颠覆“不可能三角”，别看小看星星点点的努力

虽然比特币暴涨了一波，但仍有人质疑区块链的可靠性，尤其是公链。最常提到的问题是交易处理效率太低、每秒交易次数（TPS）太少。例如，“比特币每秒只能处理个位数的交易，以太坊也只有20多笔每秒，怎么可能成为下一代分布式社会的底层平台？”这类问题经常出现在区块链的批评声中，也是国内外区块链团队工作的重点。然而，很多团队宣称他们在短短几个月内研发出每秒处理十万甚至百万次的区块链底层系统，这让人难以分辨真假。

为了更好地理解这个持续热议的问题，我们从技术角度来讲解目前能提升TPS的“可信”方法和技术路线。希望读完本文后，大家能够明白宣传中所说的“百万TPS”背后的含义。

首先，区块链有一个著名的“三难问题”，也被称为“不可能三角”，即区块链系统无法在可扩展性、安全性和去中心化程度这三项指标上同时达到最优。换句话说，区块链必须在这三个方面做出折衷。

“不可能三角”对于区块链至关重要：如果抛开其中其他两个指标而仅关注一个，那就不是真正的区块链。例如，支付宝的TPS很高，但它是中心化的，违背了区块链的“多方参与、共同记账”的开放环境。再如联盟链是一种TPS很高的区块链方案，但在安全性和去中心化程度上都有妥协，仅能在成员已知且可信的环境中使用，而不能适用于区块链公链的开放成员环境。因此，当我们听到高TPS时，首先要思考其中暗藏的价值和问题。

近年来，很多研究工作都致力于在“不可能三角”上找到优化权衡的方法，可以大致分为三类：从共识机制、区块结构和系统实现三个方面入手。

从共识机制出发是目前最受关注的领域。除了大家熟知的工作量证明（PoW）和权益证明（PoS），还出现了DPoS、Algorand、zk-SNARK和Stellar等方法。虽然这些方法各不相同，但可以分为三个子类：

1.中本聪的忠实信徒：这部分人以中本聪的比特币白皮书为准则，只是在PoW共识中做了一些小改动，例如调整区块大小（这种行为常引发争议）来提高TPS。这一派通常由传统的比特币矿机矿场主导，虽然增加区块大小会增加传输延迟和分叉风险，但由于矿场网络的特殊性，实际应用中可以获得数倍的TPS提升（与区块增大倍数有关）。

2.对中本聪共识进行创新改进：这部分人可分为两类，一类认为“计算即正义”，认为只有PoW中的计算才是数字世界的本质；另一类则认为PoW经受多年考验几乎没有出现大问题，仍然是首选。然而，在改进派中，有些人认为基于PoW的共识协议需要大创新才能与时俱进。一些学术研究通过网络和分布式系统等角度改进了区块链，代表性工作包括Bitcoin-NG、Byzcoin和Bicomp等。这些方法通常对传统中本聪共识有较大改变，如改变PoW的作用、改变区块结构和解耦区块生成和交易打包过程等。然而，它们通常也会带来新的问题，比如Bitcoin-NG可以在PoW共识下达到很高的TPS，但会造成网络中的某些节点权力过大问题。为了解决这个问题，Bicomp提出了一种双层区块结构，让不同节点打包不同功能的区块，以分权制衡。除了这些代表性工作，改进派中还有一些更激进的方法，对区块链的链式结构进行了重构，提出了有向无环图（DAG）等结构。这些方法的TPS差异很大，从几百到几万都有，TPS越高，安全性和去中心化程度的牺牲就越大，这与选择PoW的初衷相违背。此外，这些方法总体上也受到PoW计算耗时、区块衔接设计和传播、交易传播时间等限制。

3.完全抛弃中本聪共识的革新派：代表有传统的权益证明和股份授权证明，还有新兴的zk-SNARK、Algorand和UENC等。其中，UENC是最具颠覆性和创新性的。UENC是一个近年崛起的新一代公链，采用创新的DPOW共识算法，大幅提升了交易效率。值得称赞的是，UENC保持了去中心化的特性。从某种意义上，UENC突破了“不可能三角”。我们拭目以待。