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1.区块链系统长期的痛
众所周知，吞吐量一直是区块链的一个痛点。比特币的底层设计仅支持每秒7笔交易，还不及传统支付工具Visa每秒8000笔交易的一个零头，更别说支付宝在去年双十一创造的每秒25.6万笔的记录。这严重制约了去中心化应用的发展。去年以太猫风靡全球，造成了以太坊的大堵塞，以至于人们戏称用是否造成区块链堵塞来评价去中心化应用的热度。关于区块链系统的性能提升也是业界当前研究的一个主流方向，那么接下来就由本人来说说区块链系统的性能瓶颈在哪？区块链系统性能可以提升到多少？区块链系统适不适合高并发场景下的应用呢？
本文主要从联盟链的角度出发进度性能优化角度的提升，主要考虑是因为在实际项目实践中多以联盟链为主，而且联盟链相比公链来说，基于联盟链的特点系统提升的空间将会更大些。
2.区块链的性能瓶颈在哪
首先，我们来说说区块链的性能瓶颈在哪？知道性能瓶颈才可以针对性的下药。根据本人对于以太访的实践和学习，总结了以太访中的性能瓶颈要点，部分要点已经成为了业界的共识。
1)共识算法
共识算法是区块链系统的核心，也是区块链系统公平公正性的保障。本人认为区块链系统的最大的创新在于其共识机制。首先，来说说以太访公链POW算法，简单来说POW算法就是通过选取网络中“最聪明”节点的算法，该算法能够很好的保证公平性，但是该算法存在能源浪费严重，出块效率低的问题。当然除了POW算法外，像其他的POS、DPOS、PBFT等等共识算法，都存在一个瓶颈，就是共识算法在某单点的时间上都只有一个节点且某块，在出块方面永远都是串行的，无法并行出块。区块链系统的TPS性能和区块的出块速度有着直接的关系，也是本人认为在做项目中首要考虑的因素。
（特别想强调下，有很多人认为只有POW是去中心化的，本人认为没有真正意义上的去中心化的说法，POW也是会被算力强的部分节点中心后，80%的出块权力掌握在20%的节点手中，而且在实际做项目中我们也不要被去中心化给带偏）。
2)P2P网络
以支付宝以及双十一的TPS的并发量来推演区块链领域。d为交易大小，TPS是35万笔每秒，P是需要转发的交易数，D是每秒需要处理的数据总量，Td是每秒钟网络接收和数据发送的总量。如果区块链要达到这样的一个性能指标的话，每秒钟需要处理的数据传输，网络传输至少是50M，也就是每秒钟节点之间数据传输需要达到50M/每秒。对于一些好机房来说可以实现，但是对于一般网络挑战就非常大了。（本人比较懒，就引用了汪晓明《如何通过软硬件结合打破区块链性能瓶颈》的说法）
3)交易执行
说起交易执行，就要说说区块链系统的特点，简单来说区块链系统其实是一个“很笨的状态机”，干着一件“所有节点都在做同样的事”的特点，看似区块链有成千上万个分布节点，干着却是单机一样的事，可以肯定的说“区块链是一个零并发系统”。为什么说“零并发”，因为交易顺序执行、交易指令顺序执行、所有交易都是单机执行。
4)签名验证
签名验证主要是从单机执行的角度出发，根据本人的实际测试验证签名在单机交易执行时间上的占比1/3左右。从市场上来说，已经有很多的关于区块链加解密的硬件出来，也充分说明了签名验证对于区块链系统性能的影响。
5)数据存储
下载过以太访或者比特币的同学就知道，等把全链数据下载完你的磁盘空间就基本没剩下多少了。另一方面，如果在大并发情况下，对于数据的读写性能要求也会更加。
3.那么如何提升区块链的性能呢？
性能提升的思路简单一句话概况为“模块拆分、数据并发、业务剥离、网络分组”。以太访源码（EthereumJ，本文都是以Java版本为前提说的，本人本人主要对GO语言不是很熟悉）为单个工程项目，包含账户管理、共识、网络、数据存储、P2P、RPC模块等。
1）模块进行拆分
模块拆分是第一步性能提升需要做的事，需将以太访单个项目工程拆分为账户管理、挖矿共识、P2P网络、数据存储、RPC、交易执行、EVM微服务，将各个模块的服务通过Dubbo+ZK（或者其他方式）方式进行调用，单个工程拆分为微服务工程这里就不细说了。模块拆分的好处，可以实现系统横向扩展、提升节点的稳定性、模块职责界面清晰等优点。
2）数据并发
数据并发可以从三个方面提升区块链的并发性，一是出块并发，出块并发至在某个时间点情况下，实现并发出块，这个实现需要共识算法的支持，例如通过实现DPOS算法，同时调整某个出块节点可以同时出N块的方式，实现块并发；二是交易并发，交易并发的难点在于识别哪些交易是可以并发的，特别在有智能合约调用的情况下会更麻烦。以太访的交易并发，可以通过与执行识别交易依赖的地址（如果设计合约，包括合约执行相关的任意账户和合约地址），将是否冲突的交易进行分组，并进行分发执行，注意有可能分发执行后还好存在冲突，可能需要再分组执行的情况；三是EVM执行并发，这个有点像编译器优化的工作，通过编译后的二进制代码，识别可以并发操作的指令，将EVM的执行进行并发。以上只是提了提思路，本人在实践过程中发现，数据并发是最复杂的，而且并发需要针对实际业务场景进行调研分析，明确消息调用的类别分布。
3）业务剥离
这点在做实际项目时是需要好好考虑的，一般公司的业务情况都会比较复杂，而区块链系统并不适合解决复杂业务场景的系统，区块链系统擅长的是存证，所以在项目的设计过程中，可以考虑增加辅助的业务系统，或者把区块链定位为辅助的存证系统是比较妥当的做法。通过对业务的剥离，实现轻量化的区块链可以很好的提升系统性能。
4）网络分组
网络分层就是将以太访的网络进行分组，首先将整个P2P网络进行划分，划分为N个子网络，每个子网络由一个或多个节点保持对其他网络分组的P2P通讯，对于单个分组内部，本人推荐使用MQ消息队列进行组内的消息广播（如果可以的话本人推荐直接用MQ将P2P网络进行替换，可以大大降低网络中消息的重复传递）。网络分组方式不适合公链的模式，因为网络的分组会比较难以管理，而且利用MQ会降低用户的对系统的信任。在联盟链的情况下，网络分组还是一个比较不错的方案。
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