可扩展性泛指系统增长以适应不断增长的需求的能力。在计算方面，您可以通过升级机器的硬件来提高机器的性能，以便更快地执行某些任务。当我们谈到区块链的可扩展性时，我们指的是增加它们处理更多交易的能力。
像比特币这样的协议有很多优点，但可扩展性不是其中之一。如果比特币在一个中央拥有的数据库中运行，管理员可以相对容易地提高速度和吞吐量。但是比特币的价值主张（即抗审查）要求许多参与者同步区块链的副本。
区块链可扩展性问题
运行一个比特币节点相对便宜，即使是简单的设备也能做到。但是由于数千个节点需要相互保持最新状态，因此它们的容量存在一定的限制。
对可以在链上处理的交易数量设置上限，以免数据库增长到笨拙的大小。如果它变得太大太快，节点将无法跟上。而且，如果块太大，它们就不能在网络周围快速中继。
结果，我们发现自己遇到了瓶颈。区块链可以被视为以设定的时间间隔发车的火车服务。每节车厢的座位有限，要获得车票，旅客必须竞标以保证座位。如果每个人都试图同时上火车，价格会很高。同样，被待处理交易堵塞的网络将需要用户支付更高的费用才能及时查看他们的交易。
一种解决方案是使车厢更大。这意味着更多的座位、更高的吞吐量和更便宜的票价。但不能保证座位不会像以前那样坐满。车厢不能永远加宽，就像块或块气体限制不能无限扩展一样。后者使节点留在网络上的成本更高，因为它们需要更昂贵的硬件来保持同步。
以太坊的创造者Vitalik Buterin创造了可扩展性三难问题来描述区块链面临的挑战。他认为协议必须在可扩展性、安全性和去中心化之间做出权衡。这些相互之间有些矛盾——过多地关注其中的两个属性，第三个属性就会很差。
出于这个原因，许多人将可扩展性视为需要在链外实现的东西，而区块链本身应该最大限度地提高安全性和去中心化。
什么是链下扩展解决方案？
链下扩展是指允许在不膨胀区块链的情况下执行交易的方法。插入链的协议允许用户发送和接收资金，而交易不会出现在主链上。我们将深入探讨这方面最显着的两个进步：侧链和支付渠道。
侧链简介什么是侧链？
侧链是一个单独的区块链。然而，它不是一个独立的平台，因为它以某种方式与主链挂钩。主链和侧链是可互操作的，这意味着资产可以自由地从一个流向另一个。
有多种方法可以确保资金可以转移。在某些情况下，资产通过存入特殊地址而从主链转移。它们并没有真正发送过来——而是被锁定在地址中，并且在侧链上发出了匹配的金额。一个更直接的（尽管是中心化的选择）是将资金发送给托管人，托管人将存款换成侧链上的资金。
侧链如何运作？
假设我们的朋友Alice有五个比特币。她想将它们交换为比特币侧链上的五个等价单位——让我们称它们为侧链。有问题的侧链使用双向挂钩，这意味着用户可以将他们的资产从主链转移到侧链，反之亦然。
请记住，侧链是一个单独的区块链。因此，它将具有不同的块、节点和验证机制。为了获得她的副币，爱丽丝会将她的五个比特币发送到另一个地址。它可能由某人拥有，一旦他们收到比特币，就会将五个侧链记入她的侧链地址。或者，它可能有某种信任最小化的设置，在软件检测到付款后，侧币会自动记入贷方。
Alice现在已经将她的硬币转换为副币，但她总是可以逆转这个过程来收回她的比特币。现在她已经进入了侧链，她可以自由地在这个单独的区块链上进行交易。她可以发送副币或从其他人那里接收副币，就像在主链上一样。
例如，她可以向Bob支付一个副币来购买Bitcoin连帽衫。当她想回到比特币时，她可以将剩余的四个副币发送到一个特殊地址。交易确认后，四个比特币将被解锁并交付到她在主链上控制的地址。
为什么使用侧链？
你可能想知道这有什么意义。为什么Alice不直接使用比特币区块链？
答案是侧链可能能够完成比特币无法做到的事情。区块链是精心设计的权衡系统。虽然比特币是最安全和去中心化的加密货币，但它在吞吐量方面并不是最好的。虽然比特币交易比传统方法快，但与其他区块链系统相比，它仍然相对较慢。每十分钟开采一次区块，当网络拥塞时，费用会显着增加。
诚然，对于小额日常支付，可能不需要这种级别的安全性。如果Alice为一杯咖啡付钱，她就不会等待交易确认。她会排长队，等递过来的时候，她的饮料已经凉了。
侧链不受相同规则的约束。事实上，他们甚至不需要使用工作量证明来运作。您可以使用任何共识机制、信任单个验证器或调整任意数量的参数。您可以添加主链上不存在的升级，生成更大的区块，并强制执行快速结算。
有趣的是，侧链甚至可能存在严重错误而不影响底层链。这使它们可以用作实验平台，并推出需要网络大多数人达成共识的功能。
如果用户对权衡感到满意，侧链可能是实现有效扩展不可或缺的一步。主链节点不需要存储来自侧链的每笔交易。Alice可以通过单笔比特币交易进入侧链，执行数百次侧链交易，然后退出侧链。就比特币区块链而言，她只做了两次——一进一出。
以太坊的Plasma是相似的，但有一些主要的不同。
支付渠道介绍什么是支付渠道？
支付渠道在可扩展性方面的作用与侧链相同，但它们从根本上是截然不同的。与侧链一样，它们将交易推离主链，以防止区块链膨胀。然而，与侧链不同的是，它们不需要单独的区块链来运行。
支付渠道使用智能合约，使用户无需将交易发布到区块链即可进行交易。它通过使用两个参与者之间的软件强制协议来实现。
支付渠道如何运作？
在流行的闪电网络等模型中，两方首先将硬币存入他们共同拥有的地址。这是一个多重签名地址，需要两个签名才能使用资金。因此，如果Alice和Bob创建了这样的地址，则只有在得到他们双方同意的情况下才能将资金转移出去。
假设他们每个人将10 BTC存入一个现在拥有20 BTC的地址。他们很容易保持资产负债表，开始时说Alice和Bob各有10 BTC。如果Alice想给Bob一枚硬币，他们可以将其更新为Alice有9个比特币，鲍勃有11个比特币。当他们继续更新这些余额时，他们不必发布到区块链。
不过，到时候，假设Alice有5 BTC，Bob有15 BTC。然后他们可以创建一个交易，将这些余额发送到各方拥有的地址，签名并广播它。
Alice和Bob可以在他们的资产负债表上记录10、100或1000笔交易。但就区块链而言，他们只执行了两种链上操作：一种用于初始资金交易，另一种用于在完成后重新分配余额。除了这两个之外，所有其他交易都是免费且近乎即时的，因为它们发生在链外。无需支付矿工费，也无需等待区块确认。
当然，上面讨论的例子需要双方合作，这对于陌生人来说不是一个理想的情况。但是，可以使用特殊机制来惩罚任何作弊企图，因此各方可以在没有信任的情况下安全地相互交流。
支付路径
显然，支付渠道对于预期交易量大的两方来说是方便的。但它会变得更好。这些渠道的网络可以充实，这意味着爱丽丝可以支付她没有直接联系的一方。如果Bob与Carol有一个开放的频道，Alice可以向她付款，前提是有足够的容量。她会将资金推送到频道的Bob一侧，而Bob又会将它们推送到Carol的一侧。如果Carol连接到另一位参与者Dan，则可以执行相同的操作。
这样的网络演变成分布式拓扑，每个人都连接到多个对等点。通常会有多条路线到达目的地，用户将能够选择最有效的路线。
结束语
我们已经讨论了两种可扩展性方法，它们允许在不增加底层区块链负担的情况下进行交易。侧链和支付渠道技术都尚未成熟，但它们正越来越多地被希望规避基础层交易缺点的用户利用。
随着时间的推移和越来越多的用户加入网络，坚持去中心化是很重要的。这只有通过对区块链的增长实施限制才能实现，以便新节点可以轻松加入。链下可扩展性解决方案的支持者认为，随着时间的推移，主链将仅用于结算高价值交易，或用于挂入/退出侧链和打开/关闭通道。
