Crypto 世界的神秘三角，Blockchain Trilemma 三難困境

September 22, 2021

Crypto 世界的神秘三角，Blockchain Trilemma 三難困境

Blockchain Trilemma三難困境

Blockchain Trilemma的概念是在2016年由Ethereum Founder - Vitalik Buterin提出。

Crypto / Blockchain世界所追求的三大重點：

Scalability 可擴展性 - 當交易的數量增加，系統可否保持一定的效率，即處理交易速度，Transaction Per Second (TPS)這個數字顯示出系統去處理越來越多交易的限制。
Decentralization 去中心化 - Blockchain是透過不同的Nodes節點去加入並處理交易，Nodes越多表示系統的去中心化程度越大，單一個Nodes對整體系統的影響會減少。
Security 安全性 - 掘礦，即每一個Block區塊的生成是涉及共識機制的設計，例如：Proof of Work (POW)，Proof of Stake (POS)等，還有需要多少個Nodes認證了交易定為真正確認。看看極端例子，如果需要所有Node去確認交易就會是最安全，如果只需要一個Node去確認交易就會相對不夠安全。

三難困境：在追求其中兩項的同時，無可避免，某程度上犧牲了第三項。

認清以上，可以更加了解一個Blockchain在未來發展時的限制，此亦影響Crypto的長遠價值。

（參考：Coin Bureau - Fastest Cryptocurrencies, Blockchain Speed 101）

困境的詳情

先要了解基本的幾個數字：

Block Size通常以Megabyte (MB)計算，一個Block用作儲存交易Data的空間。

Data Size per Transaction，一個交易在Blockchain上所佔用的儲存空間。

Block Size / Data Size per Transaction = Number of Transaction per Block，一個Block可以儲存多少個交易。

Block Time (second) ，是每隔多少時間系統會生成一個Block。

Number of Transaction per Block / Block Time = Transaction per Second (TPS)，這個就是每秒可處理的交易數量。

根據Blockchain的設計，Block Time是固定，無論當時系統是否很繁忙，交易數量是多或少，都是每隔一個Block Time的時間，系統就生成一個Block。

如果交易數量很少，Block內有一些儲存空間是空置沒有用。
如果交易數量很多，Block內的儲存空間已經存滿交易，都未能把當時所有交易處理，未完成的交易就要排隊，用家就感受到遲遲未能完成交易。

基於以上，當設計Blockchain時，計算好Transaction per Second (TPS)，這個先天數字已經決定了處理交易速度的上限。

在電腦上加多些RAM和Upgrade CPU是無補於事，用多些Nodes / 電腦亦不會提升TPS。（經常聽到礦工去Upgrade電腦／顯示咭，只是加大自己比較其他礦工的競爭優勢，不會加大整體Blockchain系統的TPS。）

不同困境的情況

Case 1

當一個Blockchain達到一定的Security安全性和Decentralization去中心化，就會在下Scalability可擴展性有犧牲。Bitcoin就是一個例子，有好的安全性和去中心化，但是交易速度受到限制。

Case 2

當一個Blockchain要求有好的Scalability去處理大量交易，加上有一定程度的安全牲，就做不到好的去中心化。Binance Smart Chain (BSC)就是一個例子（放棄去中心化，即回到中心化，傳統金融系統就是源於用此方法，所以相對容易做到Scalability和安全性）。

Case 3

當一個Blockchain做到好的Scalability和去中心化，會在安全性上有取捨，例如：改變和簡化共識機制，降低確認交易的Node的數目。

如此，是否修改設計去加大Transaction per Second (TPS)，就可以簡單解決Scalability，即速度的問題？

不完全是。加大TPS，表示Block Size大，假設Data Size per Transaction不變，Block Time要短，這個令到每一刻，不斷生成的Block Data增多，各個Node和Network要傳送和處理的Data增加，而且長期之下Blockchain的data會快速增長，這會牽連到Node的日常操作和營運，及每次download整個Blockchain Data去設置新的Node。

不同Blockchain的比較

Bitcoin的交易速度約5 TPS，Blocksize 1 MB，每個交易約400 Byte，Block Time約10分鐘。在2009年1月推出，直至2021年9月，已經運作超過12年多，Total Blockchain Size是355 GB。

Solana的交易速度約50,000 TPS，是現時（2021年8月）世界上最快處理交易速度的Blockchain，Blocksize 10 MB，每個交易約500 MB，Blocktime約4000 mini second，即0.4秒。是2020年推出，至目前（2021年9月），運作了大概18個月，Total Blockchain Size已經到達2 TB，大概是Bitcoin的5.6倍，可以見到Total Blockchain Size增長速度驚人。

Ethereum的交易速度約13-17 TPS，Block Size約20 - 30 KB，每個交易約2,500 Byte，Block Time約13秒。未來完成Ethereum 2.0 Upgrade和Layer Solution，可以大幅增加TPS。

Cardano (ADA)的交易速度約200 TPS，Block Size 2 MB，每個交易約500 Byte，Block Time 20秒。未來將會推出的Hydra Scaling Solution，可以大幅提升TPS。

去中心化，無忘初衷

Crypto / Blockchain的世界，始於去中心化，包括在管理制度和電腦系統上，是相對於傳統金融制度和系統的一個翻天覆地的改變。由於強調Permissionless，任何人無須經過預先審查批核，可以參與營運Node而達到去中心化，所以重新制訂出安全性的考慮和實行方式。

如果因為Scalability可擴展性和安全性，放棄了去中心化（如中心化的傳統金融系統），是有一點走回頭路，本末倒置。

我覺得比較可取之法，要先堅守去中心化這度防線，去達至安全性的要求，然後去優化系統以追求Scalability可擴展性和處理交易速度。

Transaction per Second (TPS)這個數字，是其中一個因素，左右着一個Blockchain系統去處理大量日常支易的可行性：