什么是区块链的吞吐量以及如何测量它？

了解区块链吞吐量

1. 区块链吞吐量是指区块链网络在特定时间范围内可以处理的交易数量，通常以每秒测量。该指标对于评估去中心化系统的可扩展性和效率至关重要。高吞吐量使网络能够支持更广泛的应用，特别是在去中心化金融（DeFi）和不可替代代币（NFT）等领域，快速交易结算至关重要。

2. 吞吐量的衡量受到区块大小、区块间隔、共识机制等多种技术因素的影响。例如，由于其 1MB 区块大小限制和 10 分钟区块时间，Bitcoin 平均每秒约 7 笔交易 (TPS)。相比之下，Solana 等网络声称通过结合使用历史证明和优化的网络架构，可以处理超过 65,000 TPS。

3. 吞吐量不仅取决于原始速度，还取决于最终性——交易变得不可逆转的速度。如果确认时间过长，高 TPS 和低最终性仍可能导致较差的用户体验。因此，系统必须平衡交易量与安全性和去中心化。

4. 第 2 层解决方案，例如 Bitcoin 的闪电网络或以太坊的 Optimistic Rollups，旨在在不修改基础层的情况下提高有效吞吐量。这些链下协议批量处理多个交易，然后在链上进行结算，从而减少拥塞并提高整体网络性能。

5. 实际吞吐量通常与理论最大值不同。网络拥塞、节点分布、交易复杂度都会影响实际性能。监控工具和区块链浏览器提供每秒已确认交易的实时数据，从而提供当前网络容量的透明度。

影响吞吐量性能的因素

1. 共识算法在确定区块创建和验证速度方面发挥着关键作用。像 Bitcoin 这样的工作量证明 (PoW) 链优先考虑安全性和去中心化而不是速度，从而导致吞吐量较低。股权证明（PoS）或委托股权证明（DPoS）等替代方案可以通过减少计算开销来加快区块生产速度。

2. 区块大小和频率直接影响交易容量。较大的区块可以包含更多的交易，但它们需要更多的带宽和存储，可能会损害去中心化。网络必须找到平衡点，在提高吞吐量的同时保持节点可访问性。

3. 交易数据大小影响单个块中可容纳的操作数量。智能合约交互，特别是在以太坊上，通常比简单的代币传输涉及更大的有效负载，从而减少了每个块的交易总数。

4. 网络传播延迟（新开采的区块到达所有节点所需的时间）可能会产生临时分叉和浪费计算，从而降低有效吞吐量。高效的对等网络和压缩技术有助于缓解此问题。

5.去中心化、安全性和可扩展性之间的设计权衡（即所谓的“区块链三难困境”）意味着提高吞吐量通常是以牺牲一个或两个其他属性为代价的。以高吞吐量为目标的系统必须仔细评估这些妥协。

比较主要区块链的吞吐量

1. 以太坊在过渡到 PoS 后，在最佳条件下将其吞吐量从约 15 TPS 提高到潜在的 30-50 TPS。然而，需求经常超过供应，导致使用高峰期的 Gas 费用很高。

2. 币安智能链（BSC）通过使用较小的验证节点集和较短的区块间隔，实现了大约 100-150 TPS，优先考虑速度和成本效率而不是完全去中心化。

3. Cardano 采用分层架构和 Ouroboros PoS 来维持适度的吞吐量（约 250 TPS），同时强调形式验证和长期可持续性。

4. Avalanche 使用新颖的共识协议，可实现亚秒级最终确定，并在其主链上支持高达 4,500 TPS，这使其对高频应用程序具有吸引力。

5. Polygon 的侧链解决方案和 zkEVM rollups 在测试环境中展示了超过 2,000 TPS 的吞吐量，展示了混合架构如何在不牺牲以太坊安全模型的情况下显着增强可扩展性。

常见问题解答

事务最终性与吞吐量有何关系？交易最终性决定了交易何时被视为不可逆转。更快的最终确定可以提高感知吞吐量，因为即使 TPS 保持不变，用户也不需要等待很长时间才能确认。尽管 TPS 适中，但使用 Tendermint 等即时最终确定机制的链仍能实现更高的可用性。

区块链吞吐量能否在不硬分叉的情况下升级？是的，某些升级可以通过软分叉或链下改进进行。 Bitcoin 上的隔离见证 (SegWit) 通过重新组织交易数据而无需硬分叉，从而提高了有效吞吐量。同样，第 2 层网络的运行独立于基础层的更改。

为什么一些高通量区块链面临批评？许多高性能链依赖有限数量的验证器或集中式基础设施来实现速度。这引发了人们对审查制度的抵制和长期弹性的担忧。批评者认为，此类模型偏离了区块链的核心原则，以去中心化换取性能。

吞吐量是区块链性能的唯一衡量标准吗？不会。虽然吞吐量很重要，但其他指标（例如延迟、每笔交易成本、能源消耗和开发人员活动）也反映了网络的有效性。平衡的评估会考虑各个方面，而不是只关注TPS。