關鍵要點
區塊鏈三難困境說明了在區塊鏈網路中平衡安全性、去中心化和可擴展性的挑戰。
改善一種屬性往往會以犧牲另一種或兩種屬性為代價。
不同的區塊鏈採用諸如替代共識機制、第 2 層解決方案和分片等各種技術方法解決三難困境。
儘管還沒有任何區塊鏈已完全「解決」三難困境，但業界仍持續創新，朝著更平衡的設計邁進。
前言
由於區塊鏈每秒處理的交易數量有限，許多人認為，為了讓這項技術在全球普及，它應該要能夠以更快的速度處理更多資料。這樣才能讓更多人使用區塊鏈網路，而不會使網路變慢或昂貴。
然而，許多去中心化網路的基礎設計意味著，增加可擴展性往往會削弱去中心化或安全性。這就是所謂的區塊鏈三難困境。開發人員正在探索各種解決方案，例如新的共識機制、分片和第 2 層網路。
區塊鏈三難困境
簡而言之，區塊鏈是分散式數位資料庫。資料區塊按時間順序組織。這些區塊透過加密證明連結和保護。這項技術在不同產業的應用已經改變了我們的工作和生活方式。
其理念是，去中心化的安全區塊鏈能讓網路或市場不需依賴第三方就能運作。然而，專家們普遍認為，如果要更讓這項技術更加普及，就必須解決區塊鏈三難困境。
區塊鏈三難困境由以太坊共同創辦人 Vitalik Buterin 提出，是指區塊鏈很難同時達到三種屬性的最佳水準。強化其中一種屬性往往意味著犧牲另一種或兩種屬性。
去中心化
區塊鏈網路是去中心化設計，意味著沒有單一的個人、公司或組織能夠控制它們。這個網路對任何想要參與的人開放，而控制權則分散到所有參與者。每個人都可以存取同一個分類帳，如果參與者試圖透過變更對他們有利的記錄欺騙系統，網路中的其他參與者可以驗證並拒絕這些欺詐資料。
想想比特幣與傳統銀行體系之間的差異。銀行在交易者之間建立信任，並確保所有記錄都正確保存。然而，比特幣區塊鏈會將所有資料與網路上的每個人共享，以便在新增至資料庫之前進行檢查和確認。結果是使系統不需要第三方也能存在。
去中心化可為所謂的 Web3 提供可能性。Web2 構成了現今網際網路的絕大部分，其中網站和應用程式由公司控制，而 Web3 則讓使用者可以掌控自己的資料和身分。
然而，去中心化伴隨著取捨。由於每筆交易必須由多名使用者達成共識，因此處理速度通常會比中心化系統慢。這使得可擴展性 (每秒交易次數 (TPS) 的處理能力) 成為去中心化網路的關鍵挑戰。
區塊鏈安全
安全性對於任何區塊鏈都至關重要，因為沒有安全性，攻擊者就可能破壞網路並更改交易歷史。無論系統是中心化還是去中心化，安全性都無法保證。中心化系統可以受益於更緊密的控制和更快的決策，但它們也存在單點故障的風險，並且重度依賴其安全團隊的品質。
在去中心化系統中，安全性必須在不依賴中央機構的情況下達成。例如，比特幣結合使用密碼學和稱為工作量證明 (PoW) 的共識機制。每個資料區塊都透過唯一的數位簽章 (雜湊) 與前一個區塊連結，從而可以立即偵測到任何篡改。
工作量證明 (PoW) 透過要求稱為礦工的網路參與者在驗證交易之前進行大量的雜湊計算以解決複雜的數學難題，從而增加另一層保護。這使得攻擊變得昂貴且難以執行。由於比特幣挖礦是資源密集型的設計，因此它比其他一些方法速度更慢。
還要注意的是，網路中的參與者 (節點) 越多，安全性就越高。網路越大，不肖分子就越難控制系統。
理論上，如果某個人或團體設法控制超過一半的網路算力，他們可能會執行所謂的 51% 攻擊，因而可能會造成雙重支付等漏洞。
區塊鏈可擴展性
可擴展性是指區塊鏈處理不斷增加的每秒交易次數 (TPS) 的能力。為了讓區塊鏈技術支援主流採用並服務潛在的數十億使用者，它必須快速、便宜且可靠地處理交易。在實務中，可擴展性常常被置於去中心化和安全性之後，而這兩者則是區塊鏈設計的兩項基礎原則。
例如，像 Visa 這樣的中心化支付系統因為在封閉的已授權環境中運作，據稱每秒交易次數 (TPS) 可達數千筆。它們不需要來自數千個獨立節點的全球共識，因此使它們幾乎可以立即處理交易。
相比之下，公鏈必須透過多個獨立驗證人處理每筆交易。這種分散式驗證會減緩效能：比特幣基礎層的 TPS 平均約為 5 ，而以太坊的 TPS 則約為 18。
即使權益證明 (PoS) 共識在某些網路中取代了工作量證明 (PoW)，但對全球共識的需求仍然構成限制。如果沒有有效的可擴展性解決方案，使用量的激增可能會導致網路壅塞、交易速度變慢以及手續費上升。
解決區塊鏈三難困境
區塊鏈三難困境最明顯且最基本的解決方案是減少網路驗證人 (節點) 的數量，以換取更大的擴展性和速度。但這樣做會削弱去中心化，使控制權落入少數參與者手中。這也可能會削弱安全性，因為參與者越少，受到攻擊的機會就越高。
所以三難困境在於：去中心化和安全性密切相關，而區塊鏈的建構方式使得在不削弱其中之一或兩者的情況下很難改善可擴展性。最大的問題是如何使區塊鏈的速度更快，而又不犧牲區塊鏈最初值得信賴的特質。
持續發展
解決三難困境並沒有一種黃金解決方案。然而，開發人員和研究人員已經探索了多種方法，其中有許多方法顯示出令人鼓舞的結果。一些最值得注意的發展包括：
1. 分片
分片將區塊鏈分割成更小的部分或分片，每個分片都有自己的分類帳和獨立處理交易的能力。主鏈會協調分片之間的互動，減少單一鏈的負載並提高可擴展性。
例如，NEAR 協定使用稱為 Nightshade 2.0 的分片模型，透過將網路分割成多個平行分片進行動態擴展。截至 2025 年 8 月，該網路運作 8 個活躍的分片，並且可以在約 600 毫秒內達到交易最終性。
2. 不同的共識機制
比特幣網路存在三難困境的原因之一是由於 PoW 確保安全的運作方式。尋求不同的方式確保共識，是解決三難困境的一種方法。
在 PoS 區塊鏈中，參與驗證交易的參與者必須質押 (鎖定) 他們的代幣。不需要高度專業化的採礦機。在網路新增更多驗證人更簡單、更容易達成。PoS 只是其中一種考慮到可擴展性的共識機制。
另一種方法是權威證明 (PoA)，它使用驗證人身分而不是質押代幣以保護網路。PoA 系統會預先核准有限數量的可信參與者進行驗證交易並創建區塊。這種做法能提高可擴展性，但會降低去中心化。
一些區塊鏈網路使用混合模型平衡利弊。例如，BNB 智能鏈使用權益權威證明 (PoSA)，使驗證人質押 BNB 參與區塊生產，從而達到約三秒的出塊時間。Conflux 網路則結合 PoW 元素和有向無環圖 (DAG) 結構，以提高流通量，同時保留 PoW 的安全特性。
3. 第 2 層解決方案
解決三難困境的另一種方法是在現有區塊鏈上建構，而不是改變其基礎層。第 2 層解決方案會在主鏈之外處理交易，然後將結果結算回主鏈。這樣可以減少壅塞、降低手續費，並維持基礎層的安全性。
匯總將多筆交易在鏈下整合，並將單一壓縮證明提交給主鏈進行驗證。Arbitrum 等樂觀匯總會假設交易在未被質疑前都是有效的，而 Scroll 等零知識 (ZK) 匯總 則會使用加密證明確認有效性，而無需顯示所有詳細資訊。以太坊變得越來越以匯總為中心，其大部分去中心化金融 (DeFi)、遊戲和 NFT 活動都在第 2 層上進行，以提高速度並降低成本。
狀態管道可讓參與者在鏈下進行交易，只有開啟和關閉的狀態會記錄在區塊鏈上。比特幣閃電網路就是著名的例子，它利用狀態管道將大多數活動保持在鏈下，同時依賴比特幣基礎層進行最終結算，從而提供快速且低成本的交易。
總結
區塊鏈三難困境仍是阻礙該技術充分發揮其潛力的重大挑戰。然而，以太坊以匯總為中心的藍圖以及高效能模組化區塊鏈的興起等持續努力，展現出前景看好的未來。這些創新旨在提升可擴展性，而不會損害安全性或去中心化，使整個產業更接近區塊鏈能夠支援全球規模應用的未來。
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