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:

  1. 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。

  2. 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。

  3. 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。

  1. 如果交易數量很少,Block內有一些儲存空間是空置沒有用。

  2. 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:

  • 現在Bitcoin的交易速度為5 TPS。

  • 現在Ethereum的交易速度大約是13-17 TPS。當Ethereum 2.0 Upgrade完成,會提升至大約1,000 TPS。如果加上Layer 2 Scaling,包括Rollup,會提升至約100,000 TPS。

  • Cardano現在的Ouroboros POS Blockchain是基本版本,大約是數百TPS。當完成Hydra Scalability Solution,系統大約可以提升至大約250萭TPS。
  • Solana的交易速度大約是50,000到65,000 TPS。

  • 現在Visa是可以處理每秒大約42,000個交易。

以現在Visa的每秒交易量作為一個大量日常交易的基準,Solana的現有系統,Ethereum 2.0加上Scaling,Cardano的完成版本,都是有機會成為可行解决方案。

Crypto / Blockchain的世界是會不斷發展,不是停滯的,以上只是根據現在已知的推算,未來是有更多的無限可能性。


參考文章

如果 BLOCKCHAIN / CRYPTO 做不到真正去中心化,同條咸魚有乜分别?

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使用加密貨幣交易所 (CRYPTO EXCHANGE) 和錢包 (WALLET)

CRYPTO 加密貨幣的投資心態

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ETHEREUM 的競爭對手,CARDANO (ADA) 是一匹黑馬

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ETHEREUM 2.0 UPGRADE

從 BITCOIN 的虚無到 ETHEREUM 的實際用途

輕描淡寫談 BITCOIN

TOKEN + ECONOMICS = TOKENOMICS 代幣經濟學

Comments

  1. 買了crypo那麼久都沒留意過底層的詳細,慚愧慚愧

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    1. 謝謝佛洛回覆
      留意多咗crypto的科技,很有趣味有自己一個世界

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  2. 這文章寫得太好,深入淺出地說出投資加密貨幣的3個重要考量。攪到我都想買D Cardano或Ethereum玩下。

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    1. Thank you Paul 支持
      Crypto是高風險大波動
      必須控制注碼和風險

      我做法小注,total loss不介意

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  3. 師兄有冇拎d crypto去收息?

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    1. 我的ETH放咗hardware wallet長keep無搞到

      ADA在exchange自動收息約2%,無須任何設定

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  4. Duncan兄寫得精彩,深入淺出👍

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    1. 謝謝Agumon
      我覺得crypto / blockchain世界的科技見很有趣味,知道多些,投資會更加踏實,不是如有部份人有一個錯覺得認為只是一個炒賣工具

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  5. Hello Duncan! This is Midori, marketing manager at a crypto unicorn. We have been paying attention to your blog and are impressed by your knowledge and insights. It would be nice if we can have a quick chat about collaboration opportunities! Shoot me an email if you're interested. :)

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