📜 [專欄新文章] 區塊鏈管線化的效能增進與瓶頸

✍️ Ping Chen

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使用管線化（Pipeline）技術可以提升區塊鏈的處理效能，但也可能會產生相應的代價。

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區塊鏈的擴容方案

說到區塊鏈的效能問題，目前討論度最高的應該是分片（sharding）技術，藉由將驗證者分成多組的方式，可以同時分別處理鏈上的交易需求，即使單分片效能不變，總交易量可以隨著分片/驗證者集的數量線性增加。

除了分片，另一個常用來提升程式效能的方案是將計算步驟拆解，以流水線的方式將複雜的運算攤平，降低系統的閒置時間，並大幅提升工作效率。為了達到管線化預期的目的，會需要先知道系統的瓶頸在哪。

區塊鏈的效能瓶頸

熟悉工作量證明設計哲學的人應該會知道，區塊鏈之所以需要挖礦，並不是為了驗證交易的正確性，而是要決定交易的先後順序，從而避免雙花和帳本分裂的發生。可以說，區塊鏈使用低效率的單線程設計，並付給礦工高額的成本，都只為了一件事，就是對交易的全局排序產生共識。

在這樣的基礎之上，區塊鏈在一段時間內可以處理的交易數量是有限的，這之中包含許多方面的限制，包括 CPU 效能、硬碟空間、網路速度等。其中，關於 TPS(每秒交易數) 提升和對硬體的要求大致上是線性增加的，但在設計共識演算法時，通訊複雜度常是平方甚至三次方的關係。

以現在的目標 TPS 來說，處理交易和生成一個合法的區塊並不困難，只是因為區塊鏈的特性，新區塊需要透過洪水法的方式擴散到全網路，每個節點在收到更新請求的時候都要先執行/驗證過區塊內的交易，等於整個廣播的延時會是「驗證區塊時間×經過的 hop 數量」這麼多。似乎網路越分散、節點越多，我們反而會需要降低計算量，以免讓共識不穩定。

管線化的共識機制

使用權益證明取代工作量證明算是行業發展的趨勢，除了環保或安全這些比較顯然的好處之外，權益證明對產生共識的穩定性也很有幫助。首先，權益證明在同一時間參與共識的節點數是已知的，比較容易控制數量級的邊界；其次，權益證明的出塊時間相較工作量證明固定很多，可以降低計算資源不足或閒置的機率。

相較於工作量證明是單一節點出塊，其餘節點驗證，權益證明的出塊本身就需要很多節點共同參與，瓶頸很像是從驗證轉移到通訊上。

以 PBFT 為例，每次產新區塊都需要經過 pre-prepare, prepare, commit 三個階段，你要對同意驗證的區塊簽名，還要對「你有收到某人的簽名」這件事簽名，再對「你有收到 A 說他有收到 B 的簽名」這件事簽名，過程中會有很多簽名飛來飛去，最後才能把一個區塊敲定。

為了降低每兩個區塊間都需要三輪簽名造成的延遲，後來的共識演算法包括 HotStuff 和 Casper FFG 採用了管線化的區塊驗證過程。也就是對區塊 T 的 pre-prepare 同時是對 T-1 的 prepare 和對 T-2 的 commit。再加上簽名聚合技術，出塊的開銷在複雜度等級和係數等級都降低許多。

然而，要保持管線化的區塊生產順利，需要驗證者集合固定不變，且網路通訊狀況良好。如果會經常更動驗證者集合或變換出塊的領導者，前後區塊間的相依性會是個大問題，也就是 T 的驗證者集合取決於 T-1 裡有沒有會導致刪除或新增驗證者的交易，T-1 的合法性又相依於 T-2，以此類推。

當激烈的分叉出現的時候，出塊跟共識的流水線式耦合就從優雅變成災難了。為了避免這種災難，更新的共識演算法會限制驗證者變更的時機，有些叫 epoch 有些叫 checkpoint，每隔一段時間會把前面的區塊徹底敲定，才統一讓驗證者加入或退出。到這些檢查點的時候，出塊的作業流程就會退化成原本的三階段驗證，但在大部分時候還是有加速的效果。

管線化的狀態更新

另一個可以用管線化加速的是區塊鏈的狀態更新。如前所述，現在公鏈的瓶頸在於提高 TPS 會讓區塊廣播變慢，進而導致共識不穩定，這點在區塊時間短的以太坊上尤其明顯。可是如果單看執行一個區塊內的交易所花的時間的話，實際上是遠遠低於區塊間隔的。

只有在收到新區塊的時候，節點才會執行狀態轉移函數，並根據執行結果是否合法來決定要不要把區塊資訊再廣播出去。不過其實只要給定了交易集合，新的狀態 s’ = STF(s, tx) 應該是確定性的。

於是我們有了一個大膽的想法：何不乾脆將交易執行結果移出共識外呢？反正只要大家有對這個區塊要打包哪些交易有共識，計算的結果完全可以當作業留給大家自己算吧。如果真的不放心，我們也可以晚點再一起對個答案，也就是把這個區塊執行後的新狀態根包在下個區塊頭裡面。

這就是對狀態更新的管線化，在區塊 T 中敲定交易順序但暫不執行，區塊 T+1 的時候才更新狀態（以及下一批交易）。這麼做的好處十分顯而易見，就是將原本最緊繃的狀態計算時間攤平了，從原本毫秒必爭的廣播期移出來，變成只要在下個塊出來之前算完就好，有好幾秒的時間可以慢慢來。新區塊在廣播的每個 hop 之間只要驗證交易格式合法（簽名正確，有足夠的錢付手續費）就可以放行了，甚至有些更激進的方案連驗簽名都省略了，如果真的有不合法交易混進去就在下個區塊處罰礦工/提案者便是。

把負擔最重的交易執行移出共識，光用想的就覺得效能要飛天，那代價呢？代價是區塊的使用程度會變得不穩定。因為我們省略了執行，所以對於一筆交易實際用掉多少 gas 是未知的。本來礦工會完整的執行所有交易，並盡可能的塞滿區塊空間，然而在沒有執行的情況下，只能以使用者設定的 gas limit 當作它的用量，能打包的交易會比實際的上限少。

緊接著，下一個問題是退費困難。如果我們仍然將沒用完的手續費退還給使用者，惡意的攻擊者可以透過發送 gas limit 超大，實際用量很小的交易，以接近零的成本「霸佔」區塊空間。所以像已故區塊鏈 DEXON 就直接取消 gas refund，杜絕濫用的可能。但顯然這在使用者體驗和區塊空間效率上都是次優的。

而最近推出的 smartBCH 嘗試擬了一套複雜的退款規則：交易執行後剩餘的 gas 如果小於 gas limit 的一半（代表不是故意的）就退款；如果剩餘量介於 50%-75% 可以退一半；超過 75% 推斷為惡意，不退款。乍看是個合理的方案，仔細一想會發現製造的問題似乎比解決的還多。無論如何，沒用掉的空間終究是浪費了，而根據殘氣比例決定是否退款也不會是個好政策，對於有條件判斷的程式，可能要實際執行才知道走哪條路，gas limit 一定是以高的情況去設定，萬一進到 gas 用量少的分支，反而會噴更多錢，怎麼想都不太合理。

安全考量，退費大概是沒希望了。不過呢，最近以太坊剛上線的 EIP1559 似乎給了一點方向，如果區塊的使用程度能以某種回授控制的方式調節，即使偶爾挖出比較空的區塊似乎也無傷大雅，也許能研究看怎麼把兩者融合吧。

管線化方案的發展性

考慮到以太坊已經堅定地選擇了分片的路線，比較激進的單鏈高 TPS 管線化改造方案應該不太有機會出線，不過管線化畢竟是種歷史悠久的軟體最佳化技巧，還是很有機會被使用在其他地方的，也許是 VDF 之於信標鏈，也許是 rollup 的狀態轉換證明，可以坐等開發者們表演。

倒是那些比較中心化的 EVM fork/sidechain，尤其是專門只 for DeFi 的鏈，管線化加速可以在不破壞交易原子性的前提下擴容，確實是有一些比分片優秀的地方可以說嘴，值得研究研究，但這就要看那些機房鏈們有沒有上進心，願不願意在分叉之餘也投資發展自己的新技術了。

給我錢

ping.eth

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◼︎NFT 如何扭轉創作者在數位世界的困境◼︎

距離我上一次發行 NFT 〈知的所有〉已經過了快三年，接下來我將陸續推出新的 NFT，雖然這個詞從去年開始變得比較常見，但近來還是有不少人問我 NFT 到底是什麼？對音樂產業的意義又是如何？我想還是有必要好好說一下。

「什麼是NFT?」

用一個實體的收藏來比擬，我上個月透過網路在紐約 Morrison Hotel 藝廊，買了一張 Jeff Buckley 《Grace》專輯封面攝影（如圖）。這家藝廊所售出的每一幅作品，都是攝影師用原始的底片沖洗、簽名，再附上一張證書，若是限量作品還會寫上編號。

「這跟 NFT 有什麼關係？」

這就是一個實體世界的 NFT。

NFT 包含兩個部分——區塊鏈 token 和連結的內容。 Token 代表的就是簽名和證書，內容就是那張照片，只是兩者都是數位版的。

「但 NFT 的內容不用購買也可以得到。」

沒錯，所以購買 NFT 不是為了得到內容，甚至樂於和更多人共享這個內容，這是和實體最大的不同。

目前 NFT 競拍最高價的紀錄保持人——數位藝術家 Beeple，在數位藝術社群本來就頗有名氣，也累積了很多粉絲，但過去主要收入是來自接商業案而非創作。這個作品是他過去十幾年來，每天創作一件，累計超過五千幅數位藝術作品的集結，NFT 的內容則是把這五千幅作品拼成一個檔案，所以購買的人並不是買內容來欣賞的，因為每一幅畫縮小後都看不清楚細節了，真要欣賞，每一幅作品在網路上都看得到。購買的目的就是為了收藏。

這個改變其實非常重要，因為它產生了一個讓創作者和閱聽者雙贏的質變：

在數位世界裡，
過去，創作者銷售作品，必須限制內容的使用權。
現在，創作者銷售作品，是開放內容的使用權，並且鼓勵大家分享。

「所以買這個 NFT 買到什麼？」

買到的是這件作品的「由創作者所認證的所有權」。內容的部分全世界的人都可以看得到沒錯，甚至下載到硬碟裡，但只有持有這個 NFT 的人，可以說「我擁有這件作品」，而且在區塊鏈上做出無法偽造的證明。

「所有權的意思是著作權嗎？」
不是。就像你買一本書或一張唱片，你也不能隨意翻印這個作品，你只是擁有這個物件的所有權。

「那 NFT 的價值到底是什麼？」

收藏的價值。

至於如何衡量這個價值，Beeple 在某一次訪問裡所提到的觀點我很認同，他表示，作品的價值來自於其受歡迎程度和流傳的廣度 (popularity)，而數位作品因為沒有原始實體的存在，反而跳脫了空間的桎梏、可以用更多樣的方式被呈現，一幅畫可以出現在每個人的手機上、台北街上的廣告燈箱、紐約博物館內的 LED、東京的一棟建築物投影⋯⋯在不同空間用各種不同的方式被呈現欣賞。

完美複製、無所不在，就像 Matrix 裡的電腦人 Mr. Smith，內容的病毒式擴散其實也就是這樣，而創作者也期待這件事的發生。

「所以 NFT 是不是都這麼貴？是在炒作嗎？」

作品的總體價值 = 單價 x 數量。一張經典唱片單價 20 美元好了，若賣 1000 萬張就是 2 億美金，那它的價值自然還超越前面 Beeple 的作品。所以創作者若是想讓粉絲們都能夠收藏，自然會提高發行量、降低價格，讓一般人也能入手。我認為若發行量和實體相當，那價格也不應該與實體有太大差距。

另外舉一個數位原生的例子，知名的 podcaster 寶博士日前在 OURSONG 發行 NFT，每個 NFT 就是一集 podcast，定價 8.4 美金（約 240 台幣）、總量 42 個，都是瞬間完售，等於為它的節目每集增加了 10000 台幣的收益。用 240 塊收藏一集你喜歡的 podcast 支持播客合理嗎？我覺得超級合理。

但高價是不是等於炒作？舉一個 Wu-Tang Clan 的例子，他們在 2015 發行了一張限量 1 張的專輯《Once Upon a Time in Shaolin》，最後競標以 200 萬美金拍出，但如果武當幫就是把這張唱片當成藝術品，只要讓一個人、而不是讓粉絲們擁有（這也的確是他們這麼做的概念），要賣這麼貴我也不會說是炒作。

若說的是二手市場的炒作，這不是只發生在 NFT，在實體世界一直都存在，但 NFT 在這方面有一個優點。

以前實體作品轉手賣出的利潤即便再高，也不會有一毛錢回到創作者身上，但目前幾個主流的 NFT 市場（包括 OURSONG），都採用了同一項標準，每一次二手交易都會回頭分潤 10% 給創作者，這讓限量作品即便在完售後，創作者都能持續享有作品增值的好處。這是唯有數位化才能達到的。

「所以這對音樂產業有什麼意義？」

過去 20 年間，我們不斷要在兩難間作出抉擇——到底要讓「內容有價」？還是讓「內容廣為散佈」？最後看來大家選擇了後者，讓音樂幾乎免費，再用其他的方式（演出、業配、週邊）來產生收益。

但難道，這兩者一定得二選一嗎？創作者真的無法直接靠販售音樂維生嗎？還是我們過去銷售的方式錯了？

沒有數位化的年代，我們想收藏一張專輯，很簡單，去買這張專輯的唱片，但購買一張唱片的目的不只如此，它還伴隨著「聆聽」的使用性。也因此，「使用」和「收藏」這兩件事是被綁定的，你必須收藏，才能使用。

iTunes Music Store 用數位的方式直接延續了這個概念（我以前創辦的 iNDIEVOX 也是），但隨著行動網路和智慧型手機普及，消費者選擇了串流。

如今，我們每天在影音串流閱聽各種內容，使用和收藏兩件事被分開了，使用內容不需要收藏、收藏也不是為了使用（買完黑膠唱片後還是主要用串流來聽的人請舉手）。既然如此，何不就把這兩件事分開？

「收藏歸收藏，使用歸使用。」

就像最前面提到的 Jeff Buckley 照片，我打算把它掛在錄音室的牆上，一邊看我的「歌神」一邊配唱。若純就使用性來說，我大可花 1/100 的價錢買一張海報即可，但透過收藏這件作品，彷彿我和影像裡的那一片刻有了更直接的連結。因此，我主要的目的是為了收藏，使用是次要的。

記得幾年前我受邀去參加鄭麗君部長所主持的一場圓桌會議，她問我：「區塊鏈是否能解決盜版問題？」我的回答很簡單：「不行。」在數位的時代，沒有任何技術可以徹底解決盜版問題。

現在我依然這樣認為，但不同的是，若我們能破除從實體所繼承而來，「使用」和「收藏」兩種權利必須被綁定的觀念，那盜版的問題就可以直接被忽略，因為它無法傷害創作者應得的收益，甚至會為作品的帶來更大的收藏價值。

我想像我兒子 20 年後和他同學的對話會是這樣的：
「嘿，你知道最近 XXX 在 YouTube 破五億次點播的那首歌嗎？我超喜歡的！」
「我也是啊！我有它的 NFT！」

未來的世代，一切都數位化了、音樂隨處可得、人們生活在真實與多個虛擬宇宙之中，當他們喜歡一首歌、一支影片、一集 podcast，除了多點播幾次讓創作者得到微薄的分潤和求得到乾爹之外，要如何「收藏」作品來讓創作者得到更直接的回報？

我認為就是 NFT。

數位世界中「內容有價」和「廣為散佈」可以並存，我相信是創作者們的夢想，但現在，它真的有機會成真。

最後，我要來實踐自己所寫的，把這篇文章變成 NFT。如果你覺得這篇文章有價值，你願不願意花 4.2 美元來收藏它？

購買這篇文章的 NFT：
https://www.oursong.com/song-share-card/jgrdenog

手機照片都有備份好了嗎?

簡單上手、超方便又安全看得到的備份小幫手 #QubiiPro備份豆腐專業版

終於找到簡單上手的方法來備份手機照片 、豆腐一插即可備份，存檔的照片又能用電腦觀看很方便。
要推薦給忙碌媽媽 或是常搞不定雲端備份的媽媽們，是多指定適合忙碌又搞不定3C媽媽用嗎? 哈哈哈哈其實是說我自己

每次出國手機裡照片的數量累積飛快(不用出國也是累積蠻快)
像是去年我們帶女兒出國5次左右，照片數量真的不得了！
我是守本份古早人有習慣每個月要備份照片到電腦硬碟，而且還要按月份及生活事項歸類資料夾
可以說是有備份強迫症，照片只存手機裡就是沒安全感!

直到前陣子電腦不知道哪裡出問題總是連不上iphone手機，才開始付錢買雲端把照片備份上去，
但是常常覺得不踏實，到底這樣有沒有存到照片!!! 而且我上雲端看照片又跑好慢是要急死人嗎!

才發現有個【Qubii備份豆腐】這小東西是專門備份手機照片的，而且太簡單又人性化實在太適合我!

2.5cm正方形、重量只有16g，只要將SD記憶卡插入備份豆腐即可開始做備份工作，還能讓你一邊充電一邊備份，完全不需要另外騰出時間做備份動作。
甚至滑手機時也可同時備份，所以是 充電、備 份、滑手機都能同時進行~媽媽很滿意!
並且帶著Qubii備份豆腐可直接到超商ibon沖印相片，對於忙錄的人而言，備份豆腐是最簡單最省時的照片備份方式了。

再來是儲存在豆腐內的照片是存在SD卡內，隨時插上電腦就可觀看，都不用安裝軟體。
使用MicroSD插卡式設計好處是 沒有記憶卡容量限制， 存滿了Qubii還會自動提醒你換卡，並記憶最後備份進度，換卡不重複備份，真的超貼心啦!
我個人是挑選128G的SD卡 大概可以儲存68,000張照片耶~

備份豆腐有分 蘋果專用與 安卓專用，專業版豆腐是支援iso12以上，可以看一下自己手機適用的使用的。

Qubii備份豆腐通過嚴格的蘋果MFI認證可以安心使用喔!

*說了以上很便利的備份豆腐
另外還有針對照片分類備份的【口袋相簿二代Piconizer 2】蘋果專用 (蘋果MFI認證)
口袋相簿是挑選手機內照片匯出到口袋相簿自訂資料夾~可自由編輯，也能在電腦上將相簿分類好透過傳輸線存入口袋相簿，這樣一來是雙向的相簿資料夾耶~太神奇
我就是有分類強迫症的人，除了照片要備份之外還要分類~月份、活動、生活事項歸類，可以直接分類到口袋相簿中。

這新一代口袋相簿是業界唯一可以直接一鍵備份 iPhone 自訂相簿、新增自訂相簿、新增密碼相簿、並按照原拍攝的年/月/日排列、Facebook、IG照片備份等功能。
口袋相簿也可以多人使用，在備份不同型號裝置時會產生不同相簿，讓照片在不同資料夾不會混亂。
同時支援4GB以上的影片檔案存取，可以放心拍攝4K高畫質影片，備份檔案到口袋相簿不怕佔用手機空間。

這兩項備份神器都好適合有備份強迫症的我

1.【Qubii備份豆腐】是全部相片一次備份起來，就算有中斷 在下次備份時只會備份沒備份過的照片影片，不會重複備份。

2.【口袋相簿二代】可以挑選照片匯出到自訂相簿，也可將手機內不同的相簿直接匯出，或是由口袋相簿回存至手機上。

有了這兩樣小幫手，從此手機備份照片沒煩腦耶~~

Maktar為台灣新創團隊，產品堅持台灣設計製造

真心推薦你們來用看看，購買連結在這【 https://r.maktar.com/jes】

有使用上的問題都可以直接透過APP與客服聯繫。

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