京都大學揭示區塊鏈三難困境的數學公式

在區塊鏈開發中，人們長期以來一直認為，以下三個要素中只有兩個可以同時實現：可擴展性、安全性和去中心化。這個概念被稱為區塊鏈三難困境，它指導了該行業的大部分發展。然而，到目前為止，還沒有精確的數學表達式來表示這個規則。

京都大學的研究人員透過發現區塊鏈三難困境的數學公式解決了這個問題，特別是針對比特幣等基於工作量證明的區塊鏈。根據他們的研究結果，這些系統中的可擴展性、安全性和去中心化的乘積等於一。

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團隊負責人、京都大學電腦與媒體研究中心的Kazuyuki Shudo 解釋說，該公式提供了在不損害安全性或去中心化的情況下提高可擴展性的見解。他確定了兩種潛在方法：減小區塊或交易集的大小，以及提高發送和接收區塊的速度。

Shudo 的團隊分析了現有的增強可擴展性的方法。其中一個例子是比特幣的緊湊區塊中繼，它可以減少區塊內交易的大小。該公式還強調，增加三個術語中的一個本質上會減少其他術語，從而阻礙同時實現可擴展性、安全性和去中心化。

歷史背景和進一步見解

區塊鏈三難困境最初是由以太坊聯合創始人Vitalik Buterin 含糊地提出的。此後，這個命題引發了各種解釋，並提出了許多解決方案，儘管沒有一個能徹底解決這個問題。 Shudo 指出，雖然已經提出了許多可擴展性改進技術，但尚不清楚這些技術在多大程度上損害了安全性和去中心化。

在先前專注於區塊鏈安全的研究中，Shudo 的團隊確定了另一個代表安全指數F 的公式，該指數與分叉發生的機率有關。該公式還包括可擴展性，以每秒交易量為單位。這項早期工作啟發了團隊透過改造先前的安全公式來開發三難困境公式。

數學基礎與未來方向

團隊發現，調整網路通訊所需的時間（表示為P）會影響區塊生成哈希率的赫芬達爾-赫希曼指數(HHI)，進而影響區塊建構能力的去中心化性。 HHI 用於衡量市場中心化度，並在此應用於評估區塊鏈產業內的去中心化性。

雖然研究人員專注於工作量證明，但京都大學資訊學研究生院的Taishi Nakai 強調了以太坊最近向權益證明過渡的重要性。 Nakai 提到，這種過渡啟發了團隊尋求適用於權益證明系統的類似公式。

結論和更廣泛的含義

京都大學研究人員發現區塊鏈三難困境的數學表達式，這是區塊鏈開發領域的一個重要里程碑。該公式不僅驗證了三難困境概念，還為旨在平衡可擴展性、安全性和去中心化的未來創新提供了結構化框架。

該團隊的工作為探索區塊鏈系統如何在保持這三個關鍵要素的最佳平衡的同時發展開闢了新途徑。隨著區塊鏈產業不斷發展和成熟，此類基礎研究對於指導其發展以及確保未來區塊鏈應用的穩健性和效率至關重要。