長話短說
區塊鏈每秒能夠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。如果目標是在全球範圍內採用區塊鏈技術，那麼它必須能夠處理更大量的數據並提供更快的交易。這樣，更多的人可以使用網絡，而不會降低速度或產生高昂的成本。然而，許多去中心化網絡的設計使得可擴展性的提高降低了去中心化或安全性。這個問題被稱爲區塊鏈三難困境。試圖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。這些數據塊按時間順序組織。區塊通過加密證明進行鏈接和保護。這項技術在不同領域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提供了一個我們不需要依賴第三方網絡或市場運作的世界。不過，大多數專家一致認爲，如果這項技術要更廣泛地採用，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。它指的是區塊鏈中三個理想的要素：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實現所有這三個屬性的最佳水平。專注於一件事往往會削弱另一件事。
在本文中，我們將介紹三難困境的三個要素，並更詳細地解釋每個要素。通過討論每個元素的細節以及彼此之間的影響，我們將更好地理解區塊鏈三難困境及其可能的原因。我們還將研究開發人員建議的一些解決方案。
什麼是去中心化？
比特幣區塊鏈和其他類似的網絡被設計爲去中心化的。該結構的創建方式使得沒有任何人或組織負責。相反，它是一個完全去中心化的結構。該網絡向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他們有利的記錄來欺騙系統，那麼其餘參與者將拒絕被篡改的數據。
這個主題可能非常技術性，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，以便可以對其進行驗證和確認。一旦完成，它們就會被添加到數字數據庫中。結果是一個無需第三方即可運行的系統。
去中心化使得所謂的 Web3 得以發展。我們目前是 Web2（當今的互聯網）的用戶。 Web2 有許多由公司控制的網站和應用程序，但內容由用戶製作。 Web3 是下一步。 Web3 是一個互聯網，其中分散的區塊鏈技術允許人們控制自己的數據和在線生活。
然而，值得注意的是，由於這些分佈式系統的工作方式（需要就任何數據的有效性達成一致的大量參與者），交易時間可能會很慢，因爲大量信息需要共享和處理。處理 。因此，區塊鏈需要提供可擴展性，即它們必須能夠更快地處理更多數據。當我們討論可擴展性時，我們將回到這個主題。
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，惡意用戶就可以控制並更改數據以利於他們。這給我們帶來了三難困境的第二個要素：安全。
什麼是區塊鏈上的安全性？
如果區塊鏈沒有安全性，那麼它的去中心化程度也毫無意義。一個好的區塊鏈網絡必須能夠抵禦惡意實體的攻擊。集中式系統的安全性源於它們是封閉系統。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，這怎麼可能呢？
這是一個複雜的主題，但我們可以再次使用比特幣作爲安全和去中心化區塊鏈的例子。比特幣區塊鏈使用加密元素和稱爲工作量證明（PoW）的共識機制的組合。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分類賬。爲了解釋工作量證明，我們需要整篇文章，但出於本文的目的，請了解網絡成員只能驗證新交易並將其通過稱爲挖礦的活動添加到分類賬中。此過程涉及使用計算能力來解決數學問題。該過程的一部分需要計算機執行多個哈希函數。這導致了可擴展性問題，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，其安全級別就越高。參與者數量越多，惡意用戶控制系統的難度就越大。這有助於防止可能的 51% 攻擊。概述：如果單個實體（或一羣不良行爲者）控制了區塊鏈總哈希率的 50％ 以上，他們可以覆蓋共識機制併爲了自己的利益而改變區塊鏈數據，例如代幣的雙重支出。 。
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，攻擊者就可以控制區塊鏈，使其變得毫無用處。
什麼是可擴展性？
可擴展性一詞是指構建每秒可以支持更多交易的區塊鏈的目標。可擴展性是必要的，這樣區塊鏈技術才能爲整個社會和潛在的數十億用戶服務。但這是許多區塊鏈仍在掙扎的地方。
這是因爲去中心化和安全性對於區塊鏈來說是如此的基礎，以至於它們往往受到最多的關注。去中心化對於區塊鏈的精神和目標至關重要，因此它通常是最受認可的區塊鏈的主要焦點。正如我們所討論的，安全性是區塊鏈成功和有用的基本要求。
然而，當優先考慮去中心化和安全性時，可擴展性成爲一個挑戰。區塊鏈能夠處理的交易數量可能會大大減少。 Visa 等集中式支付系統聲稱每秒能夠處理 24,000 筆交易。這是因爲網絡是封閉的，不依賴公共節點和共識的考慮。將此與一些更知名的區塊鏈進行比較。
據彭博社 2021 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的限制爲每秒約 15 筆交易——與傳統經紀商相比，這是一生的限制。”
如前所述，由於組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。如果越來越多的人開始使用區塊鏈技術，由於可處理的交易數量有限，網絡將變得擁堵。
爲什麼會存在區塊鏈三難困境？
針對上述問題，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，以換取更大的可擴展性和速度。但這會損害去中心化因素，因爲控制權將掌握在少數參與者手中。它還會導致安全性減弱，因爲參與者越少，遭受攻擊的機會就越大。
因此，這是一個三難困境：鑑於去中心化和安全性的期望屬性之間的關係，區塊鏈的基本工作設計使得可擴展性變得困難。通過改進一個，你會削弱另一個。如何在不影響去中心化、安全性或兩者兼而有之的情況下提高可擴展性？
解決區塊鏈三難困境
對於這個三難困境，沒有單一的奇蹟解決方案。但考慮到解決這個問題的重要性，社區中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，讓您瞭解該行業正在發生的事情：
1. 分片
這是一種將區塊鏈（或其他類型的數據庫）劃分爲更小的分區區塊鏈的方法，這些區塊鏈管理特定的數據段。這種設置不需要單個區塊鏈來處理網絡上的所有交易和交互。每個分區的區塊鏈被稱爲分片（片段），並具有其特定的分類賬。這些分片能夠處理自己的交易，但區塊鏈信標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絡的更改。
2、其他共識機制
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導致了一個安全但緩慢的系統。尋找不同的方式來確保達成共識是解決三難困境的一種方法。這是以太坊從 PoW 轉變爲權益證明（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加經濟實惠。 PoS 只是尋求可擴展性的共識機制的衆多不同方法之一。
3. 二層解決方案
分片和不同的共識機制都被稱爲 Layer-1 解決方案。他們試圖改變底層網絡的基本設計。但其他尋求解決三難困境的開發人員正在研究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 Layer-2 解決方案（“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。它的設立是爲了讓資產可以在兩者之間自由流動。值得注意的是，側鏈可以在與主鏈不同的規則下運行，從而實現更高的速度和可擴展性。同樣，狀態通道提供了另一種將交易從主鏈上移走並卸載 Layer-1 的方法。狀態通道不是單獨的區塊鏈，而是使用智能合約來允許用戶彼此交互，而無需將交易發佈到區塊鏈。區塊鏈僅記錄狀態通道的初始和最終狀態。
最後的考慮因素
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來維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提出的解決方案表明，區塊鏈技術已經取得的技術進步正在走上正軌。未來，網絡將能夠處理更大量的數據。