什麼是網絡擁塞？
當提交給網絡的交易數量超出其處理能力時，就會發生網絡擁堵。這種現象可能由多種因素造成，包括市場波動等外部影響，以及區塊大小和區塊時間等內部網絡特徵。
在深入研究這個問題之前，瞭解區塊添加到區塊鏈的過程非常重要。
區塊鏈技術如何運作？
區塊鏈由一系列區塊組成，每個區塊都包含用戶創建的交易數據。每當有新的區塊添加到鏈中，其記錄都是永久的、不可更改的。
這些區塊在去中心化網絡中的節點之間傳播，每個節點都存儲著區塊鏈的副本。區塊鏈的形成依賴於密碼學和博弈論的原理，使其成為某些加密貨幣的核心支柱。
要了解區塊鏈網絡為何會出現擁堵，我們需要探討影響網絡處理交易能力的幾個關鍵概念：內存池、候選塊、確定性和最長鏈規則。
什麼是“內存池”？
內存池是指將被納入下一個區塊的未確認交易的集合。
當一筆交易在網絡上廣播時，並不會立刻加入到區塊鏈中，而是先進入內存池，成為等待處理的交易，一旦交易被確認，就會從內存池中移除。
什麼是“候選區塊”？
候選區塊，也稱為提議區塊，是礦工或驗證者提議添加到區塊鏈的區塊。這些區塊包含已廣播到網絡但尚未包含在區塊鏈中的未確認交易。
候選區塊要成為確認區塊，必須按照區塊鏈的共識機制進行挖礦或驗證。例如，在某些共識機制下，礦工需要解答覆雜的數學難題。第一個解答難題的礦工可以將候選區塊添加到區塊鏈並獲得獎勵。
另一種共識機制中，驗證者通過隨機選擇的方式提出候選區塊，其他驗證者驗證其有效性。當一個區塊獲得足夠的證明時，它將從候選區塊轉變為已確認區塊。
區塊鏈的“確定性”是什麼？
確定性是指交易或操作一旦完成，就無法改變或逆轉。這意味著一旦交易被記錄在區塊鏈上，它就會永遠存在，無法被修改或刪除。
在某些區塊鏈上，交易首先被廣播到網絡並進入內存池。礦工從這個池中選擇並驗證交易，以將其包含在要添加的The Block中。雖然這個區塊中的交易被認為是已確認的，但其他礦工理論上仍然可以開採競爭區塊。
交易的確定性會隨著確認區塊數量的增加而增加。當包含這些交易的The Block附加更多區塊時，交易通常被視為“最終確定”。由於某些區塊鏈的區塊時間較短，建議進行多次確認，以達到類似的最終確定性信心水平。
什麼是“最長鏈”規則？
如前所述，多個礦工可能在相似的時間段內生成新的有效區塊，這可能會導致區塊鏈分叉。
“最長鏈”規則是指在區塊鏈中，投入最多計算工作的版本被視為有效版本，通常由包含最多區塊的最長鏈表示。這意味著較短鏈上的“有效”區塊（通常稱為孤塊或陳舊區塊）將被丟棄，其中包含的交易將被返回到內存池。
當一些區塊鏈網絡使用工作量證明時，最長鏈原則也適用。隨著網絡轉向其他共識機制，網絡可能會採用一種更新的分叉選擇算法來衡量鏈的“權重”，該權重通常由驗證者的投票和質押的資產之和來加權。
什麼原因造成區塊鏈網絡擁堵？
當提交到網絡的交易數量超過其處理能力時，就會發生網絡擁塞。
以下是區塊鏈網絡擁堵的幾個可能原因：
- 需求增加
隨著越來越多的用戶向區塊鏈提交交易，內存池中未確認交易的數量可能會超過單個區塊可容納的數量。特別是，對區塊大小和區塊時間有固有限制的區塊鏈更容易受到此影響。
價格的劇烈波動也可能導致交易量激增，從而引發交易活動的快速增加或大規模採用週期。
- 區塊尺寸較小
每個區塊鏈都有指定的區塊大小，即單個區塊的最大容量。The Block大小限制了可包含的交易數量。
例如，部分區塊鏈最初設計時區塊大小限制為 1 兆字節（MB），隨著技術進步，可能會進行升級以提高交易吞吐量，但如果交易數量超出新的限制，仍會造成網絡擁堵。
- 區塊時間緩慢
區塊時間是指區塊鏈中新區塊的添加頻率。例如，有些區塊鏈大約每10分鐘添加一個新區塊。如果在這段時間內交易數量快速增加，就會造成交易積壓。
- 網絡擁塞會帶來什麼後果？
區塊鏈網絡擁堵會導致各種負面後果，阻礙網絡的平穩運行。
- 交易費用增加
根據獎勵機制，礦工通常會優先處理費用較高的交易。因此，當網絡擁堵時，用戶通常需要支付更高的交易費來激勵礦工優先處理他們的交易。這可能會使使用區塊鏈的交易費用高於平時，尤其是在處理小額交易時。
- 延遲交易確認時間
網絡擁堵會增加交易確認和完成所需的時間。在極端情況下，交易可能需要數小時、數天甚至更長時間才能確認，這可能會讓用戶感到沮喪。
- 用戶體驗差
高昂的費用和緩慢的確認時間可能會導致糟糕的交易體驗，從而降低區塊鏈的應用範圍和可用性。
- 市場波動
網絡擁堵會加劇市場不確定性，並加劇波動性。如果大量用戶試圖出售某種加密資產，而網絡擁堵導致交易處理緩慢，則可能引發用戶恐慌，促使他們急於拋售資產。
此外，還可能產生安全風險和網絡中心化風險等其他後果。確認時間的延遲可能會增加雙重支付問題的風險，而更高的費用可能會導致計算能力的中心化。
- 網絡擁塞示例
一些區塊鏈網絡已經出現嚴重擁堵。
某個區塊鏈網絡擁堵
一度，網絡價格暴漲，引發了著名的網絡擁堵事件。當時，需求和交易活動急劇增加，導致交易確認延遲和手續費飆升，平均交易費一度超過 50 個單位。
近期，某種代幣相關的交易活動激增，導致網絡極度擁堵，待處理交易數量和手續費大幅增加，未確認交易數一度達到40萬筆，內存池面臨瓶頸，交易手續費在幾周內上漲了300%。
另一個著名的事件是，某個項目的流行導致網絡速度大幅下降。此外，去中心化金融的興起也導致網絡擁堵和 gas 成本增加。任何區塊鏈網絡都可能出現擁堵，但由於某些網絡的使用率和重要性更高，影響範圍更廣，擁堵在某些網絡上比其他網絡更為明顯。
- 緩解網絡擁塞的解決方案
解決區塊鏈網絡擁堵問題相對複雜，方法有很多，各有優缺點。
- 增加塊大小
通過增加The Block大小，每個區塊可以處理更多交易，從而有效提高網絡吞吐量。然而，更大的區塊也意味著更長的傳播時間，增加臨時分叉的風險，並需要更多的存儲空間，這可能導致更大的集中化。
- 減少阻塞時間
縮短出The Block時間可以加快網絡處理交易的速度，但也會增加孤立塊的數量，這可能會危及網絡的安全性。
- 第 2 層解決方案
鏈下解決方案在主區塊鏈之外處理交易，並在鏈上記錄其最終狀態。例如，一些網絡的閃電網絡和 Plasma 就是鏈下解決方案。這些解決方案提高了可擴展性，但實施起來很複雜，並且可能會帶來額外的安全問題。
- 分片
分片技術的工作原理是將區塊鏈劃分為多個較小的部分，讓每個部分獨立處理交易和智能合約。這種方法可以顯著提高網絡的處理能力。然而，與第 2 層解決方案類似，分片也增加了系統的複雜性，並可能帶來額外的安全風險。
此外，解決網絡擁堵的其他潛在方法包括費用調整和擴展解決方案，例如樂觀聚合和零知識聚合。人們普遍認為，某些共識機制比傳統的工作量證明機制更快。
結論
區塊鏈技術在未來有望得到更廣泛的應用，因此網絡擁塞問題將變得越來越重要。網絡高效處理大量交易的能力對於其廣泛採用和可用性至關重要，尤其是對於旨在支持實時日常交易的區塊鏈系統而言。儘管區塊鏈網絡擁塞帶來了許多挑戰，但社區正在積極開發解決方案以緩解這些問題。這就是為什麼增強區塊鏈可擴展性的研究一直在業界佔據重要地位的原因。
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