随着区块链技术的日益普及，无论是个人还是组织都在广泛采用，其可扩展性问题变得愈发突出。相信你可能已经多次听到“可扩展性”这个词，它或许是当前加密货币领域面临的最大挑战之一。
但是，“可扩展性”究竟代表什么含义？特别是对于区块链技术而言，为什么它如此重要呢？
区块链可扩展性的定义
“可扩展性”是指一个系统或流程在面临数量或规模变化时，仍能保持其正常运行的能力。具体到区块链领域，区块链可扩展性指的是，当交易量、数据量和用户数量增加时，区块链协议能够持续以最佳状态运作，而不会导致成本上升。
Vitalik Buterin 曾指出 [PDF]，区块链协议的目标是实现去中心化、安全性和可扩展性，但通常只能同时实现其中两项。而最容易被牺牲的特性往往是可扩展性。
当区块链缺乏可扩展性时，处理交易的速度就会减慢，这可能导致网络拥堵（交易积压）和交易费用上涨。相反，具有良好可扩展性的区块链可以在不降低安全性、用户体验以及交易费用或决策效率（与庞大的点对点网络参与者达成共识）的前提下，每秒处理大量的交易（TPS）。
衡量区块链协议可扩展性的三个关键指标如下：
- 延迟： 将交易广播至网络节点，并收集响应以达成共识所需的时间，直接影响可扩展性。延迟越低，网络的可扩展性越高。
- 吞吐量： 区块链协议每秒能够处理的交易数量，是其可扩展性的重要指标。吞吐量越高，网络的可扩展性越强。
- 成本： 运行区块链所需的资源（包括计算能力、带宽等）决定了其可扩展性。资源消耗越大，网络的激励成本越高，特别是对于更多网络参与者而言。如果激励措施与参与成本不成比例，可能导致网络缺乏参与者。
多数新型区块链协议（如Solana）相比老旧协议（如比特币）具有更高的可扩展性，但这往往是以牺牲系统的安全性或更高的中心化程度为代价实现的。
为了让区块链能够支持庞大的经济体系和用户群体，可扩展性是必不可少的。如果区块链协议运行缓慢且交易费用高昂，人们将不会选择使用它们，特别是当市面上存在速度更快、成本更低的传统替代方案时。例如，使用VISA支付购买披萨比使用比特币更快且费用更低。由此可见，区块链可扩展性至关重要。
提升区块链可扩展性的三大核心策略
部分区块链协议已经开始采用多种技术来优化延迟、提高吞吐量、降低成本，同时力求不牺牲安全性和去中心化。然而，当前尚不存在一种能够完美解决区块链三难困境的方案，许多解决方案在提升性能的同时，往往会牺牲去中心化或安全性。
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因此，区块链协议通常会综合运用多种解决方案，以提高其可扩展性。
这些技术可以大致归纳为三大类解决方案。
1. 第一层解决方案
第一层解决方案的核心目标是改进主区块链网络，以更好地处理交易压力。具体措施包括扩大区块容量、缩短交易时间或更快地收集响应以达成共识。
第一层解决方案是在链上直接实现的，侧重于改进核心区块链协议，而不依赖任何辅助框架。这些改进通常通过区块链分叉来实现。
例如，比特币在2017年通过软分叉激活了隔离见证（SegWit）。这一调整提高了协议的区块大小限制，并提升了交易效率。同年晚些时候，硬分叉催生了比特币现金（BCH），一种具有更大区块容量、更短交易时间和更低交易费用的替代区块链。
以太坊区块链也在2022年完成了硬分叉，将协议的共识算法从工作量证明转变为权益证明。这是引入分片技术的第一步，Vitalik Buterin认为这将进一步扩展网络。
区块链分片是一种第一层解决方案，尽管它不需要通过分叉来实现。它通过将网络划分为更小的分区（分片）来分散处理，以此提高交易处理效率。尽管以太坊计划在2023年实施分片，但Zilliqa区块链已经使用了四个分片，从而缩短了交易时间、降低了交易费用并提升了用户满意度。
2. 第二层解决方案
与在核心区块链协议上实施的第一层解决方案不同，第二层解决方案通过将部分交易或流程移至链下来提高区块链的可扩展性。它们是基于核心区块链协议构建的辅助框架，例如状态通道和Rollups，用于处理增加的交易量。
- 状态通道： 通过状态通道，两方或多方可以在链下快速进行交易，同时仍然允许在链上结算交易的最终结果。例如，闪电网络运行在比特币区块链之上，并允许在核心区块链之外进行比特币交易。在智能合约的辅助下，交易被“密封”。然后，交易及其最终结果被添加到主区块链中，以便进行争议解决和通道关闭。建立在以太坊上的Raiden网络是状态通道的另一个实例。
- Rollups： 同时，Rollups（如乐观或零知识）在链外执行交易，然后将交易数据或有效性证明提交到核心区块链协议，以达成共识。Loopring和Aztec是零知识汇总的典型例子，而Arbitrum One和Optimism是乐观汇总的例子。
此外，第一层和第二层区块链之间还存在其他差异。
3. 新链条
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可以创建不同形式的新链，例如侧链、等离子链和Validium链，以促进高效的交易处理。例如，Polygon是以太坊的侧链，它具有定制的规格以满足特定需求，但仍然受益于并依赖于以太坊的强大基础。
虽然这些解决方案有时被归类为第二层解决方案，但它们之间存在显著差异。第二层解决方案是第一层解决方案的扩展，通常与核心区块链保持紧密联系。然而，侧链、等离子链和Validium链是更为独立的区块链，与它们对应的第一层链仅有连接。它们通常对其自身的安全性、共识算法或区块参数负责。
缺乏可扩展性的区块链将难以实现大规模应用
区块链技术具有改变我们所认知世界的巨大潜力。然而，如果可扩展性问题依然存在，它将难以改变世界，因为它无法实现大规模普及。
从资产数字化到企业利用区块链技术优化运营流程，如果区块链技术能够在不牺牲去中心化和安全性的前提下实现可持续扩展，那么它的未来将一片光明。