2.4　区块链技术的局限性和发展趋势

2.4.1　区块链的“不可能三角”

与很多分布式系统一样，区块链技术中也存在着“不可能三角”问题，即去中心化（公平性）、可扩展性和安全性不可能同时达到最优。据Footprint Analytics数据统计，截至2022年年初，累计已收录的公链数量为86条，对比2021年年初的11条，数量增长近7倍。其中，以太坊生态占据96%的市场，其生态包括DeFi、NFTs、GameFi和SocialFi中数百个新的去中心化应用（DApp）。如此庞大的以太坊生态应用及区块链系统本身的特点导致了共识效率低、交易费用昂贵和恶意攻击等一系列问题，从区块链公链的发展可以看出，区块链的“不可能三角”问题是公链中不可回避的问题，即无法同时满足去中心化、可扩展性、安全性这三个目标。具体来看，这三个目标相互矛盾，满足了其中两个，第三个则无法满足，主流区块链比特币、以太坊都在“不可能三角”的某个特性上做了妥协。区块链的“不可能三角”如图2-3所示。

图2-3　区块链的“不可能三角”

1.满足去中心化和安全性则无法实现性能上的可扩展性

区块链的去中心化分布式账本在可追溯、防篡改方面具备安全优势，而去中心化意味着拥有大量参与区块生产和验证的节点，共识机制则提供了分布式系统中的数据一致性同步，实现了区块链的透明性，既满足了系统的去中心化，也保障了区块链系统的安全性。比特币采用PoW共识机制，其设计目标是每10分钟产生一个区块，就系统每秒事务处理量（Transaction Per Second，TPS，即衡量一个区块链系统性能最重要的指标之一，也称系统吞吐量）而言，比特币的TPS相当于每秒7笔交易。

2020年，以太坊经过硬分叉后，区块链上的平均区块时间从17.16秒缩短到12.96秒，TPS大约为每秒15笔，这是牺牲系统的执行性能实现的。此外，分布式账本在存储方面区块容量有限，比特币区块容量大小设定的上限为1 MB。以太坊区块容量并不固定，主要由气体燃料（Gas）费所限定，平均大小为21 345 KB。因此，区块链为提升出块速度也牺牲了其存储可扩展能力。由此可以看出，区块链在计算性能和存储性能方面均与中心化的系统有明显区别，使区块链不适用于高并发和高存储的业务场景。

2.满足可扩展性和安全性则无法实现去中心化

在区块链技术的演化方面，除了以比特币为代表的公有链技术，还衍生了联盟链技术和私有链技术。联盟链技术只允许预设的节点进行记账，加入的节点需要申请和进行身份验证，这种区块链技术实质上是在确保安全和效率的基础上进行的“部分去中心化”或“多中心化”的妥协；而私有链技术的区块建立则掌握在一个实体手中，且区块的读取权限可以选择性开放，它为了安全和效率已经演化成为一种“中心化”的技术。

3.满足可扩展性和去中心化则无法实现安全性

区块链去中心化即允许任何人查询所有的匿名交易记录，通过机器学习算法，可以分析和发现地址间的关联关系，获取交易记录背后的知识，破坏数据的机密性。同时，分布式账本为了提升区块的验证性能，舍去了对交易数据进行隐私保护的功能，导致区块链安全性的缺失。