权益证明、分片、状态通道、侧链：整个子行业的出现是为了解决区块链三角困境并优化主流网络。

区块链三角困境指的是人们普遍认为去中心化网络在任何给定时间只能提供去中心化、安全性和可扩展性这三个好处中的两个。我们解释了去中心化生态系统中的持续创新如何催生了各种各样的 Layer-1 和 Layer-2 解决方案，旨在一劳永逸地解决这个三角困境。

什么是区块链三角困境？

虽然区块链技术已在从金融到艺术的许多行业中证明了其卓越的实用性，但逐个比较时，其基本结构面临着独特的挑战。20 世纪 80 年代初，计算机科学家开发了所谓的 CAP 定理来表达这些挑战中可能最大的挑战。根据CAP定理，去中心化数据存储（区块链是其中的迭代）一次只能提供三个保证中的两个：一致性、可用性和分区容错性（CAP）。在现代分布式网络的背景下，这个定理已经演变成区块链三角困境，即公共区块链必须牺牲安全性、去中心化或可扩展性的普遍信念。

如今，大多数公共区块链网络都使用所谓的权益证明（PoS）流程，而公共区块链网络主导工作量证明（PoW）集中式网络基础设施以达成共识，而私有（或“许可”）区块链和分布式账本技术（DLT）可以通过多种方式构建。在这里，我们将了解最常见的区块链共识机制，以便更好地全面了解不同的应用程序。公共区块链管理着广泛分布的网络。

实现一个在广泛去中心化的网络上提供无懈可击的安全性，同时管理互联网规模交易量的网络是区块链技术的圣杯。由企业、初创公司和技术专家组成的全球社区正在狂热地开发第一层和第二层解决方案，以解决这一区块链难题。第 1 层是指区块链网络的基础层或主要层。第 2 层通常是指可以构建在现有区块链网络之上以提高其可扩展性的各种技术优化和产品。在这两层之间取得适当的平衡可以成为区块链技术采用和去中心化网络发展的爆炸性催化剂。

在我们开始破译潜在的解决方案之前，了解区块链三角困境的每个组成部分非常重要

什么是去中心化？

去中心化是区块链技术的核心精神，并推动整个生态系统的项目。去中心化流程和技术的实施消除了跨部门中介机构的作用，并以许多不同的方式体现出来。例如; 通过将银行机构从金融工具中移除，而不是运营采矿设备的中介机构，平台可以将利润和治理分配给用户和更广泛的社区。在更根本的层面上，去中心化网络依赖于众包共识，这意味着没有人可以控制或审查通过它们进行交易的数据。然而，实现最佳去中心化往往会降低网络效率。更多的人通过对网络治理的累积影响力而被垄断。

什么是区块链安全？

为了提高区块链网络中的网络效率，有动机减少区块链节点的地理分布、数量分布或两者兼而有之。然而，这种向更加集中化的转变降低了 PoW 网络的安全性。当在节点分布有限的开放网络上达成共识时，51% 攻击的可能性更大，因为黑客可以更轻松地收集必要的哈希能力。通过压倒网络，黑客可以接管网络并操纵交易以获取经济利益。例如，2020 年 8 月，以太坊 (ETH) 的分叉以太坊经典 (ETC) 区块链遭受了 3 次 51% 攻击，重组了 4000 多个区块。这使得犯罪者能够操纵数据并使 ETC 货币翻倍，从而导致网络价值数百万美元的损失。区块链安全是一个不容妥协的关键网络方面。

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什么是可扩展性？

可扩展性，相对于区块链协议而言，是指区块链支持高交易量和未来增长的能力。这意味着区块链的性能不会随着用例和采用的加速而降低。随着采用率的增加而表现不佳的区块链据说缺乏可扩展性。区块链三角困境告诉我们，更大的可扩展性是可能的，但安全性、去中心化或两者都会因此受到影响。可扩展性是区块链网络能够与传统的中心化平台合理竞争的唯一方式，而传统的中心化平台的网络结算时间和可用性在这一点上要优越得多。尽管许多区块链平台已经建立了去中心化和安全性，但实现可扩展性仍然是当今领先的去中心化网络的最大挑战。

区块链三角困境：第一层

在去中心化生态系统中，第一层是指比特币、莱特币和以太坊等区块链协议。目前有许多方法正在开发或实施，其直接目的是提高区块链网络的可扩展性。

共识协议改进：工作量证明是目前在比特币等流行区块链网络上使用的共识协议。虽然 PoW 很安全，但速度可能很慢。例如，比特币仅达到 7 TPS。这就是为什么许多区块链网络——也许最引人注目的是以太坊升级到以太坊 2.0——都选择股权证明 (PoS) 共识机制。PoS 共识协议根据网络中的权益确定验证者状态，而不是要求矿工使用大量计算能力来解决加密算法。预计这将从根本上显着增加以太坊网络的容量，同时增强去中心化并确保安全性。

分片：分片源自分布式数据库，尽管在区块链行业中具有一定的实验性质，但它已成为最流行的 Layer-1 扩展解决方案之一。分片将交易分成称为“块”的较小数据集。这些片段由网络同时并行处理，从而允许同时在多个进程上进行顺序工作。此外，该信息可以由不同的节点分割和维护，每个网络节点都保持内部一致，而不是每个网络节点都保留从其原始块到现在的每个块的副本。分片为主链提供证据，并使用跨分片通信协议相互交互以共享地址、余额和公共状态。以太坊 2.0 是一个备受瞩目的区块链协议，与 Zilliqa、Tezos 和 Qtum 一起探索分片的使用。

区块链三角困境：第 2 层

区块链中的第二层是指在底层区块链协议之上运行的网络或技术，以提高其可扩展性和效率。例如，比特币是第 1 层协议， 闪电网络是第 2 层解决方案，旨在提高比特币网络上的交易速度。近年来，第 2 层协议经历了巨大的增长，可能是克服可扩展性挑战的最有效方法，尤其是对于 PoW 网络。

嵌套区块链：一种去中心化网络基础设施，使用主区块链为更广泛的网络设置参数，而嵌套区块链则在互连的二级链网络上执行。在这条主链上创建了多个区块链级别，这些级别使用父子连接。主链委托给子链，子链对其进行处理并在完成后将其返回给父链。除非需要解决争议，否则底层区块链不参与网络功能。OMG Plasma 项目是第 2 层嵌套区块链基础设施的一个示例，该基础设施使用在第 1 层以太坊之上，以促进更快、更便宜的交易。该模型下的工作分配减少了主链上的处理负载，从而成倍地提高了可扩展性。

状态通道：状态通道使用各种机制促进区块链和链下交易通道之间的双向通信，以提高整体交易容量和速度。状态通道不需要矿工立即干预来验证交易。相反，它是一种使用多重签名或智能合约机制 密封的网络相邻资源。当一笔交易或一组交易在状态通道中完成时，“通道”的最终“状态”及其所有自然转换都会记录在底层区块链上。Liquid Network、Celer、比特币闪电网络和以太坊的雷电网络都是状态通道的例子。在三向权衡中，状态通道牺牲一定程度的去中心化来实现更大的可扩展性。

侧链：侧链是与用于大批量交易的区块链相邻的交易链。侧链使用独立于原始链的共识机制，可以针对速度和可扩展性进行优化。实用代币通常用作侧链和主链之间数据传输机制的一部分。主链的主要作用是确保整体安全和争议解决。侧链以多种完整的方式与状态通道分离。首先，侧链交易在参与者之间不是私密的——它们公开记录在账本上。此外，侧链安全漏洞不会影响主链或其他侧链。构建侧链需要付出大量努力，因为基础设施是从头开始构建的。