解岩凯,魏凌波,2,张 驰,王庆涛,孙启彬

1.中国科学技术大学 网络空间安全学院,合肥 230027

2.中国电子科技南湖研究院,嘉兴 341000

1 引言

中本聪于2008年发表比特币(bitcoin,BTC)的白皮书[1],宣告了基于区块链的加密货币的诞生.得益于区块链去中心化、不可篡改与公开透明等特点,加密货币受到了越来越多的关注.截止2021年2月,使用加密货币的人数已经超过了六千万[2].但随着用户规模与交易数量的快速增长,加密货币的低交易吞吐量成为亟待解决的重要问题.由于区块大小与区块产生时间均受到限制,比特币交易验证速度平均只能达到7笔/秒,只相当于现有中心化支付系统VISA的约七千分之一[3].虽然第二代加密货币以太坊实现了更高的交易吞吐量,但目前平均交易速度也仅为11.5笔/秒[4,5].以上数据表明,低交易吞吐量是主流加密货币面临的共性问题.

由于P2P网络中消息传播速度的限制以及节点性能的影响,直接对区块链进行扩容的方案会导致区块链系统安全性、可靠性和去中心化程度的下降,因此无法在比特币社区中得到一致认同.以扩展区块大小为例,如果比特币希望达到与VISA相同的交易吞吐量,则比特币需要在出块时间不变的前提下将区块扩大至8 GB,但是几乎没有多少矿工有能力承受维护这样的区块链带来的巨额成本,这将使比特币网络去中心化程度急剧下降,甚至回归中心化支付系统[3].正是基于这个原因,比特币历史上对区块链进行直接扩……