关键词：区块链扩容、可扩展存储、分布式账本、轻节点、分片技术、状态修剪、分布式哈希表、冗余数据管理
在过去十几年里，区块链从比特币的简单电子现金系统演化为支撑 DeFi、NFT、供应链溯源等多元场景的庞大基础设施。然而，链上数据呈指数级膨胀，“每新增一个区块，全网节点便多一次存储负担”的顽疾始终制约着网络吞吐与节点参与门槛。本文围绕区块链可扩展存储系统，梳理学界与工业界的研究成果，拆解不同模型的优劣与落地路径，并配合多组 FAQ 为读者提供可立即应用的决策思路。
一、研究脉络：从“全节点冗余”到“轻量化协同”
- 2008–2014：复制式全存储
比特币白皮书提出的“全网节点保存全部区块”成了第一代范式。优点是安全性最高，缺点是“存不下、跑不快”。文献显示，截至 2024 年比特币全节点初始同步已超过 550 GB，对家用宽带与 SSD 极不友好。 - 2015–2017：轻节点与增量验证
通过“区块头 + Merkle 证明”大幅降低客户端存储量，SPV（简化支付验证）轻节点将用户门槛压缩至 MB 级。但轻节点无法独立验证全部交易，安全模型仍依赖全节点。 2018–至今：分片、修剪、分布式协同
研究重心转向“如何让节点只存必要数据”。代表性思路包括：- 分片（Sharding）：将状态与交易横向切分，每节点仅负责片面数据；
- 状态修剪（State Pruning）：只保存当前活动状态，旧数据可选冷存；
- 纠删码 + DHT：借用分布式哈希表将编码后的分块分散放置，既降冗余又保可用；
- 云-云露计算（Dew Computing）：让“边缘轻设备”与“云侧全节点”协同验证，按需拉取深度验证。
二、主流模型深度拆解
1. 全节点永恒化模型
- 实现示例：Bitcoin Core
采用曾祖父块（Assumed Valid）机制加速首次同步，但数据体积依旧线性递增。 - 瓶颈：单机 SSD 寿命、全球网络带宽、初次同步耗时。
2. 轻节点/SPV 模型
- 存储比例：比特币区块头年化增量 ~2.5 MB，与 500 GB+ 全节点对比，存储节省 99 %以上。
- 弱点：需要信任全节点返回的证明，存在隐私与审查风险。
3. 雪崩式分片（OmniLedger、RapidChain）
- 原理
将地址空间拆成互不相交的“分片链”，每分片独立运行共识，最终通过跨链通信协议汇总到主链。 - 成果
RapidChain 在 1600 节点的测试网实现 7000+ TPS，每节点只存储 1/n 数据，内存占用下降 90 %。
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4. 基于纠删码的“低冗余验证”
- 经典论文：Xu et al.（2020）提出“Virtual Block Group”
将区块切割为 k 个数据块+ m 个冗余块（m≪k），节点仅需持有 ≥k 任意块即可恢复完整区块。 - 优点
存储开销从 1× 降到 (k+m)/n ≈30 %，仍能容忍 f 节点掉线。
5. 云露计算轻节点（Dew-Full）
部署思路：
- 边缘侧只保留“账户活动状态 + 最近区块头”；
- 当需要深度验证时，实时向可信云全节点拉取缺失 Merkle 路径。
- 极限压缩：测试场景下，XRaspberry Pi 级设备以约 128 MB 数据即可执行转账与验证。
三、权衡分析：去中心化—存储—性能 三角
| 方向 | 去中心化 | 存储效率 | 性能 | 适合场景 |
|---|---|---|---|---|
| 全节点 | ★★★ | ★ | ★ | 交易所、矿池 |
| SPV 轻节点 | ★★ | ★★ | ★★ | 移动钱包 |
| 分片 | ★★～★★★ | ★★★ | ★★★ | 公链扩容 |
| 纠删码+DHT | ★★ | ★★★ | ★★ | 联盟链、私链 |
| 云露轻节点 | ★ | ★★★ | ★★ | IoT 支付 |
四、代表性项目落地前瞻
- Ethereum 2.0：Beacon Chain + 64 初始分片，预计单分片节点仅需 ~100 GB，可使用 MPT 路径压缩进一步优化。
- Filecoin / IPFS：通过“复制证明 + 时空证明”将数据冗余度降至预期 1.2–2×；同时允许矿工自定义纠删码参数。
- Celo + Dew 连接器：将 dew 节点引入移动端，非洲新兴市场 3G 网络也能在 15 MB 缓存内完成链上转账。
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五、常见问题与解答（FAQ）
Q1：区块体积到底会不会无限膨胀？
A：如果不加干预，确实会。但在状态修剪、归档节点、定向付费存储的三重作用下，主链活动状态 + 近期交易可控制在百 GB 级，远超摩尔定律带来的硬件提升。
Q2：分片后跨片交易会不会更慢？
A：部分学者采用“异步跨片结算 + MPT 根锁等待”策略，将跨片延迟限制在 3–10 个区块确认之间，比普通链间桥接更快。
Q3：纠删码方案会不会降低去中心化？
A：关键在于“持有块集合的分布足够随机”。可借助 VRF 抽签保证任何单节点都不掌握完整区块，理论上仍保持高去中心化。
Q4：轻型节点会不会遭遇“全节点审查”？
A：可通过多源同步和随机抽样证明（Fraud-proof）机制降低单点信任，一旦轻节点得到矛盾数据即可实时报警并切换数据源。
Q5：云露计算在 5G 网络是否更匹配？
A：确实。5G 切片技术使链上数据与验证请求获得低延迟通道，dew 节点从“偶尔在线”升级为“实时在线”，UX 接近本地全节点。
Q6：普通开发者如何入门可扩展存储研究？
A：分三步走：① 本地跑 Bitcoin Testnet Pruned + SPV SDK，熟悉剪枝与证明流程；② 使用 Go-Ethereum 的 experimental snapshot 功能，体验 KV-DHT；③ 研究 Libp2p + IPFS Pinning 接口，亲手部署纠删码存储 layer。
六、结语：可扩展存储是区块链从 1 到 N 的拐点
无论是 Bitcoin Core 的状态修边，还是 Ethereum 2.0 的分片愿景，抑或边缘 IoT 的云露轻节点实验，都在说明一个事实——数据膨胀与性能矛盾必须用体系化思维解决。未来三年，我们或将看到“模块化存储层”成为新共识：链下冷存、链上精简、边缘可验证，真正实现“人人皆可跑节点，节点不再重型机”。
现在，正是动手验证理论、参与革新的最佳窗口。