為什麼區塊鏈可伸縮性是問題？

了解區塊鏈可伸縮性

區塊鏈可伸縮性是指網絡能夠處理越來越多的交易的能力，而不會損害性能。隨著Bitcoin和以太坊之類的區塊鏈在受歡迎程度上增長，它們必須處理的交易量顯著上升。但是，許多區塊鏈最初並非旨在支持每秒成千上萬的交易（TPS），這會產生瓶頸。大多數分散分類帳的核心體系結構限制瞭如何驗證數據並將其添加到鏈中的速度。當發生網絡擁塞時，這種約束就會顯而易見，導致交易費用增加和更長的確認時間。

塊大小和塊時間限制

區塊鏈可伸縮性的主要技術原因之一是有問題的在於塊大小和塊時間的設計。例如，在Bitcoin中，每個塊限制為1 MB （略微增加了SEGWIT），並且大約每10分鐘生成一個新塊。這意味著網絡只能處理每個塊的有限數量的交易。如果提交的交易比適合的交易要多，他們會排隊，等待下一個可用的塊。此積壓直接影響用戶體驗。以太坊隨著較短的塊時間（約12-14秒）和動態的塊大小而有所改善，但在高峰需求期間，例如在NFT薄荷或DEFI發射期間仍然面臨擁堵。

權力下放與績效折衷

區塊鏈可伸縮性的基本挑戰是權力下放和績效之間的權衡。為了維持權力下放，區塊鏈依賴於遍布全球的大量節點來驗證和存儲交易數據。但是，增加吞吐量（例如增加塊大小或減少塊時間）可能會使單個節點更難跟上。較大的塊需要更多的帶寬和存儲空間，這可能會使較小的參與者無法運行完整的節點。這將控制權集中，因為只有資源良好的實體才能負擔基礎設施。因此，擴展的努力必須與分佈式共識的原則保持平衡。

共識機制的約束

區塊鏈使用的共識機制顯著影響其可擴展性。 Bitcoin使用的工作證明（POW）本質上很慢，因為它要求礦工解決複雜的加密難題。該過程消耗了大量的計算能力和時間，從而限制了交易吞吐量。儘管以太坊2.0實施的股份證明（POS）降低了能耗並允許更快的終結性，但它仍然面臨著在不損害安全性或分散化的情況下實現高TPS的挑戰。即使在POS系統中，驗證者也必須就引入延遲的塊進行通信並達成共識。替代共識模型，例如委派的股份證明（DPO）或拜占庭式容錯（BFT）變體試圖提高速度，但通常是以減少節點參與的代價。

第1層與第2層縮放解決方案

為了解決可伸縮性，開發人員同時引入了第1層和第2層解決方案。第1層是指直接對基本區塊鏈協議進行的更改。示例包括碎片，其中數據庫分為較小的，易於管理的零件（碎片），每個碎片都能處理自己的交易和智能合約。以太坊計劃的碎片升級旨在通過啟用並行處理來增加吞吐量。另一種方法是增加塊大小，儘管這會冒險集中。

第2層解決方案在現有區塊鏈的頂部運行。其中包括：

• 國家渠道，用戶進行多次鍊鍊交易，僅解決最終狀態的鍊鍊
• 匯總，將許多交易捆綁在鏈上，並向主鏈發布加密證明
• Sidechains ，通過雙向橋連接到主鏈的獨立區塊鏈

樂觀的滾動和ZK滾動是突出的例子，ZK滾動通過零知識證明提供更快的結局。這些解決方案大大減少了鏈負荷，在繼承基礎區塊鏈的安全性的同時，可以實現更高的吞吐量。

網絡擁塞和用戶體驗

當區塊鏈無法有效擴展時，用戶將面臨實際後果。在高需求期間，例如2017年以太坊的加密速度或NFT大量下降的速度都會導致交易費用（汽油費）引起了峰值。通常花費幾美元可能會升至數十億美元甚至數百美元。這使小型交易在經濟上是不可行的，並勸阻日常使用。此外，交易確認延遲可能會持續幾分鐘甚至數小時，從而破壞了區塊鏈對時間敏感應用程序（例如付款或遊戲）的效用。這些可用性問題阻礙了主流採用並暴露了當前基礎設施的局限性。

擴展嘗試的安全含義

擴展區塊鏈的努力可以引入新的安全風險。例如，減少塊時間過多可能會增加孤立區塊的速率（由於首先接受了另一個塊而被丟棄的有效塊），從而削弱了網絡穩定性。碎片雖然有前途，但在跨碎片通信中引入了複雜性，並增加了攻擊表面。如果一個碎片被妥協，則可能會影響整個網絡。同樣，第2層解決方案依賴於主鏈來實現最終鏈，但是如果層之間的橋樑設計不佳，它將成為單個故障點。幾個備受矚目的黑客攻擊已經針對跨鏈橋，導致數億美元的損失。

常見問題

可伸縮性是指區塊鏈隨著時間的推移增長和處理需求增加的能力，而吞吐量衡量了每秒處理的實際交易數量。網絡在低負載下可能具有較高的吞吐量，但是如果使用情況不斷增長，則無法保持性能，則缺乏可擴展性。

增加塊大小可以永久解決可伸縮性嗎？否。雖然較大的塊允許每個塊更多的交易，但它們也增加了存儲和帶寬的需求。這可能會導致集中化，因為只有強大的實體才能運行完整的節點，從而破壞區塊鏈的分散性質。

為什麼所有區塊鏈不能使用匯總進行縮放？滾動需要智能合同功能和安全的基礎層來發布證明。腳本功能有限的Bitcoin之類的區塊鏈不能在沒有重大協議升級的情況下本地支持複雜的匯總系統。

碎片和滾動的方法有何不同？碎片將區塊鏈分為平行鏈（碎片），這些鏈（碎片）獨立處理交易，從而增強了鏈上的能力。匯總處理鏈離鏈的交易並將壓縮數據提交給主鏈，從而減少了鏈負荷而不改變基本結構。