什么是區塊鏈三元悖論？

2023年11月03日 19:34

區塊鏈每秒處理的交易數量是有限的。例如，Bitcoin網絡每秒可以處理約七筆交易。區塊鏈技術獲得普遍采用之后，數據處理能力、速度將大幅提升，使用人數增多也不會讓網絡變慢或費用高漲。然而，眾多Decentralization網絡的基本設計原則側重于提升可擴展性，往往就會弱化Decentralization或安全性。這正是所謂的“區塊鏈三元悖論”。開發人員正在嘗試不同的共識機制，以及分片、側鏈和狀態通道等可擴展性解決方案，希望能解決此問題。

導語

簡言之，區塊鏈即為分布式數字化數據庫。數據區塊按時間順序進行組織。各區塊通過加密證明連接起來，并獲得安全保護。這項技術在各行業得以實施，已在改變我們的工作和生活方式。

這種理念是指，安全的Decentralization區塊鏈問世之后，人們無需依賴第三方網絡或市場，即可維持世界運轉。但是，專家普遍認為該項技術要大規模普及的話，首先要解決一個核心問題，即備受討論的“區塊鏈三元悖論”問題。

Ethereum聯合創始人Vitalik Buterin讓這一術語變得廣為人知。要理解這個概念，需要先知道區塊鏈中的三大要素：Decentralization、安全性和可擴展性。“區塊鏈三元悖論”概念指的是區塊鏈難以讓這三大屬性同時達到最佳水平。一項屬性增強通常會導致另一項屬性削弱。

本文將研究三元悖論中的三大要素，并逐一進行詳解。深入討論每項要素及其相互結合的關系，將有助于加深我們對區塊鏈三元悖論存在方式和原因的理解。本文還將重點提到開發人員建議的幾種解決方案。

什么是Decentralization？

根據設計，Bitcoin與其他類似的區塊鏈網絡都具有Decentralization性質。這類網絡的整體架構不歸個人或單一組織管理，而是Decentralization的。網絡層面向所有參與者開放。因此，控制權完全分散，而非掌控在單一實體手中。人人都能獲得相同的數據。如有人按自己的意愿篡改記錄，試圖在系統中作弊，其他參與者則可駁回錯誤的數據。

這樣操作的技術性較強，讓我們以Bitcoin網絡為例，其中就不涉及第三方控制。我們將此與金融體系中對銀行的依賴進行比較。銀行增強交易雙方之間的信任，并確保正確保存所有記錄。但是，Bitcoin區塊鏈則與網絡中的所有人共享數據，以確保數據在添加到數字化數據庫之前得以核實確認。由此誕生了無需第三方介入的系統。

Decentralization為所謂的Web3提供了可能。我們當前的互聯網處于Web2階段。Web2中的網站和應用程序全由各大公司控制，但由用戶創作內容。Web3則是下一步發展趨勢。在Web3互聯網中，人們借助Decentralization區塊鏈技術自行掌控數據和在線生活。

但是，需要注意的一點是，這些分布式系統的運作方式需要大量參與者對所有數據的有效性達成一致，這樣需要信息進行共享和處理，因此會導致交易時間變慢。所以，區塊鏈需要擴展，即能以更快的速度處理更多數據。我們會在討論到可擴展性時繼續講解。

此外，要想實現Decentralization，必須先保障底層區塊鏈的安全性。如果區塊鏈缺乏安全性，不法分子將有機可趁，肆意篡改數據。這就引申到三元悖論的第二部分：安全性。

什么是區塊鏈安全性？

如果缺乏安全性，區塊鏈的Decentralization程度再高也無濟于事。穩健的區塊鏈網絡必須能抵抗惡意實體的攻擊。中心化系統是封閉的，因而能夠保障安全性。控制人可以保證數據不受干擾。但是，在人人都可參與的Decentralization系統中，又如何實現安全性呢？

這是個復雜的話題。讓我們說回Bitcoin，以其Decentralization區塊鏈安全性為例。Bitcoin區塊鏈結合采用密碼學與稱為“工作量證明(PoW)”的網絡共識機制。從密碼學角度看，各個區塊都有一種數字簽名，或稱為“哈希值”。任意修改都會改變區塊的哈希值，因此每個數據區塊都以無法篡改的方式進行連接。任何改變數據的嘗試都會被網絡的其余部分迅速識別出來。

工作量證明共識機制也在其中發揮作用，即有效保障加密貨幣賬本的安全。理解工作量證明本身就需要大費周章，但出于本文的講解目的，只需記住，網絡成員僅能驗證新交易，并將交易通過“work”活動添加至賬本中。這涉及到用算力來解決數學難題。計算過程中需要這些計算機執行大量的哈希運算函數。工作量證明機制雖然安全，但是相對較慢，這就引出了可擴展性問題。

另請注意，網絡中參與者（Node）越多，網絡就越安全。參與者人數越多，不法分子就越難有機會掌控系統。這就涉及到所謂的“51%攻擊”。這個概念的大致意思是，如果單一實體（或一群不法分子）控制了區塊鏈全網超過50%的哈希率，他們就能肆意推翻共識，并篡改鏈上數據，例如雙花問題Tokens。

簡言之，安全性是區塊鏈取得成功的根基。安全性缺失，攻擊者隨意掌控，區塊鏈就毫無價值可言。

什么是可擴展性？

可擴展性是指構建區塊鏈以此提升每秒交易速度的目標。區塊鏈技術若要服務于更廣泛的社會，或數十億用戶，擴展勢在必行。但是，這正是眾多區塊鏈仍在苦苦掙扎的難題。

原因在于，Decentralization和安全性是區塊鏈的根本性問題，因此總是獲得優先關注。Decentralization是區塊鏈理念和目標的核心。大多數的知名區塊鏈都堅守這一核心。如前文所述，安全性是區塊鏈成功與否、價值所在的核心要求。

但是，優先考慮Decentralization和安全性，可擴展性就成為了一項難題。單鏈處理交易的數量嚴重受限。諸如Visa這樣的中心化支付系統聲稱每秒能處理2.4萬筆交易，原因是網絡封閉，不受公共Node和共識等影響。讓我們對比一下各種知名的區塊鏈。

據彭博社2022年報道：“截至9月，Bitcoin每秒難以處理超過7筆交易，而第二大受歡迎的Ethereum網絡每秒交易量限制在15筆左右。與傳統交易平臺對比，這簡直慢得讓人懷疑人生。”

如前所述，由于Decentralization網絡中參與者處理信息的必要方式，以及工作量證明共識機制本身的性質，導致這些區塊鏈的交易速度受限。如果社會上開始使用區塊鏈技術的人日益增多，網絡的交易處理能力受限將導致網絡擁塞。

為何會存在區塊鏈三元悖論

針對上述問題最顯而易見的基本解決方案是減少確認和添加網絡數據的參與者數量，以此來擴展網絡和提速。但是，這樣做會降低Decentralization，將控制權交到少數參與者手中。參與者變少就意味著受到攻擊的幾率增加，還會導致安全性減弱。

三元悖論由此形成：在區塊鏈運行原理的基本設計中，Decentralization與安全性這兩項必要屬性緊密相連，導致可擴展性難以實現。三者處于此消彼長的狀態。如何在不損及Decentralization、安全性或二者兼得的情況下，推進可擴展性呢？

解決區塊鏈三元悖論

對于三元悖論而言，沒有萬能的解決方案。鑒于解決該問題的重要性，社區提出了各種不同的方案，結果頗有成效。讓我們概述其中的熱門動態，讓大家對該領域的最新進展有所了解。

1.分片

這是將區塊鏈或其他類型的數據庫拆分為較小分區的區塊鏈，對特定數據段進行管理的方式。這種設置減輕了單鏈處理所有網絡交易和交互的壓力。每個分區的區塊鏈稱為“分片”，并自有特定的賬本。這些分片之后即可自行處理交易，但由信標鏈或主鏈管理分片之間的交互。這對區塊鏈主網做出了改變，因此，分片成為了Layer 1網絡可擴展性的升級。

2.各種共識機制

Bitcoin網絡中存在三元悖論的一大原因是工作量證明確保安全性的運作方式。要實現系統安全，礦工、加密貨幣算法和巨大的Decentralization算力缺一不可，但也導致系統緩慢。尋求其他方法來確保共識也是解決三元悖論的一種途徑。這正是Ethereum從工作量證明轉向權益證明(PoS)的一大原因。

在權益證明區塊鏈中，參與者須質押（鎖定）自己的Tokens，才能參與交易驗證，但無需高度專業化的礦機。在網絡中新增更多的驗證者則更簡單方便。權益證明共識機制僅只是針對解決可擴展性的眾多方法之一。

3.Layer-2解決方案

分片和各種共識機制均為所謂的Layer-1解決方案，旨在改變底層網絡的基本設計。但是，其他開發人員則研究在現有網絡結構上構建解決方案，試圖解決三元悖論問題。換言之，他們認為解決方案在于二層網絡，或稱“Layer 2”。相關示例包括側鏈和狀態通道。

側鏈本質上就是連接至主鏈的獨立區塊鏈。通過這種設置方式，資產可在兩個鏈之間自由流動。重要的是，側鏈可以在不同的規則下運行，實現提速和擴展。同樣，狀態通道是將交易從主鏈移除，緩解Layer 1的另一種方式。狀態通道沒用單獨的鏈，而是采用智能合約，讓用戶無需在區塊鏈發布交易即可相互交互。區塊鏈只需記錄通道的起始和結束。

總結

區塊鏈三元悖論阻礙了區塊鏈技術助推改變世界的潛力。如果區塊鏈網絡每秒只能處理少量交易來保持Decentralization和安全性，那么將難以達成大規模普及。然而，從開發人員意圖解決該問題提出的最新解決方案來看，區塊鏈網絡只有持續推進當下的技術進展，才有望在未來實現數據處理能力的飛躍。

內容轉自幣安學院

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