主要收穫
區塊鏈三難問題解釋了在區塊鏈網絡中平衡安全性、去中心化和可擴展性的挑戰。
改善一項屬性通常會以犧牲其他一項或兩項為代價。
不同的區塊鏈採用各種技術方法，如替代共識機制、第二層解決方案和分片，以解決三難問題。
雖然沒有任何區塊鏈完全“解決”三難問題，但該行業仍在不斷創新，朝著更平衡的設計前進。
介紹
由於區塊鏈只能處理有限數量的交易，因此許多人認為，為了使這項技術在全球範圍內被採用，它應該能夠處理更多數據並以更快的速度運行。這將允許更多人使用該網絡，而不會導致其變得緩慢或昂貴。
然而，許多去中心化網絡的基本設計意味著，提高可擴展性往往會削弱去中心化或安全性。這被稱為區塊鏈三難問題。開發者們正在探索各種解決方案，例如新的共識機制、分片和第二層網絡。
區塊鏈三難問題
簡而言之，區塊鏈是一種分散式數字數據庫。數據塊按時間順序組織。這些塊通過加密證明連接和保護。這項技術在不同產業的實施已經改變了我們的工作和生活方式。
這一理念認為，去中心化和安全的區塊鏈能夠實現一個不需要依賴第三方來使網絡或市場運行的世界。然而，專家們普遍認為，如果這項技術要更廣泛採用，必須解決區塊鏈三難問題。
由以太坊的共同創始人Vitalik Buterin推廣，區塊鏈三難問題指的是區塊鏈同時實現三項屬性最佳級別的困難。加強其中一項屬性通常意味著在其他一項或兩項上妥協。
去中心化
區塊鏈網絡從設計上就是去中心化的，這意味著沒有任何單一的人、公司或組織控制它們。該網絡對任何想要參與的人都是開放的，控制權分散在所有參與者之間。每個人都可以訪問相同的賬本，如果參與者試圖通過改變記錄來欺騙系統，其他網絡成員可以驗證並拒絕該欺詐數據。
考慮比特幣和傳統銀行系統之間的區別。銀行在交易之間強制執行信任，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數據，因此可以在添加到數據庫之前進行檢查和確認。結果是一個可以在不需要第三方的情況下存在的系統。
去中心化提供了所謂的Web3的可能性。雖然Web2塑造了今天的大多數互聯網，網站和應用程序由公司控制，但Web3給用戶控制自己的數據和身份的權利。
然而，去中心化伴隨著取捨。由於多個用戶必須就每筆交易達成共識，處理速度往往比集中式系統慢。這使得可擴展性（每秒處理更多交易的能力）成為去中心化網絡的一個關鍵挑戰。
區塊鏈安全性
安全性對於任何區塊鏈都是至關重要的，因為如果沒有它，攻擊者可能會妨礙網絡並更改交易歷史。無論系統是集中式還是去中心化，安全性都不是保證的。集中式系統可以受益於更緊密的控制和更快的決策，但它們也存在單一故障點，並且在很大程度上依賴於其安全團隊的質量。
在去中心化系統中，安全性必須在不依賴中央權威的情況下實現。比特幣就是一個例子，它使用加密技術和一種稱為工作量證明（PoW）的共識機制。每個數據塊通過唯一的數字簽名（哈希）鏈接到前一個數據塊，使任何篡改立即可檢測。
PoW添加了另一層保護，要求被稱為礦工的網絡參與者通過廣泛的哈希計算來解決複雜的數學難題，然後再驗證交易。這使得攻擊變得昂貴且難以實施。由於比特幣挖礦在設計上是資源密集型的，因此它比一些其他方法更慢。
還要注意的是，網絡中的參與者（節點）越多，安全性就越高。網絡越大，單一壞行為者控制系統的難度就越大。
理論上，如果一個人或團體控制了網絡一半以上的權力，他們可以執行所謂的51%攻擊，這可能使得像雙重支付這樣的漏洞成為可能。
區塊鏈的可擴展性
可擴展性指的是區塊鏈處理每秒增加的交易數量（TPS）的能力。為了讓區塊鏈技術支持主流採用並潛在地服務數十億用戶，它必須快速、便宜且可靠地處理交易。在實踐中，可擴展性往往要讓位於去中心化和安全性，這是區塊鏈設計的兩個基本原則。
像Visa這樣的集中式支付系統，例如，據說可以處理每秒數千筆交易，因為它們在封閉的、經過授權的環境中運作。它們不需要來自數千個獨立節點的全球共識，這使得它們幾乎可以瞬時處理交易。
相比之下，公共區塊鏈必須通過多個獨立的驗證者處理每筆交易。這種分散的驗證減慢了性能：比特幣的基礎層平均約5 TPS，而以太坊的處理速度約為18 TPS。
即使在一些網絡中用權益證明（PoS）共識取代工作量證明（PoW），全球一致性的需求仍然施加了限制。沒有有效的可擴展性解決方案，使用量的激增可能導致網絡擁堵、交易時間變慢和費用上升。
解決區塊鏈三難問題
解決區塊鏈三難問題最明顯且基本的解決方案是減少網絡驗證者（節點）的數量，以換取更大的規模和速度。但這樣做會導致去中心化的減弱，控制權將交給更少的參與者。這也可能導致安全性的減弱，因為參與者越少，攻擊的機會越高。
所以這就是三難問題：去中心化和安全性深刻相連，而區塊鏈的構建方式使得在不削弱其中一項或兩項的情況下改善可擴展性變得困難。最大的問題是如何在不犧牲使其可信的品質的情況下，使區塊鏈更快。
持續發展
沒有一個黃金解決方案來解決三難問題。然而，開發者和研究人員已經探索了多種方法，其中許多已顯示出有希望的結果。一些最值得注意的發展包括：
1. 分片
分片將區塊鏈分割成較小的分區或分片，每個分片都有自己的賬本和獨立處理交易的能力。一條主鏈協調分片之間的互動，減少任何單一鏈上的負載，並提高可擴展性。
例如，NEAR協議使用一種稱為Nightshade 2.0的分片模型，通過將網絡分割為多個平行的分片來動態擴展。截至2025年8月，該網絡運行著8個活躍的分片，並能在約600毫秒內實現交易最終確定。
2. 不同的共識機制
區塊鏈三難問題存在於比特幣網絡中的原因之一是PoW為確保安全性所運作的方式。尋找另一種安全共識的方法是解決三難問題的一種方法。
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。不需要高度專業的挖礦設備。向網絡添加更多驗證者更簡單且更易於訪問。PoS僅是許多不同共識機制中考慮可擴展性的一種方法。
另一種方法是權威證明（PoA），該方法通過驗證者身份而不是抵押的代幣來保護網絡。在PoA系統中，一小部分受信任的參與者被預先批准以驗證交易並創建區塊。這可以提供更高的可擴展性，但降低去中心化。
一些區塊鏈網絡使用混合模型來平衡權衡。例如，BNB智能鏈使用抵押權威證明（PoSA），其中驗證者抵押BNB以參加區塊生成，實現約三秒的區塊時間。Conflux網絡結合了PoW和有向無環圖（DAG）結構的元素，以提高吞吐量，同時保留PoW的安全特性。
3. 第二層解決方案
解決三難問題的另一種方法是基於現有區塊鏈之上構建，而不是改變其基礎層。第二層解決方案在主鏈之外處理交易，然後將結果結算回主鏈。這減少了擁堵，降低了費用，並保持了基礎層的安全性。
Rollups將多個交易在鏈外捆綁並向主鏈提交單個壓縮證明以進行驗證。像Arbitrum這樣的樂觀rollups假定交易是有效的，除非受到質疑，而像Scroll這樣的零知識（ZK）rollups則使用密碼學證明來確認有效性，而不透露所有細節。以太坊越來越以rollup為中心，其去中心化金融（DeFi）、遊戲和NFT活動在第二層進行，以提高速度並降低成本。
狀態通道允許參與者在鏈外進行交易，只有開啟和關閉狀態記錄在區塊鏈上。比特幣閃電網絡是一個著名的示例，它使用狀態通道來通過將大多數活動保持在鏈外，依賴比特幣基礎層進行最終結算，來實現快速、低成本的交易。
結語
區塊鏈三難問題仍然是技術實現其全部潛力的一個重大挑戰。然而，像以太坊的rollup中心路線圖和高性能模塊化區塊鏈的興起等持續努力顯示出前進的有希望的道路。這些創新旨在提高可擴展性，而不損害安全性或去中心化，將行業推向未來一個能夠支持全球規模應用的區塊鏈。
進一步閱讀
什麼是應用鏈（特定應用的區塊鏈）？
什麼是比特幣第二層網絡？
什麼是鏈抽象？
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