理解區塊鏈的trilemma問題

三個特性的困境

在推動區塊鏈技術的全球採用過程中，存在無法避免的挑戰。這就是同時實現安全性、去中心化和可擴展性這三個基本特性的平衡之難。這被稱爲所謂的三難問題，指的是強化一個特性必然會削弱另一個特性的結構性矛盾。

要使區塊鏈真正發揮作用，網路每秒能夠處理的交易數量（TPS）必須大幅增加。然而，目前許多公共鏈在試圖提高可擴展性時，往往會降低去中心化和安全性。針對這一根本性困境，整個行業正在嘗試各種技術方法。

分散式網路的本質

區塊鏈簡而言之是一個分散的數字數據庫。數據塊按照時間順序排列，通過加密證明相互連接。

分散化的最大優勢在於消除特定企業或個人的集中管理。網路中的所有參與者都可以訪問同一本帳本，並能夠集體驗證和防止交易記錄的篡改。正是因爲這種分散性，比特幣才實現了不需要中央銀行的支付系統。

但是，由於需要大量參與者達成共識，因此處理速度比中心化系統要慢。這成爲了可擴展性的限制，並且是三難困境的根源之一。

安全性保障與處理速度的權衡

區塊鏈的安全性是通過加密技術和共識機制的結合來實現的。比特幣採用的工作量證明（PoW）中，礦工通過解決復雜的數學計算來驗證交易。這種計算量負擔較高的機制，使得對網路的攻擊成本極高，從而確保了安全性。

但是，這種安全設計將比特幣的處理能力限制在約5 TPS。另一方面，以太坊的基礎層也僅限於約18 TPS。保持安全性和去中心化，同時突破這些限制，將是解決三難問題的關鍵。

理論上，如果一個主體掌握了網路計算能力的過半數，就有可能進行51％攻擊，導致雙重支付等不正行爲的發生。爲了防止這種情況，需要足夠的分散性，但分散性越高，達成共識所需的時間就越長，從而陷入降低可擴展性的惡性循環。

可擴展性的現狀與挑戰

像Visa這樣的中心化支付系統可以處理每秒數千筆交易。這是因爲在封閉的許可環境中，少數節點做出決定。

相比之下，在公共區塊鏈中，所有驗證者都需要驗證交易。這種分散式驗證過程是安全的，但大大限制了處理能力。如果不考慮可擴展性而增加網路的使用，擁堵和交易手續費的漲是不可避免的。

轉向權益證明（PoS）也會帶來部分改善，但仍然需要全球分散節點的共識，並未根本解決問題。

解決三難問題的多方面方法

行業正在並行追求多種技術手段，其中一些實際上取得了有前景的成果。

通過分片實現負載均衡

分片技術是將區塊鏈分割成多個獨立的小區塊（分片），每個小區塊並行處理交易的機制。在NEAR協議的Nightshade 2.0模型中，多個並行分片動態地擴展網路，到2025年時將有8個活躍的分片運行，實現約600毫秒的交易確認時間。

採用多種共識機制

通過不同的共識設計，正在努力調整trilemma的特性平衡。在PoS中，只需質押代幣就能成爲驗證者，因此參與門檻低，分散性提高。

權威證明（PoA）是一種通過集中可信驗證者的權力來優先考慮可擴展性的技術。BNB智能鏈採用了結合了PoS元素和PoA元素的質押權威證明（PoSA），實現了平衡的設計。Conflux網路將工作量證明的元素與有向無環圖（DAG）結構結合，嘗試另一種方法。

層級2的分階段擴展

最實用的短期解決方案是Layer解決方案。通過在主鏈上構建，而不是修改主鏈，將交易處理移到鏈外。

在卷積技術中，多個交易被壓縮並作爲單一證明發送到主鏈。像Arbitrum和Scroll這樣的樂觀卷積在保存所有交易細節的同時實現了高速化，而零知識卷積則通過加密證明來驗證有效性。以太坊已演變爲以卷積爲中心的結構，從而大幅提升了DeFi生態系統的可擴展性。

狀態通道是一種只在交易開始和結束時將狀態記錄在區塊鏈上的機制，參與者可以在鏈外自由交易。比特幣的閃電網絡採用了這種方法，通過將大部分流程鏈外化並在基礎層進行最終結算，實現了快速且低成本的結算。

trilemma的解決可能性與未來展望

目前，完全“解決”三難困境的區塊鏈並不存在。然而，以太坊的卷積中心路線圖和新興的高性能模塊化區塊鏈展示了實用的路徑。

這些技術創新使得在不損害安全性和去中心化的情況下提高可擴展性的目標變得越來越接近，全球範圍內的應用在區塊鏈上運行的時代即將到來。