不与任何特定的网络技术绑定，并且能够在许多不同类型的有线或无线连接上以相同的方式工作。

互联网的“沙漏”结构: IP将底层网络和构建在其上的应用程序之间的差异抽象出来。

协议分层结构提供了许多重要的好处:

• 互操作性 —— 通过抽象出它们之间的差异，IP可以跨许多不同的网络技术工作。只要一个链路可以发送数据，IP就可以通过它进行交流。这意味着，无论我们使用何种类型的底层网络，都可以无缝连接。

• 可升级性 —— 抽象使得不同的层可以分别发展。尽管互联网诞生于上世纪70年代，但事实上，IP通过抽象出不同的网络技术，使我们能够从拨号上网升级到光纤和4G。更高级别的协议不需要更改，但是随着新网络技术的发展，我们的连接速度将越来越快。

• 多用途的通用基础设施 —— IP也独立于任何特定的用例，这使得相同的基础设施可以用于从Web到电子邮件和IP语音(VoIP)的应用程序。如果因特网是专门为文件传输而建立的，我们可能需要为每个不同的用例建立完整的独立网络。相反，我们有一个单一的互联网，可以用于多种类型的交流。

分层是信息互联网和价值互联网的重要设计工具，但是决定哪些特性适合哪些层是最困难的部分。太多的层会使系统过于复杂，但是过多的捆绑会妨碍互操作性和可升级性。

价值互联网的协议栈

Interledger协议栈与互联网协议套件有直接的相似之处，很大程度上是因为我们发现，将功能划分成类似的层有助于解决问题。在这里，我们将简要介绍每一层及它们的角色，并展示将Layer 3重点放在互操作性上的好处。

Interledger协议(ILP)连接并抽象出了第2层技术之间的差异

Layer 1: 分类账

区块链和其他类型的分类账就像支撑互联网的物理电缆。数字通信最终通过有线和无线链路实现，链路连接各个设备并在它们之间传输数据。分类账也是价值互联网的基础，它们使得两个人接受同一资产，或在同一系统中持有同一账户进行交易成为可能。

就像物理电缆一样，分类账和区块链需要建立在其上的附加协议，以促进数据或货币的交换。对于区块链，主要的问题是扩展交易吞吐量和降低延迟，同时保持去中心化。

分类账在逻辑上是中心化的，因此它注定会成为性能瓶颈。无论分类账是以中心化还是去中心化的方式来维护，它都需要一个统一、共享的账户和余额状态，以确保资金不会被“双花”。更新大量的共享状态昂贵且缓慢。其中的制约因素可能是分布式账簿的共识速度，也可能是中心化分类账的单个机器的性能。

提高分类帐的可伸缩性非常有用，但是使用Layer 2协议将普通的和重复的交易移出主分类帐将更大程度上增加吞吐量和降低延迟。

Layer 2: 局域网

Layer 2用于扩展区块链的解决方案，类似于互联网堆栈的链路层协议，如以太网和WiFi。这一层创建双边链路或LANs(局域网)，允许直接连接的各方或设备在底层网络上更有效地交流。

区块链的Layer 2技术旨在通过一种程序化的托管形式，在底层实现快速、低成本和高吞吐量的交易。这个范畴包括各类双边技术（如支付通道和广义的状态通道）和多边解决方案（如闪电网络、Raiden、侧链和Plasma等）。通过允许成对或更小的账户持有人进行交易，而无需每次都与主分类账进行交互，使交易更快捷、更便宜。

程序化托管

Layer 2解决方案的核心机制是一种程序化的托管形式。资产首先被存入主分类账上的持有账户、脚本或智能合约中。然后，参与方可以通过更新其本地状态来更改托管资产的分配，从而执行大量的快速交易。当双方想要结束他们的交互关系时，他们向主分类帐提交最终状态，主分类帐检查其有效性并相应地分配托管资产。

重要的是，底层分类账所提供的特性直接决定了Layer 2系统所能包含的功能类型，因为分类账所支持的程序化托管类型各不相同。

Layer 2解决方案必须绑定到某些分类账，因为它们利用底层Layer 1系统中的特定功能。

这就是为什么闪电网络是用BTC脚本进行定义的，Raiden使用特定的以太坊智能合约，而Plasma的实现同样使用指定的智能合约。闪电网络可以与特定的BTC分叉 (如LTC)协同工作——以支持SegWit的方式，而Raiden和Plasma可以与使用以太坊虚拟机的其他区块链协同工作。然而，如果他们试图支持具有大量不同功能集的分类账 (例如，不使用SegWit的闪电网络或仅使用BTC脚本实现的Plasma)，那么每种Layer 2技术将会变得很糟糕。

不过，这完全没问题！Layer 2扩展解决方案可以（而且应该）利用底层分类账提供的每个功能。

Layer 1和Layer 2之间的紧密联系，正是为何我们需要一个单独的层来实现互操作性的原因。真正的互操作性都是关于抽象的，并且要求将协议所使用的功能集最小化。互操作性层对下层网络期望得到的功能越少，它能够连接的异构网络就越多。由于Layer 2解决方案可以利用特定于Layer 1的功能，所以我们需要一个单独的层来实现互操作性，尽可能少地使用分类帐的特定功能。

Layer 3: 互操作性

Layer 3的目的是抽象出不同的Layer 1和Layer 2技术之间的差异，以连接完全不同类型的网络。这是互联网协议(IP)在互联网上的作用，也是Interledger协议 (ILP)在价值互联网上的作用。

互联网堆栈的核心协议——IP——通过网络传送数据包，同时抽象出底层电信技术之间的差异。互联网之所以成功，正是因为它使用了如此清晰的抽象概念，能够连接一切，从电话线到蜂窝移动网络再到卫星网络和专用的光纤电缆。

IP对底层网络的唯一需要的是发送数据的功能。它不依赖于任何附加功能，甚至不依赖于速度或可靠性。正是由于其简单的抽象，IP创建了一个连接超过一半人口的通用网络。

• Layer 2网络上的最小抽象

在价值互联网中，ILP像打包数据一样打包价值。它通过网络传输资金包，同时抽象出资产和分类账，以及与Layer 2技术之间的差异。与IP一样，ILP的核心是与网络无关的包和地址格式。

ILP对底层的唯一要求是能够发送资金。它不需要任何特殊的交易类型、功能或程序化的托管。更快、更便宜的交易可以改善用户体验，但即使这些也不是严格要求的。

ILP的最小抽象支持与所有类型的Layer 1和Layer 2网络的互操作性，包括那些没有被设计为互操作的网络。到目前为止，它已经被用来连接BTC闪电网络、双边以太坊支付渠道和XRP支付渠道这三个大不相同的Layer 2系统。连接所有其他类型的Layer 1和Layer 2系统的工作正在进行中。

Layer 4和Layer 5不是本文的重点，但你可以通过阅读STREAMing Money和Data Over ILP来了解STREAM，这是受QUIC启发而产生的Layer 4传输协议。

总结：可扩展性和互操作性的分离是关键所在

可扩展性和互操作性是互补的，但它们本质上是不同类型的问题，最好由单独的协议层来解决。可扩展性解决方案，如Lightning和Plasma等，在充分利用其基础分类账提供的所有功能时效果最佳。相比之下，互操作性协议，如Interledger，只需要最小的抽象就可以跨不同类型的底层网络工作。

将链路层和互操作性层分离的一个微妙的好处是，互联网仍在不断发展。互联网协议是为空间大小的计算机设计的，但它仍然适用于手机和物联网设备。通过减少底层网络所需的IP特性，它还允许底层技术的重大改进。如果IP在开发时就建立在网络的特定特性或API上，这是不可能实现的。

通过将Layer 1、Layer 2与Layer 3之间的差异抽象出来，我们可以构建更好的用户体验。同时，考虑到未来的发展，这将使价值互联网更快、更便宜、更高效。

补充：双边和多边Layer 2方案哪个更好，这是一个有趣的开放性问题。互联网栈与之也有惊人的相似之处，我们认为，互联网应该建立在双边链接上，而不是LANs上。

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