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关键要点：什么是区块链可扩展性？近期区块链发展为什么可扩展性在区块链中很重要？区块链可扩展性问题网络交易速度和容量高额交易费确认时间长区块链可扩展性解决方案第 1 层解决方案共识机制改进分片隔离见证（SegWit）第 2 层解决方案侧链汇总新兴的可扩展性方法互操作性协议模块化区块链总结
区块链技术为传统的中心化账本系统提供了一种替代方案，它能够实现安全透明的交易，而无需依赖单一的控制机构。其安全性基于强大的加密方法和去中心化的网络结构，从而防止数据篡改和审查。尽管区块链拥有这些优势，但它在可扩展性和性能方面仍面临巨大挑战，限制了其高效处理海量交易的能力。与传统的 web 2.0 系统相比，有限的交易吞吐量和较慢的处理速度阻碍了该技术在高需求应用中的广泛应用。
好消息是，Web3 行业正在积极努力解决这些限制。虽然最好的区块链在可扩展性方面仍然远不及最快的 Web 2.0 系统，但过去几年已经出现了许多解决方案来弥补这一差距。
在本文中，我们讨论了区块链可扩展性的概念，解释了其潜在问题，并概述了在保持网络完整性的同时改进它的主要技术。
关键要点：
区块链可扩展性是指网络在不影响速度、成本、安全性或去中心化的情况下处理不断增长的交易的能力。提高可扩展性的关键方法包括第 1 层共识升级、通过分片进行并行处理、第 2 层解决方案（例如侧链和汇总）、可互操作链的生态系统和模块化区块链架构。解决方案包括第 1 层改进（例如权益证明 (PoS)、分片和 SegWit 以增强基础链性能）和第 2 层解决方案（例如侧链和汇总（乐观和零知识）以卸载交易）。
什么是区块链可扩展性？
区块链是一种去中心化的数字账本，它无需依赖任何中央机构，即可安全透明地记录交易。 2009年，比特币（BTC）的诞生标志着第一个由加密技术保障的去中心化网络的诞生，实现了点对点的数字货币转账。虽然比特币的去中心化模式是一个革命性的概念，但很快人们就意识到，区块链每秒只能处理约7笔交易（TPS），因此与传统的企业级Web 2.0系统相比，其可扩展性有限。
在此背景下，区块链可扩展性是指网络在保持速度和安全性的同时提高交易吞吐量的能力。TPS 是衡量可扩展性的关键指标，它表明在整个网络层面上每秒可以处理的交易数量。更高的 TPS 使区块链能够支持更多用户和应用程序，而不会出现瓶颈或成本过高。
实现区块链可扩展性的挑战与所谓的“区块链三难困境”息息相关。这一概念凸显了同时优化区块链三个核心属性（去中心化、安全性和可扩展性）的难度。提升其中一两个属性通常需要牺牲第三个属性。例如，通过集中控制来提高 TPS 可能会损害去中心化和安全性。
近期区块链发展
继比特币之后，以太坊（ETH，2015 年推出）等较新的区块链也试图通过支持更复杂的应用程序和智能合约来提高性能，但与领先的 Web 2.0 系统相比，它们的可扩展性仍然有限。
近期的区块链网络在性能方面取得了显著进步。Solana (SOL )于 2020 年推出，常被认为是热门公链中可扩展性最强的，其声称在理想条件下可支持高达 65,000 TPS 的性能。虽然这是一个显著的提升——尤其是相对于比特币微弱的 7 TPS——但 Solana 和类似平台仍然远远落后于强大的 Web 2.0 计算基础设施。相比之下，亚马逊网络服务 (AWS) 和谷歌云等主流云服务提供商可以通过在庞大的数据中心之间分配工作负载，每秒处理数百万笔交易或请求。
虽然区块链确实通过去中心化和安全性提供了独特的优势，但与传统系统相比，其可扩展性仍然是一个主要瓶颈。
为什么可扩展性在区块链中很重要？
区块链的可扩展性至关重要，因为缓慢的交易速度和有限的容量会造成瓶颈，阻碍该技术的广泛应用。当区块链处理交易速度过慢时，用户体验就会受到影响，应用程序也难以获得发展。这个问题在去中心化金融(DeFi) 和游戏等速度和响应能力至关重要的领域尤为明显。
DeFi 平台依赖快速的交易确认来执行交易、贷款和其他金融操作。缓慢的处理速度可能会导致用户请求与实际执行之间的延迟，并使用户面临价格滑点或交易失败等风险。这些问题可能导致用户感到沮丧、资金损失并错失良机，所有这些都会阻碍用户依赖基于区块链的金融服务。
同样，基于区块链的游戏也需要快速、无缝的互动来保持玩家的参与度。响应延迟的游戏往往会很快失去用户，因为体验达不到传统游戏平台设定的实时性预期。如果没有可扩展性的提升，区块链游戏将永远难以与 Web 2.0 同行竞争。
除了这些面向消费者的应用之外，可扩展性不足也限制了区块链在企业领域的应用。许多企业需要能够即时处理大量交易，同时又能保持安全性和透明度的系统。区块链有限的吞吐量和较高的延迟常常令企业用户感到沮丧。因此，许多公司不愿大规模实施区块链解决方案，因为当前的区块链网络无法与现有中心化基础设施的速度和容量匹敌。
简而言之，提升区块链的可扩展性对于充分释放其在金融、游戏、社交、企业和众多其他领域的潜力至关重要。显然，如果可扩展性没有显著提升，区块链将继续面临被主流接受的障碍，最终只能成为一项受少数市场（即其狂热爱好者）青睐的小众技术。
区块链可扩展性问题
区块链系统的可扩展性问题体现在几个具体且反复出现的方式上：交易吞吐量有限、确认时间过长以及拥堵期间的高昂费用。这些问题既影响用户，也影响开发者，造成摩擦，阻碍了区块链技术在日常应用中的广泛应用。
网络交易速度和容量
大多数第一代区块链，包括比特币和以太坊，都采用一种结构，即网络上的所有节点都必须处理和验证每笔交易。这种架构保留了去中心化和安全性，但限制了在一定时间间隔内可以确认的交易数量。当需求超过网络容量时，交易就会开始排队，用户被迫等待或竞争以获得优先处理的交易。
高额交易费
这种竞争直接导致了第二个问题：高昂的交易费用。区块链通常采用一种优先考虑愿意支付更多费用的用户的收费机制。在流量高峰期，费用可能会急剧飙升，导致简单的操作变得成本高昂，小用户通常难以承受。这种动态导致一些区块链应用成本过高，尤其是在 DeFi 平台中，因为这些平台通常需要多次交易才能完成一项操作。
如今，这个问题最明显的表现或许是以太坊的高昂交易费，在网络需求旺盛时，交易费可能会飙升至两位数美元。虽然截至 2025 年中期，以太坊的典型交易费已降至 1 美元以下，但在网络拥堵期间， DeFi 和NFT领域的一些复杂交易费用可能超过 95 美元。
确认时间长
第三个主要问题是确认时间过长，当网络拥堵导致交易在队列中延迟时，就会出现这种情况。与中心化系统（交易处理几乎可以即时完成）不同，区块链依赖于区块生成周期和验证者的可用性。在出块速度较慢或容量有限的区块链上，确认延迟会变得更加频繁，有时甚至会持续几分钟甚至几小时。这些延迟会造成不确定性，扰乱用户体验，并增加交易失败或过期的可能性。
这三个可扩展性问题共同构成了一个自我强化的循环：拥堵会导致费用上升并减慢确认速度，进而抑制使用并削弱人们对区块链应用的信任。对于开发者而言，这些限制限制了可以构建和扩展哪些类型的去中心化应用程序(DApp)。对于用户而言，它们创造了一个缓慢、昂贵且不可预测的环境。如果不加以解决，这些限制将继续阻碍区块链与 Web 2.0 快速而强大的基础设施竞争。
区块链可扩展性解决方案
为了实现更快、更低成本的交易、快速的最终确定性和更高的吞吐量，各种区块链可扩展性解决方案已被提出并实施。这些解决方案通常侧重于对基础 Layer 1 链进行架构修改，或者保持 Layer 1 的完整性，并通过 Layer 2 技术扩展网络功能。
第 1 层解决方案
Layer 1解决方案是协议层面的变革，它直接修改区块链的架构，以提高吞吐量和性能。这些变革会影响交易在网络上的处理、验证和存储方式。
共识机制改进
共识机制决定了区块链中的节点如何就交易的有效性和账本的状态达成一致。世界上最古老的区块链——比特币区块链，采用工作量证明(PoW) 共识机制，该机制提供了强大的安全性，但吞吐量低且能耗高。作为业内最早实施的共识模型，PoW 至今仍广受欢迎，除了比特币之外，比特币现金 (BCH)、狗狗币 (DOGE)、莱特币 (LTC) 等网络也采用了该机制。
实现 Layer 1 更高可扩展性的一个关键方法是从 PoW 转向更新、更可扩展的共识算法。其中最常见的或许是权益证明 (PoS)，目前已被以太坊 (ETH) 和许多其他支持智能合约的网络所采用。
PoS 允许验证者根据其质押（即锁定在网络上的代币持有量）来处理和证明交易区块，从而减轻了计算负担。相比之下，PoW 则要求区块验证者（在基于 PoW 的区块链上通常称为矿工）解决复杂且耗能的数学难题，才能将新区块添加到网络账本中。从 PoW 到 PoS 的转变提高了新区块链的效率，降低了能耗，同时也提升了整体的可扩展性。
其他注重性能的共识机制，例如波场(TRX) 等网络使用的委托权益证明 (DPoS) 和 Solana (SOL) 使用的历史证明 (PoH)，进一步优化了区块生产和可扩展性。这些替代方案优先考虑更高的交易容量，因此对于需要实时或近实时性能的应用程序来说极具吸引力。
分片
分片是一种将区块链网络划分为更小、更易于管理的部分（称为分片）的方法。每个分片处理各自的一组交易，并维护总数据的一个子集，从而减少单个节点的负载并提高整体网络吞吐量。
分片技术不再要求所有节点验证每笔交易，而是允许跨多个组件并行处理。这显著增加了可同时处理的交易数量。以太坊的长期可扩展性路线图包含全面实施分片技术，预计将在保持去中心化和安全性的同时，成倍提升其交易容量。
虽然分片技术是一个很有前景的解决方案，但它也带来了一些挑战，例如跨分片通信和数据一致性。尽管如此，它仍然是区块链扩容的同时，保证安全分布式验证的最有效的 Layer 1 解决方案之一。
隔离见证（SegWit）
隔离见证（SegWit）的引入是为了解决比特币区块大小限制问题，它将关键元数据（签名数据）与核心交易数据分离。通过将签名移出主交易区块，可以为其他交易提供更多空间，从而有效提高吞吐量。
隔离见证 (SegWit) 减少了交易规模，并有助于防止某些类型的交易干扰。此升级允许每个区块容纳更多交易，并提高了整个网络的区块传播效率。
隔离见证最初是为比特币网络提出的，于2017年5月在莱特币上首次启用，几个月后也应用于比特币网络。隔离见证虽然在相对较慢的区块链上有所提升，但并未对区块链的可扩展性产生重大影响。
第 2 层解决方案
Layer 2解决方案在现有区块链上运行，处理主 Layer 1 网络之外的大部分交易，并定期在其上结算最终结果。这种方法在保持底层网络安全性和去中心化的同时，也显著提高了交易速度并减少了拥堵。最常见的 Layer 2 可扩展性解决方案包括侧链和 Rollup（见下文）。
侧链
侧链是一条独立的区块链，与主 Layer 1 链并行运行，并通过双向桥接器或锚点与其连接。资产可以在主区块链网络和侧链之间移动，从而允许在侧链上执行交易和智能合约。
侧链允许在不影响主链稳定性的情况下，尝试不同的共识模型、区块大小或特定于应用程序的逻辑。它们可以更快地处理交易，并且成本更低，然后将最终结果提交给主区块链。
侧链的一个限制是它们不能继承主链的全部安全保障。侧链的安全性依赖于其自身的验证器集或共识模型，因此侧链需要引入一个单独的信任层。
汇总
Rollups 将多笔交易捆绑（或“汇总”）成一个批次，然后发布到主区块链。计算和存储在链下处理，只有摘要数据和证明记录在链上。这显著降低了基础层的负载，同时确保了主网络的安全性。
目前主要使用的 Rollup 类型有两种：乐观 Rollup 和零知识 (ZK) Rollup。乐观 Rollup 默认假设发布到底层区块链的交易有效，并依赖 Layer 1 验证者提供的错误证明来捕获任何无效活动。零知识 Rollup 使用加密证明来验证批次中的所有交易，因此比乐观 Rollup 提供更快的交易结算速度，但技术复杂性更高。
Rollup 已经在以太坊上部署并取得了显著成效，它不仅为用户带来了更快、更便宜的交易，还缓解了底层网络的拥堵。Rollup 代表了在不牺牲去中心化和安全性的情况下实现扩展的最有前景的方向之一。
新兴的可扩展性方法
互操作性协议
互操作性协议通过使多个区块链能够高效通信和共享数据，提供了另一种实现可扩展性的途径。这些系统并非只扩展单个链，而是创建由专用链组成的网络，这些链可以在保持协调的同时，彼此分担工作。例如，Polkadot (DOT) 生态系统使用中央中继链连接称为平行链的独立网络，使它们能够并行处理交易，同时受益于共享的安全性。
Cosmos (ATOM) 通过其跨链通信 (IBC) 协议采用了类似的模型，连接生态系统内的各个区块链，尽管不像 Polkadot 那样拥有中心化的主链。这些网络扩展了整个生态系统（而非单条链）的总交易容量，从而提供了一种灵活的可扩展性方法。互操作性协议也为针对特定用例进行优化的特定应用链奠定了基础。
模块化区块链
模块化区块链通过将传统区块链的单片结构分解为独立的专用层来解决可扩展性问题。模块化架构并非由单一的区块链处理执行、共识和数据可用性，而是将这些任务分配给不同的组件。例如，Celestia (TIA) 主要关注数据可用性，允许其他网络独立处理执行和结算。这种分离机制允许每个层针对其特定功能进行优化，从而实现更好的扩展性。
总结
可扩展性仍然是区块链开发中最持久的挑战之一。虽然比特币、莱特币和以太坊等早期网络为去中心化系统奠定了基础，但其有限的容量促使人们不断努力提高吞吐量、降低费用并实现大规模采用。从第一层升级和第二层扩展框架到模块化设计和互操作性网络，在协议和基础设施层面都出现了各种解决方案。
每种方法都有其优缺点，但它们共同推动着行业走向更高效、更可扩展的架构。随着区块链社区不断测试、改进和应用这些方法，去中心化系统与传统 Web 2.0 系统之间的差距将进一步缩小。希望有一天，区块链能够成为对可扩展性要求高的应用的首选基础设施，涵盖企业解决方案、金融、游戏、社交网络等各个领域。
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