区块链网络拥堵原因及解决方案

区块链网络拥堵是什么？

当提交到网络的交易数量超过了网络的处理能力时，就会发生网络拥堵。这种现象有多种原因，包括市场波动等外部因素，以及区块大小和区块时间等网络固有特性。在深入探讨细节之前，我们需要先了解区块是如何添加到区块链中的。

区块链技术如何运作？

区块链由一系列区块组成，每个区块包含由用户创建的交易数据。每个新区块一旦添加到链中，便成为永久且不可更改的。区块在去中心化的节点网络中传播，每个节点都存储着区块链的副本。区块链通过密码学和博弈论确保安全，是比特币和以太坊等加密货币的基础。要完全理解区块链网络为何会发生拥堵，我们需要探索影响网络处理交易能力的关键概念：内存池、候选区块、最终性以及最长链原则。

什么是“内存池”？

内存池是指等待被纳入下一个区块的未确认交易的集合。例如，当一笔交易在比特币网络上广播时，它不会立即被添加到区块链中，而是首先进入内存池（即记忆池），这是所有待处理交易的等待区域。一旦交易被确认，它就会从内存池中移除。

什么是“候选区块”？

候选区块，也称为“提议区块”，是由矿工或验证者提议添加到区块链中的区块。这些区块包含已经广播到网络但尚未被纳入区块链的未确认交易。要使候选区块成为确认区块，它必须根据区块链的共识机制进行挖掘或验证。例如，比特币的PoW（工作量证明）共识机制让矿工们竞争解决一个复杂的数学难题。第一个解决难题的矿工可以将其候选区块添加到区块链中并获得奖励。在以太坊的PoS（股权证明）共识机制中，验证者被随机选中提议候选区块。其他验证者对区块的有效性进行证明。当一个区块获得足够的证明时，它就从候选区块转变为确认区块。

区块链中的“最终性”是什么？

最终性是指一笔交易或操作不再能被更改或撤销。一旦交易达到最终性，它就会永久记录在区块链上，不能被更改或移除。在比特币区块链中，交易被广播到网络并添加到内存池中。矿工从这个池中选择并验证交易，将其包含在新区块中以添加到区块链中。这些区块中的交易被认为是确认的，但理论上其他矿工仍然可以挖掘一个竞争区块。交易的最终性随着确认区块数量的增加而增加。比特币交易通常被认为在包含这些交易的区块上追加了六个区块后达到“最终性”。由于以太坊的区块时间较短，建议更多的确认来达到类似的“最终性”信心水平。

什么是最长链原则？

如上所述，多个矿工可能在相近的时间内产生新的有效区块。这可能导致区块链的临时分叉。最长链原则指的是有效的区块链版本是投入最多计算工作的链，通常是最长的区块链。因此，较短链上的“有效”区块——通常称为孤儿块或陈旧块——会被丢弃，其交易会被退回到内存池。以太坊在使用PoW时采用了最长链原则。在2022年以太坊过渡到PoS后，网络采用了更新的分叉选择算法，测量链的“权重”，这是验证者投票的累积和，由验证者质押的以太坊余额加权。

什么导致区块链网络拥堵？

当提交到网络的交易数量超过了网络的处理能力时，就会发生区块链网络拥堵。有几个原因可能导致区块链网络拥堵：

需求增加

随着更多人向区块链提交交易，内存池中未确认交易的数量可能超过一个区块所能包含的数量。这对于区块大小和区块时间有固有限制的区块链尤为相关。交易增加可能由价格波动引起的交易活动激增或大规模采用周期的浪潮驱动。

小区块大小

每个区块链都有一个区块大小，定义了一个区块可以达到的最大大小。这个区块大小限制了一个区块可以包含的交易数量。例如，比特币最初设计的区块大小限制为1兆字节。2017年，比特币实施了一个名为SegWit的升级，以提高交易吞吐量。它将理论上的区块大小限制提高到了大约4 MB。如果交易数量超过了这个限制，就会导致网络拥堵。

慢区块时间

区块时间是指新区块被添加到区块链的频率。比特币大约每10分钟添加一个新区块。如果交易的创建速度和数量远远超过这个速度，就会出现交易积压。

网络拥堵的后果是什么？

区块链网络拥堵可能导致几个负面后果，阻碍网络平稳运行。

交易费用增加

矿工倾向于优先处理支付更高费用的交易。因此，当区块链网络变得拥堵时，用户通常需要支付更高的交易费用来激励矿工优先处理他们的交易。这可能使使用区块链比平时更昂贵，特别是对于小额交易。

交易确认时间延迟

网络拥堵可能导致交易确认和最终性的等待时间更长。在极端情况下，交易可能需要几个小时、几天甚至更长时间才能确认。这可能会引起用户的挫败感。

用户体验不佳

高昂的费用和缓慢的确认时间可能导致用户体验不佳，这可能会降低区块链的采用和可用性。

市场波动

拥堵可能加剧不确定性并促成市场波动。如果有很多用户试图卖出一种加密货币，但网络过于拥堵无法处理这些交易，用户可能会恐慌并试图迅速抛售他们的持有物。

其他后果包括安全风险和网络中心化风险。具体来说，较长的确认时间可能增加双重支付攻击的风险，而高费用可能导致挖矿能力的集中化。

网络拥堵的例子

比特币网络拥堵

2017年末至2018年初，比特币价格显著上涨，导致迄今为止最突出的网络拥堵事件之一。比特币的流行激增导致需求和交易量大幅增加，造成显著的延迟和交易费用飙升。有一段时间，平均交易费用超过了50美元。

2023年春季，由于与BRC-20代币相关的交易活动增加，比特币网络变得拥堵，导致待处理交易和费用飙升。在某一时刻，记录了近40万个未确认交易，造成内存池的瓶颈。在几周内，交易费用增加了300%以上。

以太坊网络拥堵

以太坊网络拥堵的一个显著例子发生在2017年，当时“加密猫”项目风靡一时，显著减缓了网络。由于DeFi（去中心化金融）的繁荣，也出现了网络拥堵，导致gas价格上涨。

任何区块链网络都可能变得拥堵。但比特币和以太坊网络上的网络拥堵实例由于它们的流行和重要性而引起了更多的关注，影响更广泛。

缓解网络拥堵的解决方案

增加区块大小

增加区块大小可以使每个区块处理更多的交易，有效地提高网络的吞吐量。但较大的区块需要更长的时间在网络中传播，增加了临时分叉的风险。它们还需要更多的存储空间，这可能导致增加的中心化。

减少区块时间

减少区块时间可以让网络更快地处理交易。然而，较短的区块时间可能增加孤儿区块的数量，并可能危及安全性。

Layer 2解决方案

这些链下解决方案在主区块链之外处理交易，并在链上记录最终状态。比特币的闪电网络和以太坊的Plasma是这些解决方案的例子。这些解决方案可以提高可扩展性，但实施起来复杂，并可能引入额外的安全问题。

分片

分片是一种将区块链分割成几个较小分片的技术，每个分片都能够处理交易和智能合约。这可以显著增加网络的容量。但与Layer 2解决方案类似，分片增加了复杂性，也可能引入额外的安全风险。

其他可能的解决方案包括费用调整和扩展解决方案，包括乐观和零知识汇总。PoS共识机制通常比PoW更快。

结束语

随着区块链技术预计在未来几年被更多用户采用，网络拥堵问题日益突出。网络高效处理大量交易的能力对于广泛采用和可用性至关重要。这对于旨在促进实时、日常交易的区块链系统尤为相关。

尽管区块链网络拥堵带来了重大挑战，但社区继续开发解决方案以帮助减轻这些问题。这就是为什么区块链可扩展性增强的研究处于行业的前沿。

进一步阅读

- 什么是区块链及其工作原理？- 什么是区块链交易费用？- 如何挖掘比特币？- 什么是比特币的费用-奖励比？

免责声明和风险警告： 本内容以“原样”基础提供给您，仅用于一般信息和教育目的，不构成任何形式的陈述或保证。不得将其解释为财务、法律或其他专业建议，也不打算推荐购买任何特定产品或服务。您应从适当的专业顾问处寻求自己的建议。如果文章由第三方贡献者贡献，请注意表达的观点属于第三方贡献者，不一定反映Binance Academy的观点。请阅读我们的完整免责声明以了解更多详情。数字资产价格可能波动。您的投资价值可能上升或下降，您可能无法收回投资的金额。您对投资决策负全部责任，Binance Academy对您可能遭受的任何损失不承担责任。本材料不应被解释为财务、法律或其他专业建议。欲了解更多信息，请参阅我们的使用条款和风险警告。