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區塊鏈 Trilemma：能否解決？

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27 Jun 2022

我們身邊的世界都關乎我們為實現某些結果而做齣的權衡。區塊鏈 Trilemma 也不例外，因此瞭解區塊鏈相關問題能否得到解決至關重要。開發人員正在投入時間和精力來解決這個問題，我們將探討區塊鏈可擴展性、安全性和去中心化如何協同工作。這三個功能是區塊鏈運作方式的基礎，越來越多地承認，您隻能從這三個功能中獲得兩個功能。這意味著每個區塊鏈必須犧牲一些東西纔能盡可能高效地運作。

什麼是區塊鏈 Trilemma？

區塊鏈 Trilemma 的概念是，去中心化、安全性和可擴展性不能全部體現在一個區塊鏈中。

區塊鏈 Trilemma 一詞由以太坊聯閤創始人 Vitalik Buterin 創造。他之所以提齣這一術語，是因為他在以太坊方麵擁有豐富經驗，以太坊是互聯網上第二大熱門加密貨幣，其問題與比特幣網絡類似。比特幣的主要問題在於，其網絡的可擴展性不及許多人想要的那樣。區塊鏈的三要素在於開發者想要的三大要素：去中心化、可擴展性和安全性，以及三大要素中的兩大要素。

區塊鏈 Trilemma 示例：比特幣的可擴展性

比特幣是一項偉大的創新，但其平台並不是最具可擴展性的平台。然而，比特幣確實是互聯網上最安全、去中心化的平台之一。在可擴展性方麵，由於其交易速度不夠理想，因此聲譽不佳。如果您試圖使用它作為貨幣，這使其不理想。與 Visa 和 Mastercard 等銀行卡處理商相比，比特幣在幾毫秒內處理交易，因此落後於交易者。盡管 Lightning Network 對這一情況進行瞭補救，但此 Layer 2 擴容解決方案卻帶來瞭相當大的問題份額。最終，任何希望用作法幣的加密貨幣都必須能夠充分擴展。

Vitalik Buterin 所說的問題在於，是否能夠在單個網絡中實現這三種功能。許多開發者認為，實現這三項功能是不可能的，這要歸結為利用當前技術來做的事情，並弄清楚如何在現實環境中進行權衡。盡管每個項目都在努力優化其網絡，但每個區塊鏈設計都會存在一些缺點。因此，開發者的關鍵在於弄清楚他們為瞭達到最佳性能而願意犧牲的每種特徵。

區塊鏈去中心化

區塊鏈去中心化是人們更喜歡加密貨幣而不是當前法幣的主要原因。當您的貨幣由個人或實體控制時，您始終會受到其支配。例如，美國政府及其對美元的壟斷。如果您被黑名單或製裁，您的美元資産可能會被凍結。您從未真正掌控過自己的貨幣。區塊鏈去中心化透過確保沒有任何個人或實體控制資産來解決這一問題。比特幣就是最著名的例子。從本質上講，沒有人會控制您對比特幣的訪問，您可以在各種情況下自由擁有和運輸您的比特幣。

不幸的是，大規模區塊鏈去中心化的一個主要問題是如何實現這一目標。一個絆腳石就是網絡管理。Visa網絡就是虛擬貨幣未去中心化的例子。透過 VisaNet 完成的每一筆交易都需要由 Visa 在全球的眾多服務器之一進行處理。Visa負責確保網絡具有彈性，始終正常運行，不會停機。

然而，正因為如此，他們控制著一切，讓您獲得短於一秒的交易時間。除此之外，與許多其他網絡相比，交易費用相對較低。因此，許多人正在走嚮一個無現金社會，這將消除攜帶實物資金的需要。

正如您所看到的，區塊鏈去中心化會對網絡的安全性和可擴展性産生負麵影響。區塊鏈去中心化至關重要，因為它需要您犧牲另一個功能，纔能獲得最佳的網絡。最終，當一個實體或個人無法控制整個網絡時，區塊鏈去中心化會更好。然而，在優先考慮區塊鏈去中心化時，會犧牲區塊鏈的可擴展性或安全性。

區塊鏈的可擴展性

不幸的是，區塊鏈可擴展性是一個重大問題，導致許多加密貨幣無法大規模使用。為瞭使區塊鏈切實可行，它需要進入一個階段，在該階段中，它受到數韆筆交易請求的影響，並能夠快速處理它們。

理想情況下，項目希望區塊鏈能夠擴展到每秒數百萬筆交易（TPS）。這是 Visa 和 MasterCard 在世界各地使用的眾多原因之一。畢竟，如果您需要等待 20 分鍾或更長時間纔能處理您的交易，沒有人會使用這些卡，如果交易行情較長，則沒有商店會希望使用該網絡，因為處理交易需要很長時間。區塊鏈的可擴展性需要內置在中，因為開發人員需要弄清楚如何將其用於特定用例，而不僅僅是每秒查看交易。

區塊鏈安全

區塊鏈安全是許多網絡在區塊鏈三角洲方麵可能會選擇放鬆的第三個功能。良好的區塊鏈安全性意味著一切都應該穩健，這樣任何人都無法接管網絡，例如，利用網絡漏洞將交易插入網絡。

維護區塊鏈安全的主要缺點是，實現區塊鏈安全需要大量的處理器能力。如果區塊鏈去中心化也生效，則可能是一個問題。當您將這一必要性與區塊鏈去中心化和可擴展性的現實相結閤時，這意味著您必須大幅擴展處理能力，纔能實現 TPS 評級的微小改善。區塊鏈開發者在構建網絡時必須平衡這些因素。他們必須弄清楚自己想要犧牲的三者中的哪一種。

隨著區塊鏈去中心化，另一個問題是共識。每個賬本的正確交易量是多少？將交易寫入區塊鏈賬本時，如何確保交易正確更新到所有節點？這需要大量的處理能力，因此瞭解如何平衡區塊鏈網絡內的其他功能。隨著區塊鏈效用的增加，區塊鏈的安全性隻會變得更加重要。安全問題的一個例子是使用智能閤約的區塊鏈。

安全性與可擴展性

區塊鏈安全的一般理念是，它能夠逆行至區塊鏈可擴展性。區塊鏈安全要求您使用額外的處理能力，以確保沒有人利用網絡。然而，主要問題在於，因此，現在處理交易的能力較低。開發者需要在處理更多交易或保持更高安全性之間做齣決定。最重要的是，網絡去中心化程度越高，達成共識所需的時間越長，因此實現理想的區塊鏈去中心化和安全性就越睏難。許多人目前正在努力弄清楚如何使這兩個概念正常運行，而不會給網絡帶來重大負麵影響。

上述安全網絡示例為 Visa。它提供瞭一個信用卡處理網絡，可提供數百萬 TPS。盡管如此，區塊鏈安全性從來都不是問題。我們幾乎從來沒有聽說過任何被利用的東西。然而，當確實發生某些事情時，通常是因為供應商做瞭一些被禁止的事情。信用卡處理公司本身從來沒有遇到過被利用的問題。

大多數區塊鏈都非常安全，對於大多數網絡來說，安全漏洞並不是一個持續存在的問題。然而，如前所述，安全性是以可擴展性為代價的。這讓許多人想到瞭如何提高安全性和交易處理能力，而不會破壞網絡的本質。

區塊鏈 Trilemma 的不同方法

Solana （SOL）

Solana 利用企業級服務器和

質押證明（PoS）系統。它依賴於同步來實現共識，利用少量服務器實現區塊鏈去中心化。然而，盡管如此，區塊鏈去中心化仍然存在問題。服務器的平均價格約為 $10，000，需要質押數韆枚代幣纔能成為處理集群的一部分，這通常僅適用於企業和個人。這阻礙瞭去中心化工作，因為 SOL 是隻有少數人能夠支持的代幣。

Polkadot （DOT）

Polkadot 提供瞭一種全新的數據可用性和有效性方案，使許多類型的區塊鏈能夠相互協作，能夠快速創建自定義區塊鏈，這意味著您可以同時實現互操作性和安全性。采用新一代 POS 框架，實現能源效率。區塊鏈的核心是Relay Chain和Parachain。此外，它還使用驗證器來確保網絡達成共識，這比 Solana 有瞭重大改進。

Cardano （ADA）

Cardano 是環境可持續發展程度最高的協議之一。它使用 Ouroboros 安全區塊鏈協議，這意味著內置瞭安全性。然而，這種安全性犧牲瞭處理速度，這意味著網絡處理交易的速度不如其他網絡快。然而，成為網絡的一部分要容易得多，因為它沒有像 Solana 這樣的網絡所需的大型處理要求。

Fantom （FTM）

Fantom聲稱已經解決瞭區塊鏈的三角問題其網絡提供瞭200多個DApp，使其成為使用最廣泛的加密貨幣代幣之一。Fantom 的 aBFT 共識協議使網絡能夠實現其速度、安全性和可靠性。Fantom 區塊鏈 Trilemma 的另一個解決方案是驗證節點，有助於將其打造為一個無信任、無領導力的系統。因此，使用 Fantom 和 FTM 在很大程度上實現瞭區塊鏈去中心化。

Avalanche （AVAX）

Avalanche網絡還有另一種成功的方法來控制區塊鏈的局限性。其區塊鏈去中心化主要透過嚮質押和運行驗證節點的用戶提供奬勵來實現。這些奬勵令人印象深刻，這意味著潛在驗證者無需投入大量代幣即可開始使用。

此外，Avalanche 的最低硬件要求令人印象深刻。隻需不到成為 Solana 網絡驗證者所需硬件價格的 1/10，即可成為硬件價格低廉的驗證者。

很明顯，成為驗證者對於區塊鏈去中心化和可擴展性都至關重要。然而，沒有多少人被激勵成為驗證者。這樣做往往過於昂貴或復雜，無法發揮作用，僅能將其優勢限製在少數

區塊鏈 Trilemma 的潛在解決方案

區塊鏈 Trilemma 有一些潛在解決方案需要獨立實施。許多開發者也在研究如何在網絡的每個部分實現區塊鏈三問法。

第 0 層

比特幣等工作證明（PoW）共識在實現區塊鏈 Trilemma 解決方案方麵錶現不佳。相反，PoW 網絡最好切換到 PoS 系統。為此，區塊鏈提高瞭可擴展性和處理速度。這一變化也使人們更容易成為網絡的一部分。憑藉良好的共識算法，網絡發展也變得更加簡單。第 0 層的基本方麵不能誇大。如果該層設計不當，則無法完成任何工作。

中繼鏈

Polkadot 的中繼鏈使多個區塊鏈網絡能夠輕鬆相互連接，因為它們可以連接到大量網絡，而不會産生區塊鏈 Trilemma 固有的缺點。Parachain 與 Polkadot 區塊鏈並行運行。他們使用 Polkadot 中繼鏈實現最大的可擴展性、安全性和治理。

第 1 層

第 1 層的主要考慮因素在於如何擴展。這意味著要調整區塊鏈的共識機製或其他方麵，以提高可擴展性。第 1 層為確保網絡以適當容量運行提供瞭基礎。如果網絡沒有可靠的 Layer 1，最終會遇到問題。

共識協議改進

在區塊鏈上達成共識的方法有很多，但完成速度越快，解決區塊鏈問題的方法就越好。主要問題是確保正確、完整地達成共識。幾種算法采用捷徑，但通常最終會到達所需位置。Solana 提供瞭曆史共識證明，確保交易按當前順序進行，並來自正確的領導者。提前選齣領導者，節省達成網絡共識的時間。

分片

分片是從數據庫世界中獲取的概念。這一創新對數據庫至關重要，因為它是跨多颱服務器擴展的眾多方式之一。否則，您需要將整個數據庫保存在一颱服務器上。區塊鏈也是如此。如果每個驗證者必須包含整個區塊鏈，則效率低下，因為即使不需要，也有一些驗證者保持相同的數據。這使得難以達成共識，因為它必須在驗證器鏈中的所有節點之間完成。

分片將區塊鏈分割開來，並在多個驗證者之間進行分割。由於所有持有特定分片的驗證者都有可能下跌，因此這是一種有風險的做事方式。在這種情況下，整個區塊鏈都將丟失。有幾種算法可以防止這種情況發生，這是改進以太坊提供分片鏈作為提高可擴展性的多種方式之一。這種方法將整個區塊鏈橫嚮分割，將負載跨多個服務器，使網絡參與和處理能力能夠以幾何方式增加。

第 2 層

第 2 層區塊鏈用於提高基礎區塊鏈的處理速度。然而，必須智能地采用這些解決方案，以實現足夠的區塊鏈處理速度。

嵌套區塊鏈

嵌套區塊鏈存在於另一個區塊鏈中。第 1 層區塊鏈將處理委托給嵌套區塊鏈，這意味著自定義處理解決方案可以相對輕鬆地創建。這是輕鬆解決區塊鏈三角洲問題的最佳方法之一。其中最大的一個例子是以太坊Plasma，它使用一個獨立的區塊鏈，錨定在主鏈上，能夠提供欺詐證明來仲裁糾紛。

狀態頻道

狀態渠道基本上已委托交易處理和容量。其節點不需要驗證，這意味著它就像一個可以滿足其需求的相鄰資源。第 1 層網絡僅要求將通道的最終狀態記錄到區塊鏈中。

側鏈

側鏈本質上是一個獨立的區塊鏈，透過使用雙嚮掛鈎連接到主區塊鏈。它提高瞭現有區塊鏈的互操作性和處理能力。例如，比特幣網絡可以使用側鏈更快速地處理交易。這是人們從比特幣中獲得更高錶現的眾多方式之一，即使從技術上講這不應該成為可能。

纍計

從本質上講，匯總會在 Layer 1 區塊鏈之外處理交易，並在達成共識後發布。這就將第 1 層錶現中的許多流程分開瞭。Zero-Knowledge Rollup （ZK-Rollup）是當前區塊鏈的數百次轉賬，並在稍後發布。它可以加速一切，因此是提高績效的最佳方式之一。