以太坊十周年 — 是时候摆脱三难困境了

像电力网和万维网这样的去中心化系统通过解决通信瓶颈实现了规模化。区块链作为去中心化设计的杰出成果，理应遵循这一模式，但早期的技术限制使许多人将去中心化等同于低效和性能缓慢。

随着以太坊今年七月迎来十周年，它已从开发者的试验场演变为链上金融的支柱。随着贝莱德（BlackRock）和富兰克林邓普顿（Franklin Templeton）等机构推出代币化基金，银行纷纷推出稳定币，当前的关键问题在于其能否实现规模化，以满足全球需求——在此场景下，重负载和毫秒级响应时间至关重要。

尽管经历了诸多演变，有一个假设依然存在：区块链必须在去中心化、可扩展性和安全性之间进行权衡。自以太坊创世区块以来，这一“区块链三难困境”一直影响着协议设计。

三难困境并非物理定律；它是我们终于开始学习如何解决的设计问题。

可扩展区块链的现状

以太坊联合创始人维塔利克·布特林已识别 区块链性能的三个属性：去中心化（众多自治节点）、安全性（对恶意行为的抵抗力）和可扩展性（交易速度）。他提出了“区块链三难困境”，指出提升其中两个属性通常会削弱第三个，尤其是可扩展性。

这一框架塑造了以太坊的发展路径：生态系统优先考虑去中心化和安全性，致力于在数千个节点之间构建稳健性和容错能力。但性能方面存在滞后，包括区块传播、共识和确定性的延迟。

为了在扩展的同时保持去中心化，以太坊上的一些协议减少了验证者的参与度或分片网络职责；乐观汇总，将执行移至链下 并依赖于欺诈证明来维护完整性；Layer-2 设计旨在将数千笔交易压缩成一笔提交到主链的交易，缓解扩展性压力，但引入了对可信节点的依赖。

随着金融利益的提升，安全依然至关重要。系统故障通常源自停机时间、合谋或消息传播错误，导致共识中断或双重支付。然而，大多数扩展方案依赖于尽力而为的性能，而非协议级别的保障。验证者被激励提升计算能力或依赖快速网络，但并无保障交易必定完成。

这对以太坊及整个行业提出了重要问题：在高负载情况下，我们能否确信每笔交易都会最终确认？基于概率的方法是否足以支持全球规模的应用？

随着以太坊进入其第二个十年，回答这些问题对于依赖区块链提供服务的开发者、机构及数十亿终端用户来说至关重要。

去中心化作为优势，而非限制

以太坊上用户体验的缓慢从来不是去中心化的原因，网络协调才是。通过合适的工程技术，去中心化能够成为性能优势和扩展的催化剂。

直觉上感觉一个集中指挥中心的表现会优于一个完全分布式的系统。拥有一个全知的控制者监控网络，怎么可能不会更好呢？正是在这里，我们希望解开这些假设的迷雾。

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这种信念始于数十年前，由梅达德教授提出 麻省理工学院实验室 ，旨在使去中心化通信系统在理论上达到最优。如今，随着 随机线性网络编码（RLNC），这一愿景终于可以大规模实现。

让我们进入技术细节。

为了解决可扩展性问题，我们必须首先了解延迟发生的地点：在区块链系统中，每个节点必须以相同的顺序观察相同的操作，以便从初始状态开始观察相同的状态变化序列。这就需要共识——一个所有节点就单一提议值达成一致的过程。

像以太坊和 Solana 这样的区块链，采用基于领导者的共识机制，设定了预定的时间段，节点必须在此期间达成共识，我们称之为“D”。选择过大的 D 会导致最终确认速度变慢；选择过小则会导致共识失败；这造成了性能上的持续权衡。

在以太坊的共识算法中，每个节点试图通过Gossip传播机制，通过一系列消息交换将其本地值传达给其他节点。但由于网络扰动，如拥堵、瓶颈、缓冲区溢出等，部分消息可能会丢失、延迟或被重复发送。

此类事件增加了信息传播的时间，因此，达成共识不可避免地导致较大的 D 时隙，尤其是在较大的网络中。为实现扩展，许多区块链限制了去中心化程度。

这些区块链在每个共识轮次中都需要来自一定比例参与者的证明，例如三分之二的权益。为了实现可扩展性，我们需要提高消息传播的效率。

通过随机网络线性编码（RLNC），我们旨在提升协议的可扩展性，直接应对当前实现所带来的限制。

去中心化以实现规模化：RLNC的力量

随机线性网络编码 (RLNC) 有别于传统的网络编码。它是无状态的、代数性质的，并且完全去中心化。每个节点独立混合编码信息，而非试图微观管理流量；但其效果却达到最佳，仿佛有中央控制器在协调整个网络。数学证明表明，没有任何集中调度器能超越此方法的表现。这在系统设计中并不常见，也正是此方法强大的原因所在。

与其转发原始消息，启用 RLNC 的节点通过在有限域上使用代数方程将消息数据划分并传输为编码元素。RLNC 使节点仅需利用这些编码片段的子集即可恢复原始消息，无需每条消息全部到达。

它还通过让每个节点即时将所接收的数据混合成新的、独特的线性组合，从而避免了重复。这使得每次交换的信息量更大，同时对网络延迟或丢失具有更强的适应性。

随着以太坊验证者现正通过 OptimumP2P 测试 RLNC —— 包括 Kiln、P2P.org 和 Everstake —— 这一转变已不再是理论上的，且已经在进行中。

接下来，基于 RLNC 的架构和发布-订阅协议将接入其他现有区块链，助力其实现更高吞吐量和更低延迟的扩展。

呼吁建立新的行业基准

如果以太坊要在其第二个十年内成为全球金融的基石，就必须超越过时的假设。它的未来不应由权衡取舍决定，而应由可验证的性能定义。权衡三难不是天然法则，而是旧有设计的局限，我们现在有能力克服这一局限。

为了满足现实世界采用的需求，我们需要将可扩展性作为一级原则设计的系统，并以可证明的性能保障为支撑，而非权衡取舍。RLNC 提供了一条前进的道路。凭借在去中心化环境中基于数学的吞吐量保障，它为更高性能、更具响应性的以太坊奠定了有前景的基础。

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