## 當網路喘不過氣來：區塊鏈過載問題

區塊鏈網路的過載現象是指當進入網路的交易量超過其處理能力時發生的現象。這給用戶帶來了嚴重的問題：交易手續費上升，確認速度減慢，服務質量下降。這個問題的根源既有網路的技術限制，也有與用戶活動相關的外部因素。

## 交易處理系統是如何運作的

要理解爲什麼網路可能會過載，必須研究交易如何進入區塊鏈的機制。

區塊鏈是一個由加密保護的區塊序列。每個區塊包含用戶創建的交易數據。新的區塊不斷且不可更改地添加到鏈中，分布在去中心化的節點網路中，這些節點保存整個區塊鏈的副本。

**內存池是交易的等待區。** 當用戶發送交易時，它不會立即添加到區塊鏈中。它首先進入內存池 (內存池) – 一組等待包含在下一個區塊中的未確認交易。在這裏，交易會被延遲，直到處理完成。

**候選塊是待添加的提議塊。** 礦工或驗證者從內存池中挑選未確認的交易，並形成候選塊。這些塊必須根據網路的共識機制進行驗證。

在 Bitcoin 中使用了 **工作量證明 (PoW)** 機制——礦工們在解決復雜的數學難題上競爭。第一個解決它的人將其候選塊添加到區塊鏈中，並獲得獎勵。

以太坊曾使用PoW，但在2022年轉向了**權益證明(PoS)**，其中驗證者被隨機選擇來提議區塊，而其他驗證者對其進行確認。

**完成性 – 當交易變得不可更改時。** 在交易被添加到區塊後，它被認爲是已確認的。隨着每個新塊的添加，完成度提高。對於比特幣，通常需要六個額外的塊來達到完全完成。以太坊建議由於較短的區塊時間需要更多的確認。

## 什麼導致網路擁堵

過載是一個復雜的現象，同時由於多種原因而產生。

**突然的活動激增。** 當加密貨幣的價格急劇變化或出現新的熱門代幣時，用戶會大量發送交易。這可能超過網路處理它們的能力。到2023年春季，這種情況發生在比特幣身上，當時BRC-20代幣的受歡迎程度導致未確認交易的堆積——近40萬筆交易在等待確認。手續費在幾周內增長了超過300%。

**網路的技術限制。** 每個區塊鏈都有自己的區塊大小，這決定了可以包含在一個區塊中的最大數據量。比特幣最初設計時限制爲1兆字節。2017年實施了SegreGated Witness (SegWit)的更新，這理論上將限制提高到4MB。如果進入的交易超過一個區塊可以處理的數量，它們將會被積累。

**區塊添加的緩慢時間。** 比特幣大約每10分鍾添加一個新塊。如果交易的創建速度遠遠超過這個速度，就會在內存池中出現滯後和擁堵。

## 對用戶和網路的影響

網路過載會導致嚴重的問題，從而影響服務質量。

**交易手續費的增長。** 礦工選擇處理手續費更高的交易，因爲這更有利可圖。在網路擁堵時，用戶不得不支付更多費用以加快其交易的確認。這使得使用網路變得更加昂貴，特別是對於小額交易。

**確認延遲。** 在極端情況下，交易可能需要等待幾個小時、幾天甚至更長時間才能得到確認。這讓用戶感到沮喪，並降低了區塊鏈的實用性。

**安全和集中化的風險。** 長時間的確認延遲增加了雙重支付攻擊的可能性。 高額的手續費可能導致礦業權力集中在大型玩家手中，進一步加劇集中化。

**市場的波動性。** 當用戶因網路過載而無法快速出售資產時，這可能會引發恐慌並加速價格下跌。

## 歷史上的過載實例

**比特幣在2017年底 - 2018年初。** 歷史上比特幣價格的漲導致了當時最顯著的過載。某一時刻，交易的平均手續費超過了50美元。這引起了整個行業對擴展問題的關注。

**以太坊與CryptoKitties。** 在2017年，去中心化項目CryptoKitties變得病毒式傳播，充斥着以太坊網路。這顯著減緩了網路的運行。隨後，DeFi (去中心化金融)的熱潮再次導致了網路的擁堵和燃氣費用的漲。

**2023年比特幣BRC-20代幣。** 當BRC-20代幣的受歡迎程度開始上升時，比特幣網路承受了壓力。近400,000筆未確認的交易積累在內存池中，手續費在短時間內上漲了300%。

## 如何解決問題

有幾種減少過載的方法，但每種方法都有其優缺點。

**區塊大小的增加。** 允許一次處理更多的交易，從而提高吞吐量。然而，較大的區塊傳播的時間更長，增加了網路分歧的風險。此外，較大的區塊需要更多的存儲空間，這可能加劇中心化。

**區塊時間縮短。** 允許網路更快地處理交易，但較短的間隔可能會增加過時區塊的數量並威脅安全性。

**第二層解決方案 (Layer).** 這是離鏈解決方案，處理主要區塊鏈外的交易，然後將最終狀態記錄到鏈上。對於比特幣，這是閃電網絡，對於以太坊是 Plasma 及其他解決方案。它們顯著提高了可擴展性，但在實現上更爲復雜，並且需要額外的安全性分析。

**分片。** 這是一種將區塊鏈分割成多個較小的分片的方法，每個分片都能夠處理交易。這可以顯著提高吞吐量，但也使系統變得復雜，並帶來了新的風險。

**其他解決方案。** 還考慮了樂觀滾動、零知識滾動和費用調整。權益證明機制通常比工作量證明機制更快，這也有助於減少過載的頻率。

## 結論

過載是區塊鏈網路必須解決的主要挑戰之一，以實現大規模採用。隨着用戶數量的不斷增長，有效處理大量交易的能力變得至關重要——尤其是對於那些尋求在實時中提供日常操作的系統。

盡管問題嚴重，社區正在開發新解決方案以緩解過載。提高區塊鏈的可擴展性仍然是行業的首要任務之一，這方面的進展將決定加密貨幣網路的未來。