摘要

區塊鏈每秒處理的交易數量是有限的。例如，比特幣網路每秒可以處理約七筆交易。區塊鏈技術獲得普遍採用之後，資料處理能力、速度將大幅提升，使用人數增加也不會讓網路變慢或費用高漲。然而，眾多去中心化網路的基本設計原則著重於提升可擴展性，往往會弱化去中心化或安全性。這正是所謂的「區塊鏈三元悖論」。開發人員正在嘗試不同的共識機制，以及分片、側鏈和狀態通道等可擴展性解決方案，希望能解決此問題。

導語

簡言之，區塊鏈即為分散式數位化資料庫。數據區塊按時間順序進行組織。各區塊透過加密證明連接起來，並獲得安全保護。這項技術在各行業得以實施，已在改變我們的工作和生活方式。

這種概念是指，安全的去中心化區塊鏈問世之後，人們無需依賴第三方網路或市場，即可維持世界運轉。但是，專家普遍認為該項技術要大規模普及的話，首先要解決一個核心問題，即備受討論的「區塊鏈三元悖論」問題。

以太坊共同創辦人Vitalik Buterin讓這個名詞變得廣為人知。要理解這個概念，需要先知道區塊鏈中的三大要素：去中心化、安全性和可擴展性。 「區塊鏈三元悖論」概念指的是區塊鏈難以讓這三大屬性同時達到最佳水準。一項屬性增強通常會導致另一項屬性削弱。

本文將研究三元悖論中的三大要素，並逐一詳解。深入討論每項要素及其相互結合的關係，將有助於加深我們對區塊鏈三元悖論存在方式和原因的理解。本文也將重點介紹開發人員建議的幾種解決方案。

什麼是去中心化？

根據設計，比特幣與其他類似的區塊鍊網路都具有去中心化性質。這類網路的整體架構不由個人或單一組織管理，而是去中心化的。網路層面開放給所有參與者。因此，控制權完全分散，而非掌控在單一實體手中。人人都能獲得相同的數據。如有人依自己的意願竄改記錄，試圖在系統中作弊，其他參與者則可駁回錯誤的數據。

這樣操作的技術性較強，讓我們以比特幣網路為例，其中就不涉及第三方控制。我們將此與金融體系中對銀行的依賴進行比較。銀行增強交易雙方之間的信任，並確保正確保存所有記錄。但是，比特幣區塊鏈則與網路中的所有人共享數據，以確保數據在添加到數位化資料庫之前得以核實確認。由此誕生了無需第三方介入的系統。

去中心化為所謂的Web3提供了可能。我們目前的網際網路處於Web2階段。 Web2中的網站和應用程式全由各大公司控制，但由使用者創作內容。 Web3則是下一步發展趨勢。在Web3網路中，人們藉助去中心化區塊鏈技術自行掌控數據和線上生活。

但是，需要注意的一點是，這些分散式系統的運作方式需要大量參與者對所有資料的有效性達成一致，這樣需要資訊進行共享和處理，因此會導致交易時間變慢。所以，區塊鏈需要擴展，也就是能以更快的速度處理更多數據。我們會在討論到可擴展性時繼續講解。

此外，要實現去中心化，必須先保障底層區塊鏈的安全性。如果區塊鏈缺乏安全性，不法分子將有機可趁，肆意篡改數據。這就引申到三元悖論的第二部分：安全性。

什麼是區塊鏈安全性？

如果缺乏安全性，區塊鏈的去中心化程度再高也無濟於事。穩健的區塊鏈網路必須能抵抗惡意實體的攻擊。中心化系統是封閉的，因而能保障安全性。控制人可以保證資料不受干擾。但是，在人人都可參與的去中心化系統中，又如何實現安全性呢？

這是個複雜的話題。讓我們說回比特幣，以其去中心化區塊鏈安全性為例。比特幣區塊鏈結合採用密碼學與稱為「工作量證明(PoW)」的網路共識機制。從密碼學角度來看，各個區塊都有一種數位簽名，或稱為「雜湊值」。任意修改都會改變區塊的雜湊值，因此每個資料區塊都以無法篡改的方式連接。任何改變數據的嘗試都會被網路的其餘部分迅速識別出來。

工作量證明共識機制也在其中發揮作用，即有效保障加密貨幣帳本的安全。理解工作量證明本身就需要大費周章，但出於本文的講解目的，只需記住，網路成員僅能驗證新交易，並將交易透過「挖礦」活動添加至帳本中。這牽涉到用算力來解決數學難題。計算過程中需要這些計算機執行大量的雜湊運算函數。工作量證明機制雖然安全，但是相對較慢，這就引出了可擴充性問題。

另請注意，網路中參與者（節點）越多，網路就越安全。參與者人數越多，不法分子就越難有機會掌控系統。這就涉及到所謂的「51%攻擊」。這個概念的大致意思是，如果單一實體（或一群不法分子）控制了區塊鏈全網超過50%的哈希率，他們就能肆意推翻共識，並篡改鏈上數據，例如雙花問題代幣。 

簡言之，安全性是區塊鏈成功的根基。安全性缺失，攻擊者隨意掌控，區塊鏈就毫無價值可言。

什麼是可擴展性？

可擴展性是指建構區塊鏈以此提升每秒交易速度的目標。區塊鏈技術若要服務更廣泛的社會，或數十億用戶，擴展勢在必行。但是，這正是眾多區塊鏈仍在苦苦掙扎的難題。 

原因在於，去中心化和安全性是區塊鏈的根本性問題，因此總是獲得優先關注。去中心化是區塊鏈理念和目標的核心。大多數的知名區塊鏈都堅守這項核心。如前文所述，安全性是區塊鏈成功與否、價值所在的核心要求。

但是，優先考慮去中心化和安全性，可擴展性就成為了一項難題。單鏈處理交易的數量嚴重受限。諸如Visa這樣的中心化支付系統聲稱每秒能處理2.4萬筆交易，原因是網路封閉，不受公共節點和共識等影響。讓我們來比較一下各種知名的區塊鏈。

根據彭博社2022年報導：「截至9月，比特幣每秒難以處理超過7筆交易，而第二大受歡迎的以太坊網路每秒交易量限制在15筆左右。與傳統交易平台對比，這簡直慢得讓人懷疑人生。」

如前所述，由於去中心化網路中參與者處理資訊的必要方式，以及工作量證明共識機製本身的性質，導致這些區塊鏈的交易速度受限。如果社會上開始使用區塊鏈技術的人日益增多，網路的交易處理能力受限將導致網路擁塞。

為何會有區塊鏈三元悖論

針對上述問題最顯而易見的基本解決方案是減少確認和添加網路數據的參與者數量，以此來擴展網路和加速。但是，這樣做會降低去中心化，將控制權交給少數參與者。參與者變少就意味著受到攻擊的幾率增加，也會導致安全性減弱。

三元悖論由此形成：在區塊鏈運作原理的基本設計中，去中心化與安全性這兩項必要屬性緊密相連，導致可擴展性難以實現。三者處於此消彼長的狀態。如何在不損及去中心化、安全性或二者兼得的情況下，推進可擴展性呢？

解決區塊鏈三元悖論

對於三元悖論而言，沒有萬能的解決方案。鑑於解決問題的重要性，社區提出了各種不同的方案，結果相當有成效。讓我們概述其中的熱門動態，讓大家對該領域的最新進展有所了解。

1.分片

這是將區塊鏈或其他類型的資料庫拆分為較小分區的區塊鏈，對特定資料段進行管理的方式。這種設定減輕了單鏈處理所有網路交易和互動的壓力。每個分區的區塊鏈稱為“分片”，並自有特定的帳本。這些分片之後即可自行處理交易，但由信標鍊或主鏈管理分片之間的交互作用。這對區塊鏈主網做出了改變，因此，分片成為了Layer 1網路可擴展性的升級。

2.各種共識機制

比特幣網路中存在三元悖論的一大原因是工作量證明確保安全性的運作方式。要實現系統安全，礦工、加密貨幣演算法和龐大的去中心化算力缺一不可，但也導致系統緩慢。尋求其他方法來確保共識也是解決三元悖論的一種途徑。這正是以太坊從工作量證明轉向權益證明(PoS)的一大原因。

在權益證明區塊鏈中，參與者須質押（鎖定）自己的代幣，才能參與交易驗證，但無需高度專業化的礦機。在網路中新增更多的驗證者則更簡單方便。權益證明共識機制僅只是針對解決可擴展性的眾多方法之一。

3.Layer-2解

分片和各種共識機制都是所謂的Layer-1解決方案，旨在改變底層網路的基本設計。但是，其他開發人員則研究在現有網路結構上建立解決方案，試圖解決三元悖論問題。換言之，他們認為解決方案在於二層網絡，或稱為「Layer 2」。相關範例包括側鍊和狀態通道。

側鏈本質上就是連接至主鏈的獨立區塊鏈。透過這種設定方式，資產可在兩個鏈之間自由流動。重要的是，側鏈可以在不同的規則下運行，實現加速和擴展。同樣，狀態通道是將交易從主鏈移除，緩解Layer 1的另一種方式。狀態通道沒用單獨的鏈，而是採用智慧合約，讓用戶無需在區塊鏈發布交易即可相互互動。區塊鏈只需記錄通道的起始和結束。

總結

區塊鏈三元悖論阻礙了區塊鏈技術助推改變世界的潛力。如果區塊鏈網路每秒只能處理少量交易來保持去中心化和安全性，那麼將難以達成大規模普及。然而，從開發人員意圖解決該問題提出的最新解決方案來看，區塊鏈網路只有持續推進當下的技術進展，才有望在未來實現數據處理能力的飛躍。