長話短說
區塊鏈每秒只能處理有限數量的交易。例如，比特幣網絡每秒可以處理大約七筆交易。如果區塊鏈技術要在全球範圍內採用，它應該能夠以更快的速度處理更多的數據，以便更多的人可以使用該網絡，而不會變得太慢或使用成本太高。然而，許多去中心化網絡的基本設計意味着提高可擴展性往往會削弱去中心化或安全性。這就是所謂的區塊鏈三難困境。希望解決這個問題的開發人員正在嘗試不同的共識機制和可擴展性解決方案，例如分片、側鏈和狀態通道。
介紹
從根本上來說，區塊鏈是一個分佈式數字數據庫。數據塊按時間順序組織。這些塊通過加密證明進行鏈接和保護。這項技術在不同行業的實施已經改變了我們的工作和生活方式。
這個想法是，去中心化和安全的區塊鏈允許我們建立一個不需要依賴第三方網絡或市場運作的世界。然而，專家們普遍認爲，如果這項技術要得到更廣泛的採用，有一個核心問題需要解決。這個問題被稱爲“區塊鏈三難困境”。
這個術語是由以太坊聯合創始人 Vitalik Buterin 推廣的。爲了使其有意義，您需要了解區塊鏈中所需的三個不同元素：去中心化、安全性和可擴展性。區塊鏈三難困境是指區塊鏈很難同時達到所有三個屬性的最佳水平。增加一項通常會導致另一項的削弱。
本文將研究三難困境中的所有三個要素，並更詳細地解釋每個要素的含義。更深入地討論每個問題以及它們如何結合在一起，將有助於更好地理解區塊鏈三難困境如何以及爲何存在。本文還將重點介紹開發人員建議的一些解決方案。
什麼是去中心化？
比特幣和類似的區塊鏈網絡在設計上都是去中心化的。整個結構是這樣的，沒有一個人或一個組織負責。相反，它是去中心化的。網絡層對任何想要參與的人開放。因此，控制權是完全分散的，而不是由一個單一實體持有。每個人都可以訪問相同的數據。如果有人試圖通過更改對自己有利的記錄來欺騙系統，那麼其餘參與者將拒絕錯誤的數據。
這可能非常技術性，但讓我們以比特幣網絡爲例。沒有第三方控制。將此與金融體系中銀行的需求進行比較。銀行加強交易人員之間的信任，並確保所有記錄均正確保存。然而，比特幣區塊鏈與網絡上的每個人共享所有這些數據，以便在將其添加到數字數據庫之前可以對其進行檢查和確認。結果是一個無需第三方即可存在的系統。
去中心化提供了 Web3 的可能性。現在我們有了 Web2——當今的互聯網。它充滿了由公司控制的網站和應用程序，但以用戶製作的內容爲特色。 Web3 是下一步。去中心化區塊鏈技術讓人們可以控制自己的數據和在線生活的互聯網。
然而，需要注意的一件事是，由於這些分佈式系統的工作方式（需要廣泛的參與者就任何數據的有效性達成一致），由於信息需要共享和處理的方式，交易時間可能會很慢。處理。因此，區塊鏈需要擴展，也就是說能夠以更快的速度處理更多的數據。在討論可擴展性時我們會回到這一點。
此外，只有當底層區塊鏈安全時，去中心化的夢想才能實現。如果區塊鏈缺乏安全性，那麼不良行爲者就可以控制並更改數據以使其對他們有利。這就引出了三難困境的第二部分：安全性。
什麼是區塊鏈安全？
如果缺乏安全性，區塊鏈的去中心化程度如何也無濟於事。一個好的區塊鏈網絡應該能夠抵禦惡意實體的攻擊。集中式系統的安全性源於系統的封閉性。誰掌握了控制權，就能保證數據不受干擾。但在任何人都可以參與的去中心化系統中，這是如何實現的呢？
這是一個複雜的話題，但我們可以回到比特幣作爲去中心化區塊鏈安全的例子。比特幣區塊鏈結合了密碼學和稱爲工作量證明（PoW）的網絡共識機制。就密碼學而言，每個塊都有一種數字簽名（或哈希）。每個數據塊都以無法篡改的方式連接，因爲任何更改都會改變塊的哈希值。任何更改數據的嘗試都會被網絡的其餘部分快速識別。
PoW 共識機制是難題的另一部分。它有助於保護加密貨幣的賬本。瞭解工作量證明本身就是一篇完整的文章，但出於我們的目的，請注意網絡成員只能驗證新交易並將其通過稱爲挖掘的活動添加到分類賬中。這涉及使用計算能力來解決數學難題。該過程的一部分需要這些計算機執行大量的哈希函數。這涉及到可擴展性問題，因爲 PoW 機制是安全的，但相對較慢。
另請注意，網絡中的參與者（節點）越多，網絡就越安全。參與方數量越多，一個壞人就越難控制系統。這與所謂的 51% 攻擊有關。概述：如果單個實體（或一羣不良行爲者）可以控制區塊鏈總網絡哈希率的 50％ 以上，那麼他們將能夠推翻共識並更改鏈的數據以使自己受益，例如雙重支出代幣。
簡而言之，安全性是區塊鏈成功的基本要求，因爲如果沒有安全性，攻擊者就可以控制該鏈，使其變得毫無用處。
什麼是可擴展性？
可擴展性是指構建每秒可以支持越來越多交易的區塊鏈的目標。如果區塊鏈技術要服務於更廣泛的社會，甚至可能服務於數十億用戶，就需要規模化。但這是許多區塊鏈仍然苦苦掙扎的地方。
這是因爲去中心化和安全性對於區塊鏈來說是如此基礎，以至於它們往往首先受到關注。去中心化對於區塊鏈的精神和目標至關重要，它是大多數公認的區塊鏈的核心。正如我們所討論的，安全性是區塊鏈成功和有用的核心要求。
然而，通過優先考慮去中心化和安全性，可擴展性成爲一個挑戰。一條鏈可以處理的交易數量可能受到嚴格限制。 Visa 等集中式支付系統聲稱每秒能夠支持 24,000 筆交易。這是因爲網絡是封閉的，不受公共節點和共識等考慮。將此與一些最著名的區塊鏈進行比較。
據彭博社 2022 年報道：“截至 9 月，比特幣每秒無法處理超過 7 筆交易，而第二受歡迎的網絡以太坊每秒只能處理約 15 筆交易——與傳統交易所相比，一生只能處理 15 筆交易。”
如前所述，由於構成去中心化網絡的不同參與者需要處理信息的方式以及 PoW 共識機制本身的性質，這些區塊鏈交易速度受到限制。如果社會上越來越多的人開始使用區塊鏈技術，網絡將由於他們可以處理的交易數量有限而變得堵塞。
爲什麼區塊鏈存在三難困境
針對上述問題，最明顯、最基本的解決方案是減少確認和添加到網絡數據的參與者數量，以換取更大的規模和速度。但這樣做會導致權力下放的削弱，控制權會交給較少數量的參與者。這也會導致安全性的削弱，因爲更少的玩家意味着更高的攻擊機會。
因此，這裏存在一個三難困境：鑑於去中心化和安全性的理想屬性之間的聯繫，區塊鏈工作原理的基本設計使其難以擴展。增加一個，就會削弱另一個。如何在不損害去中心化、安全性或兩者兼而有之的情況下推動可擴展性？
解決區塊鏈三難困境
對於這個三難困境，沒有一種黃金解決方案。但考慮到解決這個問題的重要性，社區內出現了許多不同的方法，並取得了有趣的結果。讓我們概述一些最流行的發展，讓您瞭解該領域正在發生的事情：
1. 分片
這是一種將區塊鏈（或其他類型的數據庫）分割成更小的、分區的區塊鏈來管理特定數據段的方法。這種設置減輕了處理網絡上所有交易和交互的單鏈的壓力。每個分區的區塊鏈稱爲分片，並具有其特定的分類賬。然後，這些分片可以處理自己的交易，但信標區塊鏈或主鏈管理分片之間的交互。這使得分片成爲第 1 層網絡可擴展性升級，因爲它是對區塊鏈主網的更改。
2、共識機制不同
比特幣網絡中存在三難困境的原因之一是 PoW 確保安全的方式。對礦工、加密算法和大量去中心化計算能力的需求造就了一個安全的系統，但速度很慢。尋找不同的方式來達成共識是解決三難困境的一種方法。這是以太坊從 PoW 轉向權益證明（PoS）背後的原因之一。
在 PoS 區塊鏈中，參與驗證交易的參與者必須抵押（鎖定）他們的代幣。不需要高度專業化的採礦機器。向網絡添加更多驗證器更加簡單且更容易訪問。 PoS 只是考慮到可擴展性的共識機制的多種不同方法之一。
3. 二層解決方案
分片和不同的共識機制都是所謂的 Layer-1 解決方案。他們希望改變底層網絡的基本設計。但尋求解決三難困境的其他開發人員一直在致力於構建基於現有網絡結構的解決方案。換句話說，他們認爲答案在於第二層，即第 2 層。這方面的例子包括側鏈和狀態通道。
側鏈基本上是連接到主鏈的獨立區塊鏈。它的設置方式使得資產可以在兩者之間自由流動。重要的是，側鏈可以在不同的規則下運行，從而實現更高的速度和規模。同樣，狀態通道是另一種將交易從主鏈上移走並減輕第一層壓力的方法。狀態通道使用智能合約而不是單獨的鏈，使用戶能夠相互交互，而無需將交易發佈到區塊鏈。區塊鏈只記錄通道的開始和結束。
結束語
可擴展性的三難困境阻礙了區塊鏈發揮其作爲改變世界的技術的潛力。如果區塊鏈網絡每秒只能處理少量交易以保持去中心化和安全性，那麼將很難實現大規模採用。然而，尋求解決這一問題的開發人員目前提出的解決方案表明，區塊鏈已經取得的技術進步只會繼續下去，並且這些網絡將來很可能能夠處理更多的數據。
