区块链三难困境

维护地址和金融交易的分布式账本，并由全球去中心化计算机网络支持，称为区块链。在网络中维护多个副本，所有副本必须匹配才能使记录被视为真实，这使得恶意行为者更难尝试更改区块链中的记录。

由于加密货币的流行，一些人将其视为一种替代资产类别。然而，投资专家对此仍有分歧。但在区块链被广泛采用之前，它需要能够以更快的速度、更大的容量处理更多数据，而不会变得过于复杂或昂贵。

什么是区块链的三难困境？

广泛采用加密货币的最大障碍之一是“区块链三难困境”。它描述了区块链在同时实现最大程度的去中心化、安全性和可扩展性方面面临的挑战。

换句话说，这意味着去中心化、安全性和可扩展性是区块链开发者经常需要做出的权衡。人们普遍认为，一个公共区块链在任何给定时间只能完全实现这三个好处中的两个。

对于区块链开发者来说，选择优先考虑什么是至关重要的。因此，对“区块链三难困境”的全面理解有助于更深入地欣赏每个区块链所选择的独特价值主张。

分权

区块链网络本质上是去中心化的，这意味着没有任何个人或实体控制它们。

区块链网络中的去中心化程度各不相同。矿工/验证者的数量、总节点（参与者）、节点的地理分布、节点客户端的多样性以及致力于代码改进的活跃开发社区的数量是影响此因素的一些变量。

• 为什么它很重要？
  去中心化是区块链技术的一个关键组成部分。它能防御单个方或相关方群体对区块链的审查或控制。
• 权衡
  在大型参与者区块链网络中，任何就交易或区块链改进达成共识都需要时间（因此会影响可扩展性）。

安全性

安全性是指区块链抵抗恶意方篡改的能力。在中心化系统中，通过门控访问系统来确保记录安全，这意味着只有一个权威机构对其拥有控制权。这使得很容易避免双重支付的问题或重复使用同一枚硬币的可能性。

在去中心化系统中，共识程序和加密相结合，以防止或限制双重支付。这使得所有参与者（或节点）能够遵循相同的协议并达到相同的账本状态，而无需中央协调。

示例

PoW，即工作量证明，是比特币中使用的一种共识过程。在此过程中，矿工必须投入时间和精力来解决一个数学难题，以便将一个已验证交易的区块添加到链中。

为了撤销他们已经进行的交易，或者将某些交易排除在先前已确认的区块之外，恶意行为者将需要获得总哈希功率的51%——即解决数学难题所需的所有计算能力——并动用他们迄今为止已经付出的所有能源来更改记录。另一方面，以太坊采用的是一种权益证明（PoS）共识过程，这意味着在验证者可以提议下一个要添加到链中的区块并获得质押奖励之前，他们必须在区块链的质押合同上质押32个以太币。

如果验证者行为不端，他们将面临被区块链协议削减其质押的风险。当至少66%的网络节点同意账本的当前状态时，就达成了共识。

• 为什么它很重要？
  恶意实体不应该能够轻易渗透一个强大的区块链网络。通过积累足够的哈希功率或质押，恶意行为者很难损害安全区块链上区块链记录的完整性。
• 权衡
  虽然 PoW 共识机制增加的哈希功率可以促进网络安全，但它也增加了挖矿成本，并可能迫使小型、生产力较低的挖矿设置退出。这无意中导致了矿工的中心化，牺牲了去中心化。

可扩展性

区块链在采用量增加的情况下处理大量交易量而不会出现性能下降的能力称为可扩展性。

通常，性能下降有两个主要影响：

• 在区块链上，交易确认和结算所需的时间更长。
  为了优先处理他们的交易，网络参与者必须支付更高的费用。
• 每秒交易量（TPS）是指区块链网络在特定时间内（通常为一秒）可以执行的交易数量。最终性是指交易在被验证并添加到区块链后变得不可逆/不可变的点。

• 为什么它很重要？
  如果区块链技术想要实现其潜力并有机会与当前的中心化系统竞争并最终取代它们，那么区块链技术的性能必须能够跟上或超越更广泛使用带来的更大负载。
  目前，像 Visa 和 Mastercard 这样的国际支付网络的吞吐量远高于比特币和以太坊的区块链网络。例如，在2017年，Visa 成功地处理了 24,000 TPS。
• 权衡
  减少批准交易的网络验证者数量是提高网络可扩展性和处理速度的一种方法。然而，这会降低区块链对审查的抵抗力，并且违背了去中心化的精神。
  减少区块时间需要降低共识程序的难度，这是另一种方法。在比特币的情况下，这意味着降低安全性的权衡因素（例如比特币的挖矿难度和以太坊所需的66%共识）。

权衡如何应用

Ripple

一个名为 Ripple 的区块链网络是为金融机构而设计的。它促进了快速便捷的国际汇款。但与许多其他区块链网络不同，Ripple 的网络更加中心化，这使其更容易受到审查。

为了解决可扩展性问题，Ripple 使用了替代的共识机制。Ripple 区块链上的验证者列表（提供交易确认和验证）比比特币或以太坊少得多。

因此，大多数人认为以太坊和比特币比 Ripple 更去中心化。

比特币

PoW 共识是像比特币这样的高度去中心化区块链网络使用的。虽然这提供了高度的安全性，但由于其设计，扩展性难以实现。

2017 年，通过从主比特币区块链分离出一条新区块链，分叉产生了比特币现金。目的是增加区块大小，以解决比特币的可扩展性问题。

尽管比特币现金能够提高 TPS 并通常具有更低的交易费用，但它也付出了代价。只有计算能力更高的矿工才能处理更大区块所需的更复杂的挖矿过程。区块链的安全性因矿工中心化的增加而降低。

未来展望？

虽然“区块链三难困境”还没有完美的解决方案，但开发者们已经开发了各种有创意的变通方法，尽管它们仍处于起步阶段。

这些解决方案分为两类：Layer-1 和 Layer-2。

• Layer-1 解决方案旨在修改底层区块链网络的核心设计，这是两者之间的主要区别。
• 相反，Layer-2 解决方案旨在部署在现有的区块链网络或网络结构之上。

Layer-1 解决方案

分片是 以太坊 研究的一个常见例子。这涉及将一个区块链分割成更小的区块链，或称为分片，以处理特定数据。

主链负责管理这些分片之间的交互，而每个分片则独立完成自己的交易。

Layer-2 解决方案

总的来说，Layer-2 解决方案旨在将这些链下处理能力整合到主区块链中。它的配置使得资源可以在两者之间自由移动。处理完成后，交易将被汇总并发送回主链。

例如，以太坊拥有 Optimism 和 Arbitrum 等 Layer-2，而比特币则有闪电网络等 Layer-2。

结论

由于安全性和去中心化对区块链技术至关重要，因此大多数已开发的区块链都优先考虑这些特性，而不是可扩展性。因此，如何充分利用区块链的所有三个优势而不损害另外两个是主要挑战之一。

随着众多开发者努力以有创意但未经证实的方法解决可扩展性问题，我们将需要关注这一技术进步，因为它阻碍了区块链充分发挥其潜力。