MTFS 与高性能

提到高性能和扩容，这个话题被多少区块链项目反复的讨论。

其实，比特币完全没有扩容需求，它早已成功，成为一种电子黄金。真正在扩容方面有迫切希望的是以太坊，有了高性能和大容量，以太坊就可能成为重要的金融工具。除此之外，EOS已经证明了石墨烯的TPS达不到很高，Libra也宣称每秒交易量大概会在一千左右。其他的区块链，大多在考虑二层扩容或者链下扩容。

下面我们回到 MTFS。上一篇文章我们提到了 MTFS 的实时性实际上来源于高性能和扩容方案的成功，换言之，实时性是一个副产品。那么 MTFS 是怎么做到的呢？

我们来用通俗的例子理解一下。早上出门前，小明的妈妈和小红的爸爸各给他们十块钱，这是两笔转账。然后小明和小红都拿着十块钱去同一家早餐店买了早餐，又发生了两笔转账。

前两笔转账和后两笔转账有什么不同呢？小明和妈妈之间的转账与小红和爸爸之间的转账，完全不需要考虑先后关系，因为没有重叠的交易人，所以完全不需要考虑交易谁先谁后，这类没有交集的交易甚至都不用检测双花。

而小明与早餐店的交易，是不可能与小红的交易同时发生的，早餐店需要一笔一笔的进账，交易记录一定有先有后。

这样的原理很简单，再来看看区块链，它的本质上是哈希链，是一种线性的数据结构。它要求，世界上所有要上链的交易，都按照顺序排列成一队，分出先后来。即使完全不相关，比如父母给零用钱的这些交易，也都需要分出先后，打包进区块链。如果借用巴士和公路的例子，这条公路一定又长，又窄，车多了必然拥堵。

在我们提出论文 Improve Blockchain Performance using Graph Data Structure and Parallel Mining 之前，我们对链式数据结构做过研究，在不修改数据结构的前提下，从根本上提高区块链的性能和容量，是一件很困难的事情。目前的二层网络扩容，DPOS，链下扩容方案等，都没有根本的提升区块链性能或容量。我们提出的图数据结构（经后续研究表明，这种结构几乎等价于多链结构），则有希望同时完成提升性能和容量，更有可能完成分片（分片这个词被以太坊使用了，我们这里指更加通用的数据库分片）以及实时性。

简单说分片，如果每一个全节点都需要把全世界的数据都放在自己这里存储，就算这个区块链是高性能的，也是不可扩展的，因为没有人的硬盘是无限大的。只有分片可以让节点合作存数据，这就是分片的重要性。

关于高性能呢？按照目前的做法，每隔一定时间，从全世界的所有矿工中选择一个出来，对过去这段时间内的交易进行打包。所以，目前区块链即使做到了高性能，也必然是高延迟的。那么我们能不能通过选举一个矿工的方法，对未来一段时间的交易打包负责，甚至可以按需生成新区块呢？（这样就不会有空块）

这样的想法很好，但是遇到新问题，一个在线的矿工可以保证完成目前的任务，但是矿工无法保证自己在未来一段时间内肯定在线。各种不可抗因素，比如断电，断网，遭受黑客攻击，硬件故障都会让矿工下线，那么没有人能保证自己可以在未来完成指定的工作。一旦被选举出来的矿工失效了，这样的单点故障会使得整个网络拥堵。

为了解决这个问题，在最初的设计中，采用了并行挖矿这个说法，其实是想允许有多个矿工同时服务于整个区块链网络，为区块链网络提供了冗余。

改变模式，矿工本来对过去一段时间内的交易负责，改成对未来的交易负责，以满足交易的低延迟，实时性。但是多个矿工协作的算法是什么？如果他们是各自处理不同的区块，还是做相同的工作？当某个矿工掉线的时候，另外的矿工如何替补？在这个问题上，我们花了很长时间思考，18年有很长一段时间，都是在解决这个问题。在经过多次尝试以后，我们无法设计出一个比pBFT更好的方案，所以我们沿用了经典方案，并加以的组合：使用PoW做选举（滑动窗口模式），使用pBFT让多个leaders同时出块。

我们的创新点，在于引入了新数据结构，实现了分片，去掉了批处理模式，避免了过长的确认时间，目前这套系统正处于测试阶段，我们将持续更新。