上集回顧

前一篇文章我們首先講述了比特幣，以及用來解決比特幣網路不堪應付去中心化應用問題而興起的「以太坊」。
接著，我們介紹了以太坊的運作原理，包含了狀態定義、以太坊帳戶、智能合約程式執行，以及驗證與共識機制。

引言

隨著越來越多的 dApp（去中心化應用）被部署在以太坊主網（mainnet）上，主網變得越來越壅塞，每筆交易所需的手續費變得高昂、交易花費時間也變長。這種區塊鏈本身「容量」的問題，是目前以太坊社群正嘗試解決的一大問題。

即便不服務各式各樣的 dApp，單純將以太坊作為一種數位貨幣、交易媒介使用，原始以太坊的設計也不夠有競爭力。傳統金融體系中的交易系統，如 VISA、Mastercard，每秒能支援約 65,000 筆交易（TPS）。

相比之下，區塊鏈為了支援去中心化以及確保安全性，勢必在網路中引入大量的分散式節點，導致需要更多的時間才能達成共識。主流的幾個區塊鏈網路的 TPS 是：Bitcoin 7 TPS、Ethereum 30 TPS，而 Solana 則因為底層架構設計而宣稱能達到數千甚至數萬 TPS（但此處暫不考慮此情況）。

區塊鏈的不可能三角

由前一小節可以知道，區塊鏈網路架構受制於三個因素，分別是去中心化、安全性，以及可擴充性。而這正是 Vitalik 所提到的「區塊鏈的不可能三角（Blockchain Trilemma）」。

1. 去中心化（Decentralization）

去中心化可以說是區塊鏈的初衷，由分散的節點共同維護區塊鏈上的狀態，避免權力過度集中於單一個人或中心化組織上。

2. 安全性（Security）

安全性指的是區塊鏈網路抵擋惡意攻擊的能力，例如 51% 攻擊、女巫攻擊。透過區塊鏈的加密技術以及共識機制，能夠確保整個網路的安全性。

3. 可擴充性（Scalability）

區塊鏈網路處理交易的能力，通常以前述的 TPS（每秒交易量）來評估，而高可擴充性則意味著區塊鏈支援高 TPS，能夠快速、低成本的處理大量交易。

上面三點通常無法同時被滿足。舉例而言，當你選擇「可擴充性」時，為了提升區塊鏈的 TPS，為了降低共識機制達成共識花費的時間，勢必得減少網路中的節點數量，而這又正好會讓去中心化程度、安全性降低。

以 Bitcoin 為例，該網路選擇了去中心化與安全性，換來的則是緩慢的每秒交易量（~ 7 TPS）。而 Paypal 等中心化交易系統則透過犧牲去中心化程度，最大化可擴充性以及安全性。

失控的手續費

以太坊天生的區塊鏈架構設計，選擇了提升去中心化程度與安全性。隨著越來越多的 dApp 與 DeFi 應用部署於其上，以太坊的容量不敷使用。

容量不足不只導致低 TPS，甚至造成每筆交易所花費的手續費（Gas Price）變高。下圖是近五年以太坊手續費的變化（擷取自 Etherscan）

可以看到由於供給量固定，隨著需求的增減，在特定時間會需要高昂的手續費（Gas Price）才能完成交易。

解決方案：L1、L2 擴容

因此，以太坊社群開始探索各種擴容（提升區塊鏈網路容量）的方法。由於擴容會影響到去中心化程度與安全性，因此擴容技術的設計十分困難。這些擴容的方法主要能被分為兩類：

• Layer 1（又被稱為鏈上、On-chain）
• Layer 2（又被稱為鏈下、Off-chain）

這兩種方法分別在以太坊主網內、外設計不同的技術，以提升整個網路的容量。

Layer 1

Layer 1 又被稱為鏈上擴容，主要在主網上進行升級，以提升網路的容量，以及交易處理能力（TPS）。

常見 Layer 1 的擴容技術有：

• 分片（Sharding）
• 增加區塊大小（Block size）

Layer 2

Layer 2 又被稱為鏈下擴容，主要在主網外設計各種技術，將各種計算與交易從 Layer 1 主網移到獨立的 Layer 2 網路，以提升 TPS。L2 的絕妙之處在於能夠不犧牲以太坊主網的去中心化和安全性。

常見的 Layer 2 擴容技術有：

• Rollups（目前最主流的擴容技術）
• Sidechains
• State Channels
• Plasma

結語

本篇文章簡介了區塊鏈的不可能三角，以太坊在容量方面遇到的瓶頸，以及社群如何透過擴容技術嘗試此問題。

今天主要是概念性的介紹，之後的文章會針對各個擴容技術深入展開介紹，敬請期待！