想像一下，如果你的銀行轉帳需要 10 分鐘才能確認，而且每次交易都消耗了一個小型家庭一整天的用電量，你會怎麼想？

這聽起來像是科幻小說中的荒謬情節，但事實上，這正是當前許多區塊鏈網絡面臨的現實挑戰。然而，LLM 正在為這些看似不可能解決的問題帶來曙光，今天讓我們一起來看看 LLM 如何提升區塊鏈的共識機制效率。

什麼是區塊鏈共識機制？

區塊鏈共識機制（Consensus protocols）指的是在區塊鏈的去中心化分散式網絡中，用於確保所有參與節點就交易的有效性和帳本狀態達成一致意見的一套規則和流程 [1]。

不同的區塊鏈使用不同的共識機制，最常見的是比特幣[2]使用的 Proof of Work (PoW)，以及以太坊[3]使用的 Proof of Stake (PoS) 機制，其他還有 Proof of Authority (PoA)、Proof of Elapsed Time(PoET)、Proof of Retrievability (PoR) 等 [4]。共識機制目前有很多變化形式，之後我們會再用一篇文章來專門介紹。

今天我們先瞭解最常見的兩種：

• PoW： 參與者（通常稱為礦工）透過自身的計算能力，競爭解決一個困難的密碼學難題。最先找到符合特定條件的解答的節點獲得建立新區塊的權力，並可能獲得相應的獎勵。其餘節點則驗證這個解答和新區塊的合法性。一旦該區塊被網路中的大多數節點確認有效，就會被永久加入到區塊鏈上。這個過程確保了交易的安全性和不可篡改性。
• PoS：參與者透過質押（Staking）自己的加密貨幣來取得成為驗證者（Validator）的資格。驗證者有機會被選為區塊提議者（Block proposer），負責創建新區塊。例如，在以太坊 2.0 中，參與者需要質押 32 ETH 才能成為驗證者。系統會根據一定的演算法隨機選擇驗證者來提議和驗證新區塊。這種機制降低了能源消耗，同時通過經濟激勵確保網路安全。

區塊鏈共識機制的效能瓶頸是什麼？

相較於傳統支付網路，例如 VisaNet，目前主流區塊鏈面臨的效能瓶頸，主要有以下三點：

• 交易吞吐量(Throughput)低：由於區塊鏈沒有中心化機構協助確認交易，其每秒可確認的交易數量仍有限。例如，效能提升後的 HyperLedger Fabric 可達到每秒 20,000 筆交易，但相比以目前 2024 年 VisaNet 聲稱的每秒 65,000 筆交易處理能力，仍有顯著差距。
• 能源消耗高：在 PoW 機制中，參與者必須投入大量硬體計算能力以爭取解決數學問題的優先權(又稱為挖礦)，導致能源大幅消耗。因此，某些區塊鏈正在轉向更節省能源的 PoS 等共識機制。
• 交易延遲確認時間長：由於需要分散式網路中的各節點達成共識，區塊鏈的交易確認時間通常比傳統中心化系統長。例如，比特幣平均需要 10 分鐘才能確認一個區塊，這對某些需要即時處理的應用場景可能不適用。

LLM 在提升區塊鏈共識機制中的應用潛力

針對剛剛提到的三個主要效能瓶頸，LLM 可以協助如下：

• 提高交易吞吐量：LLM 透過分析交易內容，快速識別並分類交易，為高優先且低風險的交易提供快速通道。另外可以分析歷史數據，最佳化共識機制的各項參數，提升共識達成效率。
• 降低能源消耗：對於 PoW 區塊鏈，LLM 可以協助最佳化挖礦策略，減少不必要的能源消耗。
• 縮短交易延遲確認時間：同樣地，LLM 可以自動分析交易型態，識別低風險交易，並且針對低風險交易提供低層級的驗證要求，以提升交易延遲確認時間。

應用範例：利用 LLM 區塊鏈共識機制

假設我們有一個用於跨境支付的區塊鏈，平常都是按照先到先處理的方式來處理支付需求，這樣的問題是比較緊急或高優先的交易無法被優先處理。

但是導入 LLM 後，我們可以透過 LLM 協助識別交易類別，並且為高優先且低風險的交易進行快速確認，以提升區塊鏈共識機制效能瓶頸。

實施上的挑戰是什麼？

導入 LLM，第一個要注意的是 LLM 架構設計，必須也要符合一定的分散式架構，否則會造成另一個集中式節點出現，違反區塊鏈去中心化的準則。

第二項也是跟先前相同，需要特別保護用來訓練 LLM 的交易資料，避免敏感資料外洩。

最後是必須定期檢視 LLM 的識別結果，確保其行為如我們原先預期。

結論與未來展望

LLM 的強大功能，可以為區塊鏈共識機制帶來效率上的提升，然而，運用上還是必須考慮的相當多的技術細節。未來可以預期在各個節點上，使用 LLM 來協助處理共識機制的應用會越來越多。

在下一篇，我們將討論 LLM 如何支持區塊鏈的可持續性與環境友善，我們明天見！

參考資料

1. Guru, A., Mohanta, B. K., Mohapatra, H., Al-Turjman, F., Altrjman, C., & Yadav, A. (2023). A survey on consensus protocols and attacks on blockchain technology. Applied Sciences, 13(4), 2604.
2. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A peer-to-peer electronic cash system. Satoshi Nakamoto.
3. Asif, R., & Hassan, S. R. (2023). Shaping the future of Ethereum: Exploring energy consumption in Proof-of-Work and Proof-of-Stake consensus. Frontiers in Blockchain, 6, 1151724.
4. Xiao, Y., Zhang, N., Lou, W., & Hou, Y. T. (2020). A survey of distributed consensus protocols for blockchain networks. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 22(2), 1432-1465.
5. Gorenflo, C., Lee, S., Golab, L., & Keshav, S. (2020). FastFabric: Scaling hyperledger fabric to 20 000 transactions per second. International Journal of Network Management, 30(5), e2099.