## 当网络喘不过气来：区块链过载问题

区块链网络的过载现象是指当进入网络的交易量超过其处理能力时发生的现象。这给用户带来了严重的问题：交易手续费上升，确认速度减慢，服务质量下降。这个问题的根源既有网络的技术限制，也有与用户活动相关的外部因素。

## 交易处理系统是如何运作的

要理解为什么网络可能会过载，必须研究交易如何进入区块链的机制。

区块链是一个由加密保护的区块序列。每个区块包含用户创建的交易数据。新的区块不断且不可更改地添加到链中，分布在去中心化的节点网络中，这些节点保存整个区块链的副本。

**内存池是交易的等待区。** 当用户发送交易时，它不会立即添加到区块链中。它首先进入内存池 (内存池) – 一组等待包含在下一个区块中的未确认交易。在这里，交易会被延迟，直到处理完成。

**候选块是待添加的提议块。** 矿工或验证者从内存池中挑选未确认的交易，并形成候选块。这些块必须根据网络的共识机制进行验证。

在 Bitcoin 中使用了 **工作量证明 (PoW)** 机制——矿工们在解决复杂的数学难题上竞争。第一个解决它的人将其候选块添加到区块链中，并获得奖励。

以太坊曾使用PoW，但在2022年转向了**权益证明(PoS)**，其中验证者被随机选择来提议区块，而其他验证者对其进行确认。

**完成性 – 当交易变得不可更改时。** 在交易被添加到区块后，它被认为是已确认的。随着每个新块的添加，完成度提高。对于比特币，通常需要六个额外的块来达到完全完成。以太坊建议由于较短的区块时间需要更多的确认。

## 什么导致网络拥堵

过载是一个复杂的现象，同时由于多种原因而产生。

**突然的活动激增。** 当加密货币的价格急剧变化或出现新的热门代币时，用户会大量发送交易。这可能超过网络处理它们的能力。到2023年春季，这种情况发生在比特币身上，当时BRC-20代币的受欢迎程度导致未确认交易的堆积——近40万笔交易在等待确认。手续费在几周内增长了超过300%。

**网络的技术限制。** 每个区块链都有自己的区块大小，这决定了可以包含在一个区块中的最大数据量。比特币最初设计时限制为1兆字节。2017年实施了SegreGated Witness (SegWit)的更新，这理论上将限制提高到4MB。如果进入的交易超过一个区块可以处理的数量，它们将会被积累。

**区块添加的缓慢时间。** 比特币大约每10分钟添加一个新块。如果交易的创建速度远远超过这个速度，就会在内存池中出现滞后和拥堵。

## 对用户和网络的影响

网络过载会导致严重的问题，从而影响服务质量。

**交易手续费的增长。** 矿工选择处理手续费更高的交易，因为这更有利可图。在网络拥堵时，用户不得不支付更多费用以加快其交易的确认。这使得使用网络变得更加昂贵，特别是对于小额交易。

**确认延迟。** 在极端情况下，交易可能需要等待几个小时、几天甚至更长时间才能得到确认。这让用户感到沮丧，并降低了区块链的实用性。

**安全和集中化的风险。** 长时间的确认延迟增加了双重支付攻击的可能性。 高额的手续费可能导致矿业权力集中在大型玩家手中，进一步加剧集中化。

**市场的波动性。** 当用户因网络过载而无法快速出售资产时，这可能会引发恐慌并加速价格下跌。

## 历史上的过载实例

**比特币在2017年底 - 2018年初。** 历史上比特币价格的上涨导致了当时最显著的过载。某一时刻，交易的平均手续费超过了50美元。这引起了整个行业对扩展问题的关注。

**以太坊与CryptoKitties。** 在2017年，去中心化项目CryptoKitties变得病毒式传播，充斥着以太坊网络。这显著减缓了网络的运行。随后，DeFi (去中心化金融)的热潮再次导致了网络的拥堵和燃气费用的上涨。

**2023年比特币BRC-20代币。** 当BRC-20代币的受欢迎程度开始上升时，比特币网络承受了压力。近400,000笔未确认的交易积累在内存池中，手续费在短时间内上涨了300%。

## 如何解决问题

有几种减少过载的方法，但每种方法都有其优缺点。

**区块大小的增加。** 允许一次处理更多的交易，从而提高吞吐量。然而，较大的区块传播的时间更长，增加了网络分歧的风险。此外，较大的区块需要更多的存储空间，这可能加剧中心化。

**区块时间缩短。** 允许网络更快地处理交易，但较短的间隔可能会增加过时区块的数量并威胁安全性。

**第二层解决方案 (Layer 2).** 这是离链解决方案，处理主要区块链外的交易，然后将最终状态记录到链上。对于比特币，这是闪电网络，对于以太坊是 Plasma 及其他解决方案。它们显著提高了可扩展性，但在实现上更为复杂，并且需要额外的安全性分析。

**分片。** 这是一种将区块链分割成多个较小的分片的方法，每个分片都能够处理交易。这可以显著提高吞吐量，但也使系统变得复杂，并带来了新的风险。

**其他解决方案。** 还考虑了乐观滚动、零知识滚动和费用调整。权益证明机制通常比工作量证明机制更快，这也有助于减少过载的频率。

## 结论

过载是区块链网络必须解决的主要挑战之一，以实现大规模采用。随着用户数量的不断增长，有效处理大量交易的能力变得至关重要——尤其是对于那些寻求在实时中提供日常操作的系统。

尽管问题严重，社区正在开发新解决方案以缓解过载。提高区块链的可扩展性仍然是行业的首要任务之一，这方面的进展将决定加密货币网络的未来。