區(qū)塊鏈每秒處理的交易數(shù)量是有限的。例如，Bitcoin網(wǎng)絡每秒可以處理約七筆交易。區(qū)塊鏈技術(shù)獲得普遍采用之后，數(shù)據(jù)處理能力、速度將大幅提升，使用人數(shù)增多也不會讓網(wǎng)絡變慢或費用高漲。然而，眾多Decentralization網(wǎng)絡的基本設計原則側(cè)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(qū)塊鏈三元悖論”。開發(fā)人員正在嘗試不同的共識機制，以及分片、側(cè)鏈和狀態(tài)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(qū)塊鏈即為分布式數(shù)字化數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)區(qū)塊按時間順序進行組織。各區(qū)塊通過加密證明連接起來，并獲得安全保護。這項技術(shù)在各行業(yè)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(qū)塊鏈問世之后，人們無需依賴第三方網(wǎng)絡或市場，即可維持世界運轉(zhuǎn)。但是，專家普遍認為該項技術(shù)要大規(guī)模普及的話，首先要解決一個核心問題，即備受討論的“區(qū)塊鏈三元悖論”問題。

Ethereum聯(lián)合創(chuàng)始人Vitalik Buterin讓這一術(shù)語變得廣為人知。要理解這個概念，需要先知道區(qū)塊鏈中的三大要素：Decentralization、安全性和可擴展性。“區(qū)塊鏈三元悖論”概念指的是區(qū)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(jié)合的關系，將有助于加深我們對區(qū)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(fā)人員建議的幾種解決方案。

什么是Decentralization？

根據(jù)設計，Bitcoin與其他類似的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡都具有Decentralization性質(zhì)。這類網(wǎng)絡的整體架構(gòu)不歸個人或單一組織管理，而是Decentralization的。網(wǎng)絡層面向所有參與者開放。因此，控制權(quán)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(shù)據(jù)。如有人按自己的意愿篡改記錄，試圖在系統(tǒng)中作弊，其他參與者則可駁回錯誤的數(shù)據(jù)。

這樣操作的技術(shù)性較強，讓我們以Bitcoin網(wǎng)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(qū)塊鏈則與網(wǎng)絡中的所有人共享數(shù)據(jù)，以確保數(shù)據(jù)在添加到數(shù)字化數(shù)據(jù)庫之前得以核實確認。由此誕生了無需第三方介入的系統(tǒng)。

Decentralization為所謂的Web3提供了可能。我們當前的互聯(lián)網(wǎng)處于Web2階段。Web2中的網(wǎng)站和應用程序全由各大公司控制，但由用戶創(chuàng)作內(nèi)容。Web3則是下一步發(fā)展趨勢。在Web3互聯(lián)網(wǎng)中，人們借助Decentralization區(qū)塊鏈技術(shù)自行掌控數(shù)據(jù)和在線生活。 

但是，需要注意的一點是，這些分布式系統(tǒng)的運作方式需要大量參與者對所有數(shù)據(jù)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(qū)塊鏈需要擴展，即能以更快的速度處理更多數(shù)據(jù)。我們會在討論到可擴展性時繼續(xù)講解。

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

什么是區(qū)塊鏈安全性？

如果缺乏安全性，區(qū)塊鏈的Decentralization程度再高也無濟于事。穩(wěn)健的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡必須能抵抗惡意實體的攻擊。中心化系統(tǒng)是封閉的，因而能夠保障安全性?？刂迫丝梢员ＷC數(shù)據(jù)不受干擾。但是，在人人都可參與的Decentralization系統(tǒng)中，又如何實現(xiàn)安全性呢？

這是個復雜的話題。讓我們說回Bitcoin，以其Decentralization區(qū)塊鏈安全性為例。Bitcoin區(qū)塊鏈結(jié)合采用密碼學與稱為“工作量證明(PoW)”的網(wǎng)絡共識機制。從密碼學角度看，各個區(qū)塊都有一種數(shù)字簽名，或稱為“哈希值”。任意修改都會改變區(qū)塊的哈希值，因此每個數(shù)據(jù)區(qū)塊都以無法篡改的方式進行連接。任何改變數(shù)據(jù)的嘗試都會被網(wǎng)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(fā)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(wǎng)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(shù)學難題。計算過程中需要這些計算機執(zhí)行大量的哈希運算函數(shù)。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(wǎng)絡中參與者（Node）越多，網(wǎng)絡就越安全。參與者人數(shù)越多，不法分子就越難有機會掌控系統(tǒng)。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(qū)塊鏈全網(wǎng)超過50%的哈希率，他們就能肆意推翻共識，并篡改鏈上數(shù)據(jù)，例如雙花問題Tokens。 

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

什么是可擴展性？

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

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

但是，優(yōu)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(shù)量嚴重受限。諸如Visa這樣的中心化支付系統(tǒng)聲稱每秒能處理2.4萬筆交易，原因是網(wǎng)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(qū)塊鏈。

據(jù)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(wǎng)絡每秒交易量限制在15筆左右。與傳統(tǒng)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(wǎng)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(zhì)，導致這些區(qū)塊鏈的交易速度受限。如果社會上開始使用區(qū)塊鏈技術(shù)的人日益增多，網(wǎng)絡的交易處理能力受限將導致網(wǎng)絡擁塞。

為何會存在區(qū)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(wǎng)絡數(shù)據(jù)的參與者數(shù)量，以此來擴展網(wǎng)絡和提速。但是，這樣做會降低Decentralization，將控制權(quán)交到少數(shù)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(qū)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(xiàn)。三者處于此消彼長的狀態(tài)。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(qū)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(qū)提出了各種不同的方案，結(jié)果頗有成效。讓我們概述其中的熱門動態(tài)，讓大家對該領域的最新進展有所了解。

1.分片

這是將區(qū)塊鏈或其他類型的數(shù)據(jù)庫拆分為較小分區(qū)的區(qū)塊鏈，對特定數(shù)據(jù)段進行管理的方式。這種設置減輕了單鏈處理所有網(wǎng)絡交易和交互的壓力。每個分區(qū)的區(qū)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(qū)塊鏈主網(wǎng)做出了改變，因此，分片成為了Layer 1網(wǎng)絡可擴展性的升級。

2.各種共識機制

Bitcoin網(wǎng)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(xiàn)系統(tǒng)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(tǒng)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(zhuǎn)向權(quán)益證明(PoS)的一大原因。

在權(quán)益證明區(qū)塊鏈中，參與者須質(zhì)押（鎖定）自己的Tokens，才能參與交易驗證，但無需高度專業(yè)化的礦機。在網(wǎng)絡中新增更多的驗證者則更簡單方便。權(quán)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(wǎng)絡的基本設計。但是，其他開發(fā)人員則研究在現(xiàn)有網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)上構(gòu)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(wǎng)絡，或稱“Layer 2”。相關示例包括側(cè)鏈和狀態(tài)通道。

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

總結(jié)

區(qū)塊鏈三元悖論阻礙了區(qū)塊鏈技術(shù)助推改變世界的潛力。如果區(qū)塊鏈網(wǎng)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(guī)模普及。然而，從開發(fā)人員意圖解決該問題提出的最新解決方案來看，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡只有持續(xù)推進當下的技術(shù)進展，才有望在未來實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理能力的飛躍。

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