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原文标题：Blockchain scalability and the fragmentation of crypto，作者：Frederic Boissay, Giulio Cornelli, Sebastian Doerr, Jon Frost，来源：BIS Bulletin No.56，发表日期：2022年6月7日
译者：张一苇

关键点

通过向去中心化的验证者提供货币激励，非许可区块链得以运作。然而，维持这些激励的机制势必造成拥塞效应和高收费。这些高收费鼓励人们使用替代链，从而导致了加密货币格局的割裂。
更新颖的区块链有更高的性能，即便这是以更高程度的中心化和更薄弱的安全性为代价。设计上的差异也排除了区块链的互操作性。
有限的可扩展性和互操作性的缺失不仅阻碍了网络效应生根发芽，一套平行区块链体系也增加了治理和安全风险。
尽管存在割裂，不同区块链上的加密货币表现出强烈的价格联动，因为它们通常拥有相同的投资者基础，增长也都是靠投机买家来维系。

正文

在过去的两年里，加密货币宇宙经历了爆炸性的增长。从2020年1月到2021年11月，加密货币的价值上涨了十倍还多，峰值达到2.8万亿美元，随后在2022年6月崩盘，缩水至1.2万亿美元。去中心化金融（DeFi）领域的锁仓资产上涨了180倍，达到1090亿美元。

随着该体系的发展，割裂的迹象开始出现。最初，大多数DeFi协议在以太坊区块链上运行，其费用相对较高。然而，自2021年初以来，被奉为“以太坊杀手”的更新颖对手网络的市场份额不断扩大（图1，左面板），特别是Binance、Avalanche和Terra（直到最近）的足迹迅速增加。2022年5月初，与以太坊协议相关的加密货币总价值，仅占DeFi总锁仓价值的一半。

在DeFi领域，协议指的是用于设计去中心化应用（“dApp”）的代码——或指应用本身，它允许用户之间进行交易（如借贷、交易等）。当资产在DeFi中被用作抵押品时，它们就被“锁仓”了。

加密货币格局的割裂与传统支付网络形成鲜明对比，后者得益于强大的网络效应。在传统体系中，涌向某个平台的用户越多，该平台对新用户就越具有吸引力，从而形成良性循环。这推动了成本下降，提高了服务质量，促进了金融包容。最近推出并迅速得到接纳的巴西Pix即时支付系统就反映了这些动态。在推出后的短短一年多时间里，Pix已经有1.14亿用户注册，占该国成年人口的67%。

本文认为，割裂产生于区块链的固有局限。为了在区块链上维持一套去中心化的共识体系，利己的验证者需要因记录交易而得到奖励。要确保奖励足够丰厚，就得限制每个区块的最大交易数量。当交易数量逼近这一限额时，拥塞会使交易成本指数级增加。虽然拥塞和与之相关的高收费是激励验证者的必要条件，但这会诱使用户去寻求替代链。这带来的是一套无法得益于网络效应的平行区块链体系，并引发对整个体系治理和安全性的担忧。

图1 越多越麻烦：割裂而非网络效应

区块链，加密货币与DeFi

加密货币建立在非许可分布式账簿技术（DLT），即区块链之上。关键在于，区块链不是置信于中心化中介（如银行和央行），而是由众多伪匿名的、利己的验证者通过奖励和收费激励来维系。

非许可DLT允许任何进入者扮演网络中的验证者或验证节点（而无需获得许可），使用一个地址（一种化名）而不是一个经过核实的身份——因此它具有“伪匿名性”。新的交易“区块”被添加到账簿中，从而创建一个区块链。区块链通常被称为“一级”网络，即能够验证、处理和完成链上交易的底层网络，而不需要另一个网络。“二级”解决方案建立在一级网络之上，但这些交易大多发生在链下，只是零星地报告给底层的一级链。

区块链和加密货币的使用，在走向去中心化体系的过程中至关重要。有了区块链，任何参与者都可以在公共账簿上进行交易——无论是资金转移、锁仓资产作为抵押品还是其他功能——而不需要一个中心化中介来跟踪交易。由于所有的交易都是公开的，区块链必须具有伪匿名的特点。由于交易历史可以公开查看，并与具有相应地址的特定钱包联系在一起，交易背后各方的真实身份（即地址的所有者）仍然是隐藏的。

即使区块链在原则上提供了匿名性，但特定加密货币的全部交易历史都记录在公共账簿上。这意味着，如果一个用户的地址被识别，就有可能追踪该用户的全部交易历史——从而侵犯了用户隐私。这些特点同样意味着区块链分析公司和执法部门可以利用辅助信息（例如在线论坛上与交易相关的帖子）来识别交易各方。

加密货币是用户之间的交易手段，也是奖励运维去中心化体系的验证者的重要手段。假设Juanita想把加密货币卖给Hiro。买家Hiro（其身份隐藏在他的加密数字签名后面）将首先广播交易细节（地址、金额、费用）。然后验证者相互竞争以核实这笔交易，谁先完成（即出具有效的工作量证明，即PoW）谁就将这笔交易添加到区块链上。接下来，更新过的区块链在所有矿工和用户之间共享，他们核实该交易是否与过去历史有出入。然而，这个过程成本高昂，因为它要么需要算力，要么（在持有量证明，即PoS的情况下）需要大量质押加密货币（即“买定离手”）。验证者需要通过货币激励，即区块奖励和费用获得补偿。费用以支撑特定区块链网络的加密货币计价，通常由参与交易的各方支付。在以太坊中，这被称为“gas费”。Gas费的水平波动很大，主要由交易需求决定。

在PoS系统中，验证者将自己的加密货币作为抵押品进行质押。如果他们玩忽职守或做出欺诈性决定，他们将受到惩罚，失去他们的部分质押。从这个意义上说，他们的质押就是“买定离手”。

DeFi是一系列金融应用，旨在提供类似传统金融的服务和产品，但是以建立在区块链之上的去中心化形式。交易以加密货币计价执行，通常是通过自我执行代码，如果发生特定事件就会触发交易（“智能合约”），并被记录在区块链上。智能合约因以太坊的发展而成为可能，它是第一个具有可编程性的主要区块链。这意味着交易或转账可以在预先指定的条件得到满足时结算。因此，具有可编程性的区块链，是提供借贷或加密货币交易等服务的去中心化应用（dApp）的基础。

拥塞和高收费导致加密货币格局的割裂

正是区块链的固有特点——首当其冲的是去中心化节点验证交易的激励需求——推动了加密货币格局的割裂。

利己的验证者负责在区块链上记录交易。为了确保账簿的完整性，必须通过足够高的货币奖励来激励验证者。由于加密货币体系的伪匿名性，他们不必担心名誉损失，无法被解雇，而且往往不能根据法律追究其责任。费用还需要足够高，以打消验证者作弊和窃取资金的动机。如果费用过低，共识机制就会失效，破坏体系的安全性。这种权衡是去中心化、安全性和可扩展性之间“区块链可扩展性三难困境”的核心。

因此，为了保证给验证者足够高的奖励，区块链限制了每个区块的交易数量。在以太坊上，目前这意味着每秒约30笔交易的限额（相比之下，Visa平均每秒处理约1700笔交易）。一旦请求的交易逼近这个限额，就会出现拥塞，交易成本就会指数级增加（图1，中面板）。原因是开出更高费用的交易更有可能得到验证，因为它们会给验证者带来更高的回报。为了避免漫长的等待时间，用户开出更高的费用，从而在拥塞时期竞相抬高价格。例如，虽然在流量不大的时期，交易费用平均约为1美元，但在高度拥塞的日子里，交易费用可能平均高出75倍以上。对交易数量的必要限制，来自于确保共识的经济激励，这也意味着简单地增加验证者并不能解决拥塞问题。

随着gas费的激增，内置的规模限制和相关的高交易成本导致割裂，用户转向替代区块链（“一级网络”）以更低的费用进行交易。例如，以太坊的gas费飙升后，其他区块链上的协议数量迅速增长，例如Avalanche、Binance或Solana（图1，右面板）。因此，随着进入DeFi体系的用户越来越多，相互竞争的区块链也越来越多。

尽管更新颖的区块链最初与更老旧的区块链共享协议，但它们在具体的设计特点上存在差异。事实上，第一批在新区块链上运行的协议，在以太坊上早已存在（图2，左面板）。这种模式表明，用户是为了执行在以太坊上成本日益高昂的交易，才转向其他区块链。然而，更新颖的区块链往往以更高程度的中心化和更薄弱的安全性为代价，优先考虑提高交易限额。

以太坊有超过30万个验证者，而Avalanche上有约1200个，Solana上有约1600个。在依赖更庞大验证者网络的区块链中，每个验证者对共识的影响有限，账簿更不容易被一个验证者操纵。但这也意味着每笔交易需要更长的时间来验证，隐含更高的验证者成本，因此需要更高的回报。也正因此，这样的区块链会更快地出现拥塞。另一方面，在验证者更少的区块链上，一小撮验证者操纵网络的可能性更大。

图2 区块链的割裂与跨链桥的崛起

品种越多，麻烦越多：互操作性，跨链桥和安全漏洞

加密货币体系的割裂带来了额外的风险，因为不同的区块链是不能互操作的。互操作性是指协议和验证者在不同的区块链之间访问与分享信息的能力。换句话说，这意味着不同的区块链可以互相核实对方的交易历史，并分享相同的“真相”。然而，互操作性在实践中是无法实现的：由于每个区块链有不同的验证机制，它们无法就另一个区块链上交易的真实性达成相同的共识。

即使两个链共享相同的验证机制，也无法实现互操作性。正如布特林所解释的，“[......]不可能在链A内的机制完全验证链B的同时，让链B内的机制完全验证链A，原因与两个盒子不能同时装下对方一样”。

为了解决互操作性的问题，并允许加密货币跨链转移，出现了“跨链桥”。例如，一个用户可以发送100个以太币到一个中心化对手方（桥），以太币被储存在那里。这项交易将在以太坊区块链上得到验证。然后，桥在另一条链上铸造与这100个以太币等值的新货币，并将其转移给用户。这第二笔交易将被记录在其他区块链上，而不是以太坊上。随着区块链数量的增加，桥的数量也在增加（图2，右面板）。桥不仅不能解决区块链格局的割裂问题，而且意味着共识机制高度集中，从而引入新的安全风险。桥往往仅需要有限数量的验证者多数来核实交易。这种共识机制允许更快的交易，但它们通常仰赖仅有的几个验证者的可信度，因此徒增攻击风险，危害安全性。事实上，跨链桥正是最近几次高调黑客攻击的中心，例如最近影响Axie Infinity的黑客事件——凸显了安全漏洞的脆弱性。

Axie Infinity黑客攻击是跨链桥攻击的一个很好的例子。Axie Infinity是一款流行的玩赚（play-to-earn）视频游戏，在Ronin二级区块链上运行。桥允许用户将加密货币从Ronin转移到以太坊，前提是9个验证者中的多数同意该交易。2022年3月23日，黑客获得了五个验证者的私钥，伪造了Ronin钱包的提款指令，并将价值6.25亿美元的以太币贷记到他们自己的以太坊钱包。

实现可扩展性的另一种尝试是所谓的“二级”解决方案。区块链，如以太坊、Avalanche、Binance或Solana，通常被称为“一级”网络。一级区块链上的任何交易都被验证并记录在各自的公共账簿上，即“链上”。相比之下，二级解决方案（如比特币闪电网络）上的大部分交易发生在链下，而且交易只是零星地以打包的方式报告给底层的一级链。因此，二级区块链允许更高的交易限额和更低的费用，但代价是放弃了去中心化，带来与跨链桥类似的风险。

另一个建议的解决方案是分片（sharding），这涉及在不同的验证者群体中分配验证工作。

没有互操作性的割裂，意味着加密货币不能履行货币作为协调装置的职能。从根本上说，货币是一种社会建构，因为人们接纳货币是期望其他人在未来也会这样做。因此，货币表现出正面的网络外部性：使用它的人越多，愿意这样做的人就越多。最终，这些网络效应会让社会通过同一种独特货币进行协调，从而减少交易成本。另一边的区块链，则表现出负面的网络外部性。一个给定用户在一个区块链上的交易越多，他们对体系造成的拥塞就越严重，其他所有人的交易费用就越高。即使每个人都想用同一种加密货币进行交易，拥塞也会导致新品种的激增。

尽管货币品种激增，但该体系——在投机用户流入的推动下——在各种加密货币的价格之间表现出强烈的联动。紧随价格上涨的时期，被赚快钱的潜力所吸引，通常会有更多用户涌入（图3，左面板）。由于同一用户通常还会购买几种加密货币，所以有强烈的价格联动。2022年一季度，不同区块链之间加密货币价格的成对相关性平均为0.6，从以太坊和Terra之间的低点0.25，到以太坊和比特币之间的高点0.91（右面板）。当区块链提供类似服务（即分享共同协议，用X轴表示）时，两个区块链上加密货币价格的相关性特别高，这表明投资者使用性质相当的协议在不同区块链上进行类似的交易（例如借一种稳定币来炒作另一种加密货币）。因此，加密货币格局为投资组合多样化提供的空间非常有限。

图3 体系依靠新用户的涌入得以维系，驱动加密货币价格联动

当新用户的涌入停止时，市场会迅速土崩瓦解。2022年5月轰然倒塌的Terra区块链就是一个例子。它依赖于一种加密货币Luna，和一种名为TerraUSD的算法稳定币。由于后者下跌脱钩，用户迅速丧失了对Luna价格会进一步上涨的信心。因此，TerraUSD和Luna都经历了一场典型的挤兑，导致其价格崩溃。这也导致了区块链本身的安全风险。Terra区块链允许每秒10000笔交易，但其委托式PoS机制意味着只有约130名委托人负责验证。由于验证者Luna质押的价值跌到几乎为零，任何人都可以在几乎没有成本的情况下获得大量Luna进行质押，并成为主导验证者，从而大大增加了治理攻击的风险。因此，Terra不得不停止其区块链。

总结

在非许可区块链的基础上，加密货币和DeFi试图创建一套全然不同的货币体系，但它们受到固有限制的桎梏。一套体系要通过奖励一组去中心化的利己验证者来维系，意味着网络效应无法形成。相反，该体系很容易出现割裂，而且使用成本很高。

割裂意味着加密货币不能履行货币的社会职能。归根结底，货币是一种促进经济交换的协调装置。只有存在网络效应的情况下，它才能做到这一点：使用一种类型货币的用户越多，对其他人来说使用它的吸引力就越大。展望未来，建立在对主权法币信任之上的创新有更广阔的前景。

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译者：张一苇

来源：Blockchain scalability and the fragmentation of crypto, Frederic Boissay, Giulio Cornelli, Sebastian Doerr and Jon Frost, BIS Bulletin No.56, Jun. 7th 2022