概括
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。對於要在全球範圍內採用的區塊鏈技術，它需要能夠以更高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。想要解決這個問題的開發者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正在改變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使我們能夠建立一個不依賴第三方網絡或市場運作的世界。不過，專家們普遍認爲，這項技術要想得到更廣泛的採用，首先必須解決一個根本問題：“區塊鏈三難困境”。
以太坊聯合創始人 Vitalik Buterin 是這個術語的普及者。要理解它，您必須知道區塊鏈中所需要的三個要素的存在：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。通常，如果增加一項的優化，另一項的優化就會被削弱。
在本文中，我們將分析三難困境的三個要素，並詳細解釋每個要素是什麼。詳細分析每一個以及它們如何組合在一起可以讓我們更好地理解區塊鏈三難困境如何以及爲何存在。在本文中，我們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？
比特幣和其他類似的區塊鏈網絡具有去中心化設計。整個結構的組織方式沒有單一的個人或組織負責，而是分散的。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，而不是落在單個實體上。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，其他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。沒有第三方行使控制權。將此與傳統金融體系對銀行的需求進行比較。銀行加強交易人員之間的信任，並確保所有記錄都得到妥善維護。然而，比特幣網絡與網絡的所有成員共享所有數據，以便在將其添加到數字數據庫之前可以對其進行驗證和確認。結果是一個無需第三方參與即可存在的系統。
去中心化提供了 Web3 的可能性。現在，我們有了Web2，即今天的互聯網。它充滿了由公司控制的網站和應用程序，但以用戶創建的內容爲特色。 Web3 是下一步。去中心化區塊鏈技術允許人們控制自己的數據和在線生活的互聯網。
然而，需要考慮的一件事是，由於這些分佈式系統的工作方式，並且必須有各種各樣的參與者就任何數據的有效性達成一致，因此交易時間可能會由於其共享和處理信息的方式而變慢。因此，區塊鏈必須可擴展，也就是說它們必須能夠以更快的速度處理更多的數據。當我們談論可擴展性時，我們將回到這一點。
此外，只有當底層區塊鏈安全時，去中心化的夢想纔有效。如果區塊鏈缺乏安全性，惡意者就可以控制並更改數據以利於他們。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？
如果區塊鏈沒有安全性，那麼它的去中心化程度如何也無濟於事。一個好的區塊鏈網絡必須能夠抵抗惡意實體的攻擊。集中式系統的安全性基於系統是封閉的。誰掌握了控制權，就可以確保數據不受干擾。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，但我們可以再次以比特幣作爲去中心化區塊鏈安全性的例子。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。用密碼學術語來說，每個塊都有某種數字簽名或哈希值，並且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。幫助保護加密貨幣分類賬。瞭解工作量證明共識需要一篇完整的單獨文章，但出於我們的目的，請記住網絡成員只能驗證新交易並通過稱爲挖礦的活動將其添加到分類賬中。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各種哈希函數。這涉及到可擴展性問題，因爲 PoW 機制是安全的，但相對較慢。
它還認爲網絡中的參與者（節點）越多，網絡就越安全。參與方數量越多，惡意行爲者控制系統的難度就越大。這與所謂的 51% 攻擊有關。總而言之，如果單個實體（或一組惡意行爲者）設法控制區塊鏈總網絡哈希率的 50% 以上，他們就可以推翻共識併爲了自己的利益而更改鏈的數據，例如，雙花代幣。
簡而言之，安全性是成功區塊鏈的基本要求，因爲沒有安全性，攻擊者就可以控制該鏈並使其無法使用。
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。如果區塊鏈技術要覆蓋更廣泛的社會並可能覆蓋數十億用戶，它就必須具有可擴展性。然而，這是大多數區塊鏈陷入困境的地方。
發生這種情況是因爲去中心化和安全性對於區塊鏈來說是如此基礎，以至於它們往往是首先要考慮的因素。去中心化對於區塊鏈技術的理念和目標至關重要，區塊鏈技術構成了最受認可的區塊鏈的核心。正如我們已經看到的，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非常有限。 Visa 等集中式支付系統聲稱每秒可處理多達 24,000 筆交易。由於網絡是封閉的，不必擔心公共節點和共識等考慮因素，所以這成爲可能。將此與一些最受認可的區塊鏈進行比較。
據彭博社 2022 年報道：“截至今年 9 月，比特幣每秒只能處理不超過 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。”
正如我們已經提到的，這些區塊鏈的交易速度受到不同參與者處理信息的方式的限制，這取決於去中心化網絡和 PoW 共識機制本身的性質。如果社會上越來越多的人開始使用區塊鏈技術，網絡將因可處理的交易數量有限而陷入困境。
爲什麼區塊鏈存在三難困境
該問題最明顯和基本的解決方案是減少向網絡提交和添加數據的參與者數量，以擴展規模並提高速度。但這樣做會削弱權力下放，因爲控制權將移交給少數參與者。同樣，它也會對安全產生負面影響，因爲參與者越少意味着受到攻擊的機會越大。
這是一個三難困境：由於高度期望的去中心化和安全性之間的聯繫，區塊鏈工作原理的基本設計使其難以擴展。如果增加其中一個，另一個就會減弱。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？
如何解決區塊鏈三難困境
對於這個三難困境，沒有黃金解決方案。然而，鑑於解決該問題的重要性，社區內開發了許多不同的方法，並取得了有趣的結果。讓我們回顧一下一些最流行的發展，以更好地瞭解該領域正在發生的事情：
1. 碎片化或“分片”
它是一種將區塊鏈（或其他類型的數據庫）分成更小的、劃分的區塊鏈來管理特定數據段的方法。這種設置可以防止單個鏈處理網絡上的所有交易和交互。每個分割的區塊鏈被稱爲分片並擁有自己的分類賬。這些分片可以處理自己的交易，但信標或主區塊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改變。
2. 不同的共識機制
比特幣網絡中存在三難困境的原因之一是 PoW 共識確保安全的方式。對礦工、加密算法和大量去中心化計算能力的需求導致了一個安全但緩慢的系統。尋找不同的方式來保護共識是解決三難困境的一種方法。這是以太坊從 PoW 機制轉向權益證明（PoS）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其代幣。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 只是衆多旨在實現可擴展性的共識機制之一。
3. 二層解決方案
分片和不同的共識機制都是所謂的第一層解決方案，它們尋求改變底層網絡的基本設計。但其他想要解決這個難題的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，他們認爲解決方案在於第二層，即第 2 層。這方面的例子有側鏈和狀態通道。
側鏈基本上是連接到主鏈的獨立區塊鏈。它的配置使得資產可以在兩個區塊鏈之間自由流動。值得注意的是，側鏈可以在不同的規則下運行，從而實現更高的速度和可擴展性。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，允許用戶相互交互，而無需在區塊鏈上發佈交易。區塊鏈只記錄通道的開始和結束。
結論
區塊鏈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，那麼大規模採用將很難實現。然而，開發人員一直在尋找和提出的解決方案表明，區塊鏈已經取得的技術進步將繼續下去，這些網絡將來肯定能夠處理更多的數據。