什么是网络拥塞？
当提交给网络的交易数量超出其处理能力时，就会发生网络拥堵。这种现象可能由多种因素造成，包括市场波动等外部影响，以及区块大小和区块时间等内部网络特征。
在深入研究这个问题之前，了解区块添加到区块链的过程非常重要。
区块链技术如何运作？
区块链由一系列区块组成，每个区块都包含用户创建的交易数据。每当有新的区块添加到链中，其记录都是永久的、不可更改的。
这些区块在去中心化网络中的节点之间传播，每个节点都存储着区块链的副本。区块链的形成依赖于密码学和博弈论的原理，使其成为某些加密货币的核心支柱。
要了解区块链网络为何会出现拥堵，我们需要探讨影响网络处理交易能力的几个关键概念：内存池、候选块、确定性和最长链规则。
什么是“内存池”？
内存池是指将被纳入下一个区块的未确认交易的集合。
当一笔交易在网络上广播时，并不会立刻加入到区块链中，而是先进入内存池，成为等待处理的交易，一旦交易被确认，就会从内存池中移除。
什么是“候选区块”？
候选区块，也称为提议区块，是矿工或验证者提议添加到区块链的区块。这些区块包含已广播到网络但尚未包含在区块链中的未确认交易。
候选区块要成为确认区块，必须按照区块链的共识机制进行挖矿或验证。例如，在某些共识机制下，矿工需要解答复杂的数学难题。第一个解答难题的矿工可以将候选区块添加到区块链并获得奖励。
另一种共识机制中，验证者通过随机选择的方式提出候选区块，其他验证者验证其有效性。当一个区块获得足够的证明时，它将从候选区块转变为已确认区块。
区块链的“确定性”是什么？
确定性是指交易或操作一旦完成，就无法改变或逆转。这意味着一旦交易被记录在区块链上，它就会永远存在，无法被修改或删除。
在某些区块链上，交易首先被广播到网络并进入内存池。矿工从这个池中选择并验证交易，以将其包含在要添加的The Block中。虽然这个区块中的交易被认为是已确认的，但其他矿工理论上仍然可以开采竞争区块。
交易的确定性会随着确认区块数量的增加而增加。当包含这些交易的The Block附加更多区块时，交易通常被视为“最终确定”。由于某些区块链的区块时间较短，建议进行多次确认，以达到类似的最终确定性信心水平。
什么是“最长链”规则？
如前所述，多个矿工可能在相似的时间段内生成新的有效区块，这可能会导致区块链分叉。
“最长链”规则是指在区块链中，投入最多计算工作的版本被视为有效版本，通常由包含最多区块的最长链表示。这意味着较短链上的“有效”区块（通常称为孤块或陈旧区块）将被丢弃，其中包含的交易将被返回到内存池。
当一些区块链网络使用工作量证明时，最长链原则也适用。随着网络转向其他共识机制，网络可能会采用一种更新的分叉选择算法来衡量链的“权重”，该权重通常由验证者的投票和质押的资产之和来加权。
什么原因造成区块链网络拥堵？
当提交到网络的交易数量超过其处理能力时，就会发生网络拥塞。
以下是区块链网络拥堵的几个可能原因：
- 需求增加
随着越来越多的用户向区块链提交交易，内存池中未确认交易的数量可能会超过单个区块可容纳的数量。特别是，对区块大小和区块时间有固有限制的区块链更容易受到此影响。
价格的剧烈波动也可能导致交易量激增，从而引发交易活动的快速增加或大规模采用周期。
- 区块尺寸较小
每个区块链都有指定的区块大小，即单个区块的最大容量。The Block大小限制了可包含的交易数量。
例如，部分区块链最初设计时区块大小限制为 1 兆字节（MB），随着技术进步，可能会进行升级以提高交易吞吐量，但如果交易数量超出新的限制，仍会造成网络拥堵。
- 区块时间缓慢
区块时间是指区块链中新区块的添加频率。例如，有些区块链大约每10分钟添加一个新区块。如果在这段时间内交易数量快速增加，就会造成交易积压。
- 网络拥塞会带来什么后果？
区块链网络拥堵会导致各种负面后果，阻碍网络的平稳运行。
- 交易费用增加
根据奖励机制，矿工通常会优先处理费用较高的交易。因此，当网络拥堵时，用户通常需要支付更高的交易费来激励矿工优先处理他们的交易。这可能会使使用区块链的交易费用高于平时，尤其是在处理小额交易时。
- 延迟交易确认时间
网络拥堵会增加交易确认和完成所需的时间。在极端情况下，交易可能需要数小时、数天甚至更长时间才能确认，这可能会让用户感到沮丧。
- 用户体验差
高昂的费用和缓慢的确认时间可能会导致糟糕的交易体验，从而降低区块链的应用范围和可用性。
- 市场波动
网络拥堵会加剧市场不确定性，并加剧波动性。如果大量用户试图出售某种加密资产，而网络拥堵导致交易处理缓慢，则可能引发用户恐慌，促使他们急于抛售资产。
此外，还可能产生安全风险和网络中心化风险等其他后果。确认时间的延迟可能会增加双重支付问题的风险，而更高的费用可能会导致计算能力的中心化。
- 网络拥塞示例
一些区块链网络已经出现严重拥堵。
某个区块链网络拥堵
一度，网络价格暴涨，引发了著名的网络拥堵事件。当时，需求和交易活动急剧增加，导致交易确认延迟和手续费飙升，平均交易费一度超过 50 个单位。
近期，某种代币相关的交易活动激增，导致网络极度拥堵，待处理交易数量和手续费大幅增加，未确认交易数一度达到40万笔，内存池面临瓶颈，交易手续费在几周内上涨了300%。
另一个著名的事件是，某个项目的流行导致网络速度大幅下降。此外，去中心化金融的兴起也导致网络拥堵和 gas 成本增加。任何区块链网络都可能出现拥堵，但由于某些网络的使用率和重要性更高，影响范围更广，拥堵在某些网络上比其他网络更为明显。
- 缓解网络拥塞的解决方案
解决区块链网络拥堵问题相对复杂，方法有很多，各有优缺点。
- 增加块大小
通过增加The Block大小，每个区块可以处理更多交易，从而有效提高网络吞吐量。然而，更大的区块也意味着更长的传播时间，增加临时分叉的风险，并需要更多的存储空间，这可能导致更大的集中化。
- 减少阻塞时间
缩短出The Block时间可以加快网络处理交易的速度，但也会增加孤立块的数量，这可能会危及网络的安全性。
- 第 2 层解决方案
链下解决方案在主区块链之外处理交易，并在链上记录其最终状态。例如，一些网络的闪电网络和 Plasma 就是链下解决方案。这些解决方案提高了可扩展性，但实施起来很复杂，并且可能会带来额外的安全问题。
- 分片
分片技术的工作原理是将区块链划分为多个较小的部分，让每个部分独立处理交易和智能合约。这种方法可以显著提高网络的处理能力。然而，与第 2 层解决方案类似，分片也增加了系统的复杂性，并可能带来额外的安全风险。
此外，解决网络拥堵的其他潜在方法包括费用调整和扩展解决方案，例如乐观聚合和零知识聚合。人们普遍认为，某些共识机制比传统的工作量证明机制更快。
结论
区块链技术在未来有望得到更广泛的应用，因此网络拥塞问题将变得越来越重要。网络高效处理大量交易的能力对于其广泛采用和可用性至关重要，尤其是对于旨在支持实时日常交易的区块链系统而言。尽管区块链网络拥塞带来了许多挑战，但社区正在积极开发解决方案以缓解这些问题。这就是为什么增强区块链可扩展性的研究一直在业界占据重要地位的原因。
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