2.4　區塊鏈技術的局限性和發展趨勢

2.4.1　區塊鏈的“不可能三角”

與很多分布式系統一樣，區塊鏈技術中也存在著“不可能三角”問題，即去中心化（公平性）、可擴展性和安全性不可能同時達到最優。據Footprint Analytics數據統計，截至2022年年初，累計已收錄的公鏈數量為86條，對比2021年年初的11條，數量增長近7倍。其中，以太坊生態占據96%的市場，其生態包括DeFi、NFTs、GameFi和SocialFi中數百個新的去中心化應用（DApp）。如此龐大的以太坊生態應用及區塊鏈系統本身的特點導致了共識效率低、交易費用昂貴和惡意攻擊等一系列問題，從區塊鏈公鏈的發展可以看出，區塊鏈的“不可能三角”問題是公鏈中不可回避的問題，即無法同時滿足去中心化、可擴展性、安全性這三個目標。具體來看，這三個目標相互矛盾，滿足了其中兩個，第三個則無法滿足，主流區塊鏈比特幣、以太坊都在“不可能三角”的某個特性上做了妥協。區塊鏈的“不可能三角”如圖2-3所示。

圖2-3　區塊鏈的“不可能三角”

1.滿足去中心化和安全性則無法實現性能上的可擴展性

區塊鏈的去中心化分布式賬本在可追溯、防篡改方面具備安全優勢，而去中心化意味著擁有大量參與區塊生產和驗證的節點，共識機制則提供了分布式系統中的數據一致性同步，實現了區塊鏈的透明性，既滿足了系統的去中心化，也保障了區塊鏈系統的安全性。比特幣采用PoW共識機制，其設計目標是每10分鐘產生一個區塊，就系統每秒事務處理量（Transaction Per Second，TPS，即衡量一個區塊鏈系統性能最重要的指標之一，也稱系統吞吐量）而言，比特幣的TPS相當于每秒7筆交易。

2020年，以太坊經過硬分叉后，區塊鏈上的平均區塊時間從17.16秒縮短到12.96秒，TPS大約為每秒15筆，這是犧牲系統的執行性能實現的。此外，分布式賬本在存儲方面區塊容量有限，比特幣區塊容量大小設定的上限為1 MB。以太坊區塊容量并不固定，主要由氣體燃料（Gas）費所限定，平均大小為21 345 KB。因此，區塊鏈為提升出塊速度也犧牲了其存儲可擴展能力。由此可以看出，區塊鏈在計算性能和存儲性能方面均與中心化的系統有明顯區別，使區塊鏈不適用于高并發和高存儲的業務場景。

2.滿足可擴展性和安全性則無法實現去中心化

在區塊鏈技術的演化方面，除了以比特幣為代表的公有鏈技術，還衍生了聯盟鏈技術和私有鏈技術。聯盟鏈技術只允許預設的節點進行記賬，加入的節點需要申請和進行身份驗證，這種區塊鏈技術實質上是在確保安全和效率的基礎上進行的“部分去中心化”或“多中心化”的妥協；而私有鏈技術的區塊建立則掌握在一個實體手中，且區塊的讀取權限可以選擇性開放，它為了安全和效率已經演化成為一種“中心化”的技術。

3.滿足可擴展性和去中心化則無法實現安全性

區塊鏈去中心化即允許任何人查詢所有的匿名交易記錄，通過機器學習算法，可以分析和發現地址間的關聯關系，獲取交易記錄背后的知識，破壞數據的機密性。同時，分布式賬本為了提升區塊的驗證性能，舍去了對交易數據進行隱私保護的功能，導致區塊鏈安全性的缺失。