尽管区块链技术最初旨在替代传统银行体系，但早期的开发者们可能并未预料到其会迎来如此迅猛的增长。正因如此（并且因为扩容过程确实非常困难），最初并未建立能够支持其扩展的机制，或者简单来说，就是让其变得更大、更快的能力。然而，全球范围内指数级的大规模应用浪潮，恰恰正在呼唤这种能力的实现。
为何需要区块链扩容？
如果加密货币想要与Visa、万事达等全球主流支付系统竞争，就必须提升其性能。据报道，Visa和万事达每秒能处理数千笔交易，而加密货币则远远落后。例如，以太坊每秒处理交易数上限约为20笔，比特币约为7笔，莱特币约为56笔。虽有观点认为比特币现金可能达到三位数，但与传统支付网络相比，差距依然显著。为了解决这一问题，各大主流区块链的开发者们提出了多种解决方案。
扩容的核心目标
区块链扩容的本质在于提升整个网络的交易处理能力（TPS），以满足日益增长的用户需求。其核心要素包括：
- 提升吞吐量：增加每秒能够确认的交易数量。
- 降低延迟：缩短交易被网络确认所需的时间。
- 维持去中心化与安全：在提升性能的同时，保障网络的去中心化特性和安全性不受损害。
比特币的扩容方案
1. 增大区块大小与缩短出块时间
比特币的区块大小限制在其诞生一年后被设定。当时，1MB的新区块上限并不构成问题，因为网络并不繁忙，交易的数量和体积远不足以填满1MB的区块。
随着比特币的普及，1MB的区块大小限制显然无法满足不断增长的用户需求。社区曾提议将区块大小从1MB增加到8MB。由于社区无法达成共识，区块链发生了分叉。
一部分社区成员坚持原始的比特币核心链及其1MB的区块大小限制。另一部分则选择了比特币现金分叉，并先后将区块上限提高至8MB，乃至32MB。区块容量变为原来的32倍，使得比特币现金在相同时间内可以处理更多交易。
另一种提升网络吞吐量的方法是缩短出块时间。莱特币区块链就是典型例子，它始于比特币源代码的复制，但关键区别在于其出块时间仅为2.5分钟，比比特币快了整整4倍，这使其能更快地处理交易，实现了每秒56笔交易的峰值吞吐量。
2. 隔离见证（SegWit）
另一个针对比特币及其竞争币的扩容解决方案是隔离见证（SegWit）。SegWit最初旨在解决交易延展性问题。在其实施之前，交易ID有可能被更改，从而欺骗发送者进行重复支付。SegWit的实施使得任何依赖未确认交易的功能风险大大降低。但它的潜力远不止于此，它引入了一个称为区块权重的新概念。
区块权重结合了含签名数据和不含签名数据的区块大小，其上限比之前提高了四倍。这意味着SegWit在实质上将区块大小从1MB增加到了4MB。理论上，这使交易吞吐量最高可达原来的四倍。尽管理论上前景光明，但专家认为网络状况可能无法支持超过2.1MB的区块大小。现实中，平均区块大小至今仅略高于1MB。
SegWit另一个重要意义在于，它使得第二层（Layer 2）解决方案的实施成为可能。这些是区块链扩容方案，例如闪电网络，其目标是将大量数据从主区块链转移至所谓的侧链进行处理。
以太坊的扩容方案
1. 权益证明（Proof of Stake）
为了实现更高的吞吐量，以太坊开发者提出了权益证明（PoS）协议。该协议通过用验证者取代矿工，改变了区块验证过程。要成为验证者，首先需要将一定数量的以太币作为权益质押并锁定在区块链中。之后，你可以通过为你认为可以添加到链上的区块“下注”来开始验证它们。简单来说，你的权益越高，你验证的区块被选中的可能性就越大，你获得区块奖励的机会也越高。但如果你为错误的区块下注，你质押的资产可能会被罚没。
2. Casper协议与以太坊2.0
为了实施权益证明，以太坊开发者引入了Casper协议。借此，他们启动了以太坊向权益证明的转型过程，即众所周知的“以太坊2.0”。目前这是一个工作量证明（PoW）和权益证明（PoS）共存的混合系统。虽然大多数交易仍通过PoW验证，但PoS也已开始运行。大量以太坊用户已将部分ETH锁定在区块链中两年，以获得质押奖励的资格。与此同时，以太坊开发者将继续开发以太坊2.0，直至其达到不再需要PoW的阶段。
常见问题
问：什么是区块链扩容？
答：区块链扩容是指通过技术手段提升区块链网络的交易处理能力和速度，以支持更多用户和使用场景，同时努力维持其安全性与去中心化特性。
问：为什么比特币不直接无限增大区块？
答：无限增大区块会导致运行全节点的硬件要求急剧升高，可能加剧网络中心化，因为只有少数大型实体能够负担得起运行节点的成本，这与区块链的去中心化初衷相悖。
问：Layer 2方案是如何工作的？
答：Layer 2方案（如闪电网络）是在主区块链（Layer 1）之上运行的协议。它们将大部分交易转移到链下处理，仅将最终的结算结果提交回主链，从而极大地减轻主链负担，提升效率。
问：权益证明（PoS）比工作量证明（PoW）更好吗？
答：两者各有优劣。PoS通常能耗更低、交易处理效率更高。PoW则经过了更长时间的实际安全检验，被认为在安全性上非常稳健。选择哪种共识机制通常涉及在安全性、去中心化和效率之间的权衡。
问：扩容会影响区块链的安全性吗？
答：任何扩容方案都需要仔细评估其对安全性的影响。好的扩容设计力求在提升性能的同时，最大限度地保障甚至增强网络的安全。
总结：扩容是必然之路
加密货币社区在不断壮大，交易数量也在持续稳定增长。因此，区块链扩容是不可避免的发展趋势，这也解释了为何有如此多的调整与升级正在被实施或开发。区块链的发展永不停歇，新的、令人兴奋的解决方案总在地平线上涌现。