区块链行业区块链技术引卷之十二第0层扩容区块链扩容明日之星20190802通证通研究院11

研究源于数据研究挖掘机会研究呈现价值1[Table_Summary]第0层扩容，区块链扩容明日之星——区块链技术引卷之十二通证通研究院区块链研究报告专题报告行业研究2019.08.02通证通xFENBUSHIDIGITAL分析师：宋双杰，CFAEmail:[e-mail]分析师：田志远Email:[e-mail]分析师：俞力杨Email:[e-mail]特别顾问沈波Rin更多研究请关注通证通公众号获取通证通研究院FENBUSHIDIGITAL请务必阅读最后特别声明与免责条款导读：第0层扩容是一种不改变区块链的上层架构，保留原有链生态规则的性能提升方案。目前，市面上的第0层扩容项目较少，该方案的推进对区块链扩容技术的发展具有显著的现实意义。摘要：现有的区块链扩容方案可分为第0层扩容、链上扩容和链下扩容。其中第0层（Layer0）对应OSI模型的1-4层（底层协议），通过优化区块链底层数据传输协议提升区块链可扩展性，不改变区块链的上层架构，是在一种保留原有链生态规则的性能提升方案，第0层扩容的主要思路包括中继网络和OSI模型优化两类，其中OSI模型优化方案主要包括BDN、组播锁定组、QUIC协议三类。BDN是一种基于CDN技术思路的区块链扩容应用，即一种能够快速发送交易和区块的高容量、低延迟网络系统，其典型项目为bloXroute。组播通信指允许一个或多个信息源对不同用户同时发送单一数据包的通信方式，能有效解决单播和广播无法解决的“单点发送、多点接收”问题，提升网络传播效率，目前Nexus项目应用了该技术。QUIC协议是一种由Google提出的基于UDP进行多路并发传输的新一代网络传输协议，旨在整合TCP的可靠性和UDP协议的高效性，在Harmony区块链项目中有所应用。目前，区块链的扩容方案主要集中在链上扩容和链下扩容，然而链上和链下扩容均存在其技术局限性，落地周期也较长。相比之下，市场对于第0层扩容方案的关注度尚低，相关项目较少。整体来看，第0层扩容与链上扩容及链下扩容相互补充具有乘数效应，因此第0层扩容方案的推进具有显著的现实意义，与此同时，尽管第0层扩容方案提出了很好的思路，但是技术层面均有一定的不确定性，唯有真正落地才能解决区块链的性能问题。风险提示：技术进展不及预期通证通研究院xFENBUSHIDIGITAL专题报告研究源于数据研究挖掘机会研究呈现价值2目录1第0层扩容：区块链底层的扩容方案...........................................................................................42BDN：CDN的区块链应用.............................................................................................................53组播锁定组：单点发送，多点接收...............................................................................................64QUIC协议：整合TCP和UDP协议.............................................................................................85关注度尚低，区块链扩容明日之星.............................................................................................10通证通研究院xFENBUSHIDIGITAL专题报告研究源于数据研究挖掘机会研究呈现价值3图表目录图表1：区块链扩容方案.........................................................................................................................................4图表2：区块链技术逻辑架构.................................................................................................................................5图表3：内容分发网络结构.....................................................................................................................................5图表4：bloXroute逻辑架构....................................................................................................................................6图表5：单播通信网络结构.....................................................................................................................................7图表6：广播通信网络结构.....................................................................................................................................7图表7：组播通信网络结构.....................................................................................................................................8图表8：TCP三次握手示意.....................................................................................................................................9图表9：TCP多次握手示意.....................................................................................................................................9图表10：QUIC协议握手示意.........................................................................................................................10通证通研究院xFENBUSHIDIGITAL专题报告研究源于数据研究挖掘机会研究呈现价值4随着区块链技术的普及，区块链网络拥堵现象逐渐显现，区块链扩容势在必行。如今市面上的扩容方案主要集中在链上和链下扩容，第0层扩容或成为区块链扩容明日之星。图表1：区块链扩容方案资料来源：通证通研究院，FENBUSHI1第0层扩容：区块链底层的扩容方案通过借鉴计算机网络通信体系架构的OSI模型，可将区块链逻辑架构划分为三层。现有的扩容方案分别针对不同层级进行改进，分为第0层扩容、链上扩容和链下扩容。其中第0层（Layer0）对应OSI模型的1-4层（底层协议），包括传输层。第1层和第2层对应OSI模型的5-7层（上层协议），第1层（Layer1）包括数据层、网络层、共识层和激励层，第2层（Layer2）包括合约层和应用层。第1层扩容，即链上（On-Chain）扩容，通过优化、改进公链基本协议提升区块链性能。第2层扩容，即链下（Off-Chain）扩容，不改变公链基本协议，通过链下在应用层进行改进提升性能。第0层扩容通过优化区块链底层数据传输协议提升区块链性能，不改变区块链的上层架构，是一种保留原有链生态规则的性能提升方案。第0层扩容的主要思路包括中继网络和OSI模型优化两类。2014年BitcoinCore贡献者MattCorallo提出了BitcoinRelayNetwork（BTC中继网络），旨在通过8个分别位于世界各地的服务器枢纽快速传播区块数据，减少区块链网络的延迟。这一方案的主要问题是网络的控制和维护的中心化，不过这只是一个更快的选择，传统的P2P网络传仍然可以使用。在BitcoinRelayNetwork的基础上，2016年Corallo提出快速互联网BTC中继引擎（FastInternetBitcoinRelayEngine，FIBRE），SoumyaBasu、IttayEyal和EminGünSirer研究了另一个中继网络FalconRelayNetwork。在中继网络的基础上，很多项目试图对传统OSI模型进行优化，已经提出的方案主要包括BDN、组播锁定组、QUIC协议。通证通研究院xFENBUSHIDIGITAL专题报告研究源于数据研究挖掘机会研究呈现价值5图表2：区块链技术逻辑架构资料来源：《区块链技术发展现状与展望》，通证通研究院，FENBUSHI2BDN：CDN的区块链应用CDN（ContentDeliveryNetwork，内容分发网络）是一种利用最靠近每位用户的服务器，为用户提供高性能、可扩展及低成本的网络内容传输，以解决互联网拥堵问题，提升用户响应速度和网络成功率的计算机网络系统。其基本技术思路是在现有的互联网基础上再构建一层虚拟的智能网络，在全网各地部署节点服务器，对网络流量状况、各节点连接和负载状况、节点到用户的距离以及用户的响应时间等要素进行综合考虑后，尽可能规避阻碍数据传导速度及稳定性的环节，为用户分配最高效的服务节点。图表3：内容分发网络结构资料来源：Highcharts，通证通研究院，FENBUSHIBDN（BlockchainDistributionNetwork，区块链分发网络）是一种基于CDN技术思路的区块链扩容应用，即一种能够快速发送交易和区块的高容量、低延迟网络系统。由于BDN遵循无差别对待区块，公平传播区块链的原则，其具有可验证的网络中立性。目前，采用BDN的典型项目为bloXroute。bloXroute是一个基于BDN和P2P网络，无需更改协议，允许所有通证在链上扩展到每秒数千个事务的区块链可扩展性解决方案。该项目最初在2018年1月，由美国西北大学和康奈尔大学学者组成的BloXrouteLabs发通证通研究院xFENBUSHIDIGITAL专题报告研究源于数据研究挖掘机会研究呈现价值6起，团队中有两位创始人是Falcon的发起人。目前BloXroute由Metastable、FenbushiCapital、Flybridge、1confirmation、Maven11Capital、KilowattCapital、PanteraCapital、zkCapital、ZhenFund、CoinbaseVentures、FBGCapital等机构和一些私人赞助商投资，未来预期将发行BLXR作为该网络的通证。bloXroute能够消除扩大区块的不利影响，降低孤块率，提升区块在点对点网络中的传播效率和网络传播的公平性，在保证非中心化和安全性的基础上显著提升链上可扩展性。节