扩展性、安全性、去中心化。这三个关键特性构成了所谓的“区块链三难困境”，指的是在区块链技术中平衡这三者的挑战。
一方面，区块链需要具备扩展性——即能够处理高交易量和吞吐量，才能支持广泛的应用。
另一方面，它们还必须保持安全性和去中心化。后两者提供了不可篡改的信任和抗审查性等独特优势。然而，重点突出其中某一个特性，往往会削弱其他特性。
例如，通过集中验证的方式来提高交易速度，会削弱去中心化。那么，如何在保持安全性和去中心化的同时提高扩展性？这个长期存在的问题就是所谓的区块链三难困境。
在本文中，我们将介绍区块链三难困境的含义及其功能。
让我们继续看下去吧！
什么是区块链三难困境？
区块链三难困境的核心是，在分布式账本系统中同时实现以下三个主要属性的困难：
扩展性：支持增加的交易量和吞吐量的能力。包括每秒交易数（TPS）、区块大小和带宽等参数。
安全性：通过加密和共识规则来抵抗黑客攻击和账本数据的篡改，使篡改数据的难度极高。
去中心化：通过分布在多个位置和实体的节点来进行分散控制和验证，而不是依赖于中央权威。
情况：
随着比特币逐渐进入主流，其每秒7笔交易的限制难以满足用户需求。简单地增加区块大小可以处理更多交易，但可能使验证的控制权集中在少数大矿工手中。
另一种方案是使用像Lightning这样的二层网络来扩展，同时保留去中心化，但这种额外的复杂性会在一定程度上降低安全性。比特币目前面临着三者之间的权衡——处理高交易量的能力、去中心化控制以及强大的安全防御之间的权衡。
提高某一方面似乎总会影响到另外一个方面，这正是实现扩展性、安全性和去中心化的三难困境。大多数区块链在追求大规模应用时都会面临这种内在的紧张关系。
区块链面临的扩展性挑战
区块链平台面临的主要障碍之一是扩展性问题——即在采用广泛传播的情况下支持激增的交易量和数据的能力。今天的公有区块链处理的交易量与主流支付处理器（如Visa）相比还远远不够。
例如，比特币的最大交易处理能力是7笔每秒（TPS），以太坊大约为15 TPS，而Visa的平均TPS是1700，峰值可以达到56000 TPS。区块链的当前能力与实现全球普及所需的吞吐量之间存在巨大差距。
这种有限的容量会导致网络拥堵和费用上涨——过去在比特币和以太坊上已经出现过这种情况。用户为了争夺有限的区块链空间展开激烈竞争。没有有效的扩展性解决方案，进一步的采用可能会停滞不前。
可能的扩展性解决方案
- 分片：分片技术将交易分割成更小的数据集（称为“分片”），这些分片可以由网络并行处理，允许同时处理多个交易。这种方法提高了容量，因为节点可以在分片层级达成共识，而不是在整个区块链上。
- 二层协议：将交易处理移到链外，然后将净结果批量结算到主区块链。通过将活动移出主链，像Lightning Network这样的“二层”网络大大缓解了拥堵问题。Lightning Network就是比特币和以太坊的一个二层解决方案。
维护安全性
强大的安全性是区块链吸引力的基础支柱之一。这些分布式账本的设计目的是在交易方之间提供无需中介的信任，而这种信任是不可篡改的。这需要模型来强烈抑制黑客攻击或数据篡改。
共识协议在巩固安全性方面发挥着关键作用。比特币使用的工作量证明（PoW）要求矿工消耗计算资源来验证交易和创建新区块。攻击网络需要获得超过50%的计算能力，这在经济上是不可行的。
与此同时，权益证明（PoS）要求验证者质押加密货币作为抵押来验证交易，如果他们不诚实，会被削减质押的币。通过加密和处罚机制来确保区块链网络的安全性，使得全球的点对点交易成为可能。
然而，随着威胁的不断演变，区块链必须不断提高安全性，通过改进加密、增强的共识规则以及硬件钱包等机制来应对新的攻击手段。用户增长还要求在扩展性需求的同时保持安全性。
保持去中心化
去中心化是区块链哲学中的核心理念之一，消除了中央控制点。分布在全球数千个节点上的运行方式使得审查和操控变得更加困难，而不是像集中式系统那样容易受攻击。
通过公开分布式账本而不是私密的数据库来强制执行透明度，这进一步提升了去中心化的吸引力。
然而，许多围绕三难困境的技术捷径往往逐渐将权力集中在少数验证者和开发者手中。例如，采用基于KYC的许可机制重新引入了守门人，并将共识参与权转向了拥有大量资产的利益相关者，这与去中心化的初衷相悖。
这种权力的集中威胁到了在交易验证和应用开发生态系统中的抗审查性。
因此，区块链行业必须警惕那些可能无意中削弱开放参与和分布式权威的架构选择。一旦网络倾向于由个人或小团体集中治理，去中心化的优势就会被削弱。
总体来说，保持区块链的核心特性——安全性和去中心化——需要在扩展性需求与这些支柱之间进行重大权衡。但如果过度牺牲这些支柱，可能会稀释区块链技术的独特变革潜力。
案例研究
通过考察比特币和以太坊——这两个最大的区块链网络——可以更好地理解它们在扩展性、安全性和去中心化方面做出的独特权衡。
比特币首先优先考虑的是安全性和去中心化。其工作量证明挖矿确保了广泛的参与和对抗篡改的弹性，甚至能够抵御国家行为体的攻击。然而，其共识模型目前将比特币的速度限制在每秒10笔交易以下。而较小的平均区块大小（1MB）进一步限制了容量，并通过让矿工主导验证过程来维持去中心化。
以太坊在三者之间采取了稍微更加平衡的方式。转向权益证明提高了扩展性的机会，同时仍然允许分布式的验证参与。以太坊的吞吐量大约是每秒15笔交易，这也得益于比比特币更快的区块生成时间。此外，以太坊在其智能合约生态系统中更强调开发的去中心化。
然而，以太坊的扩展性仍然远远落后于传统支付处理器。随着其采用的增长，也显现了交易速度和费用之间的权衡。而质押验证者的认证状态也可能逐渐集中控制权，与比特币完全无许可的矿工参与形成对比。
总体而言，这两个网络历史上更倾向于优先考虑安全性和去中心化，而不是追求纯粹的扩展性数字。但它们的代表性权衡也表明，如何在三难困境中找到理想的平衡仍然是一个难题。
一个平台在增强任意一个特性时，似乎总会相应地牺牲至少另一个特性。随着基础平台的成熟，如何管理三难困境中的这些内在张力，可能会决定哪些平台能够脱颖而出并取得成功。
可能的解决方案
区块链领域正在积极探索创新方法，试图实现完全去中心化的平台，同时确保坚如磐石的安全性，并能够处理庞大的交易量。以下是一些正在浮现的选项：
有向无环图（DAG）基于DAG的去中心化账本，如Hedera Hashgraph，通过八卦协议和异步通信将验证分散在网络参与者之间。通过用DAG数据结构取代区块，它们寻求在不影响去中心化的情况下，实现与支付处理器相媲美的速度。
平方分片：这种分片技术通过将节点随机分配到分片并同时处理交易，承诺随着网络扩展实现准线性的扩展性增长。如果分片的安全漏洞得到解决，这种方法将极大地提高交易处理能力。
混合模型：在底层保留无许可的去中心化，同时在上层使用许可区块链的计算扩展性，可能会平衡两者。这允许高价值交易保持安全性和去中心化，而灵活的需求可以通过扩展来满足。
结论
随着区块链平台的扩展和竞争加剧，那些在三难困境中找到最佳解决方案，同时确保用户安全和保持去中心化的平台，将获得显著的竞争优势。
然而，如果主流平台在去中心化和安全性上妥协，可能会失去区块链的独特性，尤其是与传统金融相比。
因此，三难困境对区块链技术的持续渗透有着深远的影响。它在加密世界的技术演进中起着非正式的衡量标准作用。
平台应尽量减少权衡，并逐步接近扩展性、安全性和去中心化这三个维度的理想平衡。实现这一点将释放区块链技术的真正颠覆性潜力，使其在全球范围内得到广泛应用。
