簡介
簡單來說,區塊鏈是一個分散式的數字資料庫。資料被組織成按時間順序排列的塊,這些塊透過加密驗證相互連結和保護。這項技術正在各個行業廣泛採用,改變著我們的工作和生活方式。
這一概念的核心是,隨著安全、去中心化的區塊鏈的出現,人們可以在不依賴第三方網路或市場的情況下維持運營。然而,專家普遍認為,要實現廣泛採用,這項技術必須首先解決一個被稱為"不可能三角"的基本問題。
以太坊聯合創始人V神popularized了這個術語。理解這個概念需要了解區塊鏈的三個關鍵要素:去中心化、安全性和可擴充套件性。"不可能三角"指的是在這三個屬性之間實現最佳平衡的挑戰。加強一個屬性通常會導致另一個屬性的削弱。
本文將深入探討三角困境的三個要素,逐一進行分析。透過討論每個要素及其相互關係,我們將更好地理解不可能三角的原因及其表現形式。此外,本文還將重點介紹開發者提出的幾種解決方案。
什麼是去中心化?
從設計上來說,比特幣和其他類似的區塊鏈網路都具有去中心化的特點。這些網路的架構不由任何個人或單一組織管理,而是由所有參與者共同維護。網路對所有使用者開放,從而分散控制,而不是集中在一個實體手中。每個人都可以訪問相同的資料。如果有人試圖為非法獲利而篡改記錄,其他參與者有權拒絕錯誤的資料。
這種運營模式很複雜。以比特幣網路為例,它完全沒有第三方控制。我們可以將其與傳統金融系統中的銀行進行比較,銀行在交易雙方之間建立信任,並確保所有記錄的適當保管。相比之下,比特幣區塊鏈透過共享資料確保所有資訊在新增到數字資料庫之前都經過驗證。這創造了一個不需要第三方干預的系統。
去中心化為Web3的未來提供了可能性。當前的網際網路處於Web2階段,網站和應用程式主要由大公司控制,但內容由使用者創造。Web3代表著下一步的進化。在Web3網際網路中,個人可以透過去中心化的區塊鏈技術控制自己的資料和線上生活。
然而,需要注意的是,這些分散式系統的運作需要大量參與者就所有資料的有效性達成共識。這需要共享和處理資訊,這可能會導致交易速度變慢。因此,區塊鏈必須具有可擴充套件性,以更快地處理更多資料,這是我們在討論可擴充套件性時將進一步探討的一點。
此外,去中心化的實現還取決於確保底層區塊鏈的安全性。如果區塊鏈缺乏安全性,駭客可能會操縱資料。這引入了三角困境的第二個要素:安全性。
什麼是區塊鏈安全?
如果一個區塊鏈缺乏安全性,那麼無論它有多去中心化,它都沒有多大價值。一個強大的區塊鏈網路必須能夠抵禦惡意攻擊。集中式系統通常是封閉的,可以達到一定程度的安全性,因為控制者可以確保資料不會被篡改。但是,在一個任何人都可以參與的去中心化系統中,如何實現安全性呢?
這是一個複雜的話題。以比特幣為例,其去中心化區塊鏈的安全性得到了密碼學和一種稱為"工作量證明"(PoW)的共識機制的支援。從加密的角度來看,每個塊都有一個稱為"雜湊"的數字簽名。如果對一個塊進行任何修改,雜湊值就會改變,這將每個資料塊以不可變的方式連結起來。任何試圖改變資料的行為都會被網路中的其他參與者迅速發現。
工作量證明機制在確保加密貨幣賬本的安全性方面發揮了關鍵作用。雖然理解PoW的細節可能很複雜,但只需知道網路成員透過一個稱為"挖礦"的過程來驗證新的交易並將其新增到賬本中即可。這個過程需要大量的計算能力來解決數學問題並執行大量的雜湊計算。儘管工作量證明機制提供了安全性,但它相對較慢,這導致了可擴充套件性問題。
此外,網路中參與者(節點)越多,安全性就越高。參與者越多,駭客控制系統的可能性就越小。這與"51%攻擊"的概念有關,51%攻擊發生在一個實體(或一群駭客)控制了網路超過50%的雜湊率,從而能夠推翻共識並操縱鏈上的資料,如執行雙重支付攻擊。
總之,安全性是成功區塊鏈的基礎。如果缺乏安全性,攻擊者可以隨意破壞系統,那麼區塊鏈就失去了價值。
什麼是可擴充套件性?
可擴充套件性指的是增加區塊鏈每秒處理交易數量的能力。為了讓區塊鏈技術服務於更廣泛的社會或數十億使用者,可擴充套件性是必不可少的。然而,這仍然是許多區塊鏈正在努力解決的一個挑戰。
問題的根源在於,去中心化和安全性是區塊鏈的核心特徵,通常被優先考慮。去中心化是區塊鏈概念的基礎,而安全性是其成功的關鍵要求。
然而,當去中心化和安全性被優先考慮時,可擴充套件性就成為一個挑戰。單一鏈條的交易處理能力是有限的。例如,像Visa這樣的集中式支付系統聲稱他們可以每秒處理24,000筆交易,因為他們的網路是封閉的,不受公共節點和共識機制的約束。
根據2022年彭博社的一份報告:"截至9月,比特幣每秒最多隻能處理7筆交易,而第二大熱門的以太坊網路每秒只能處理約15筆交易。這種速度與傳統交易系統相比簡直難以置信。"
如前所述,參與者在去中心化網路中處理資訊的方式以及工作量證明機制的特性都限制了交易速度。如果更多人開始使用區塊鏈技術,交易處理能力不足可能會導致網路擁堵。
為什麼會存在不可能三角?
解決上述問題最直觀的辦法是減少參與者的數量,以加快網路確認和資料新增的速度。但這樣做會降低去中心化的程度,將控制權集中在少數人手中。參與者更少也意味著遭受攻擊的風險增加,可能會危及安全性。
因此,三角困境出現了:在區塊鏈的基本設計中,去中心化和安全性是密切相關的,這使得可擴充套件性很難實現。這三個要素之間的關係是相互制約的。那麼,如何在不犧牲去中心化和安全性的情況下推進可擴充套件性,或者同時實現這兩者呢?
解決不可能三角的方案
目前還沒有一種一刀切的解決方案。鑑於解決這一問題的重要性,社群提出了各種不同的解決方案,取得了不同程度的成功。以下是一些流行的解決方案,幫助您瞭解這個領域的最新進展。
分片
分片是指將區塊鏈或其他型別的資料庫拆分成較小的部分,以管理特定的資料段。這種方法減輕了單一鏈條處理所有網路交易的負擔。每個分片都有自己的區塊鏈和賬本,可以獨立處理交易,而一個信標鏈或主鏈管理不同分片之間的互動。因此,分片被視為Layer 1網路可擴充套件性的升級解決方案。
各種共識機制
比特幣網路三角困境的主要原因是工作量證明(PoW)機制,它確保了系統安全性但導致了較慢的速度。為了尋找替代的共識方法,以太坊從PoW過渡到了權益證明(PoS)。在PoS系統中,參與者必須質押(鎖定)他們的代幣來參與交易驗證,消除了對專門的挖礦硬體的需求。這使得增加網路驗證者的數量變得更加容易和方便。PoS只是眾多解決可擴充套件性挑戰的方法之一。
Layer 2解決方案
分片和各種共識機制被歸類為旨在改變底層網路設計的Layer 1解決方案。與此同時,一些開發者正在探索基於現有網路結構的解決方案,主張在Layer 2層面進行創新。相關示例包括側鏈和狀態通道。側鏈基本上是一個獨立的區塊鏈,與主鏈相連,允許資產在兩者之間自由流動,同時在加速和擴充套件方面遵循不同的規則。另一方面,狀態通道提供了一種從主鏈上移除交易的方法,使用智慧合約進行使用者互動,而無需在區塊鏈上釋出每一筆交易。區塊鏈只需要記錄通道的開始和結束。
結論
區塊鏈三角困境限制了區塊鏈技術實現其改變世界潛力的能力。如果一個區塊鏈網路只能每秒處理少量交易,以維持去中心化和安全性,那麼廣泛採用將是一個挑戰。然而,根據開發者提出的最新解決方案,很明顯區塊鏈網路必須繼續推進技術創新,以在未來實現資料處理能力的顯著提升。
