理解区块链的trilemma问题

三个特性的困境

在推动区块链技术的全球采用过程中，存在无法避免的挑战。这就是同时实现安全性、去中心化和可扩展性这三个基本特性的平衡之难。这被称为所谓的三难问题，指的是强化一个特性必然会削弱另一个特性的结构性矛盾。

要使区块链真正发挥作用，网络每秒能够处理的交易数量（TPS）必须大幅增加。然而，目前许多公共链在试图提高可扩展性时，往往会降低去中心化和安全性。针对这一根本性困境，整个行业正在尝试各种技术方法。

分散式网络的本质

区块链简而言之是一个分散的数字数据库。数据块按照时间顺序排列，通过加密证明相互连接。

分散化的最大优势在于消除特定企业或个人的集中管理。网络中的所有参与者都可以访问同一本账本，并能够集体验证和防止交易记录的篡改。正是因为这种分散性，比特币才实现了不需要中央银行的支付系统。

但是，由于需要大量参与者达成共识，因此处理速度比中心化系统要慢。这成为了可扩展性的限制，并且是三难困境的根源之一。

安全性保障与处理速度的权衡

区块链的安全性是通过加密技术和共识机制的结合来实现的。比特币采用的工作量证明（PoW）中，矿工通过解决复杂的数学计算来验证交易。这种计算量负担较高的机制，使得对网络的攻击成本极高，从而确保了安全性。

但是，这种安全设计将比特币的处理能力限制在约5 TPS。另一方面，以太坊的基础层也仅限于约18 TPS。保持安全性和去中心化，同时突破这些限制，将是解决三难问题的关键。

理论上，如果一个主体掌握了网络计算能力的过半数，就有可能进行51％攻击，导致双重支付等不正行为的发生。为了防止这种情况，需要足够的分散性，但分散性越高，达成共识所需的时间就越长，从而陷入降低可扩展性的恶性循环。

可扩展性的现状与挑战

像Visa这样的中心化支付系统可以处理每秒数千笔交易。这是因为在封闭的许可环境中，少数节点做出决定。

相比之下，在公共区块链中，所有验证者都需要验证交易。这种分散式验证过程是安全的，但大大限制了处理能力。如果不考虑可扩展性而增加网络的使用，拥堵和交易手续费的上涨是不可避免的。

转向权益证明（PoS）也会带来部分改善，但仍然需要全球分散节点的共识，并未根本解决问题。

解决三难问题的多方面方法

行业正在并行追求多种技术手段，其中一些实际上取得了有前景的成果。

通过分片实现负载均衡

分片技术是将区块链分割成多个独立的小区块（分片），每个小区块并行处理交易的机制。在NEAR协议的Nightshade 2.0模型中，多个并行分片动态地扩展网络，到2025年时将有8个活跃的分片运行，实现约600毫秒的交易确认时间。

采用多种共识机制

通过不同的共识设计，正在努力调整trilemma的特性平衡。在PoS中，只需质押代币就能成为验证者，因此参与门槛低，分散性提高。

权威证明（PoA）是一种通过集中可信验证者的权力来优先考虑可扩展性的技术。BNB智能链采用了结合了PoS元素和PoA元素的质押权威证明（PoSA），实现了平衡的设计。Conflux网络将工作量证明的元素与有向无环图（DAG）结构结合，尝试另一种方法。

层级2的分阶段扩展

最实用的短期解决方案是Layer 2解决方案。通过在主链上构建，而不是修改主链，将交易处理移到链外。

在卷积技术中，多个交易被压缩并作为单一证明发送到主链。像Arbitrum和Scroll这样的乐观卷积在保存所有交易细节的同时实现了高速化，而零知识卷积则通过加密证明来验证有效性。以太坊已演变为以卷积为中心的结构，从而大幅提升了DeFi生态系统的可扩展性。

状态通道是一种只在交易开始和结束时将状态记录在区块链上的机制，参与者可以在链外自由交易。比特币的闪电网络采用了这种方法，通过将大部分流程链外化并在基础层进行最终结算，实现了快速且低成本的结算。

trilemma的解决可能性与未来展望

目前，完全“解决”三难困境的区块链并不存在。然而，以太坊的卷积中心路线图和新兴的高性能模块化区块链展示了实用的路径。

这些技术创新使得在不损害安全性和去中心化的情况下提高可扩展性的目标变得越来越接近，全球范围内的应用在区块链上运行的时代即将到来。