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在傳統的賬本系統中，所有用戶的交易信息都寫在同一個賬本上，由此來保證用戶之間不出現沖突的交易信息。而這個唯一賬本的記錄、檢索一般交由可信任的第三方機構進行（如銀行）。在這一系統中，所有用戶向第三方機構支付信任，由機構保證賬本不被惡意篡改。這是一種中心化的體系，好處是機構可以集中處理大量交易信息，但同時所有交易行為都不得不經過機構的處理，用戶在一定程度上將受到機構的控制。

區塊鏈技術正是提出一種分布式賬本的架構，把第三方機構從系統中剔除，讓人與人之間可以直接進行交易。區塊鏈的解決思路是讓所有用戶都擁有一本賬本，所有用戶都參與到記賬的過程中。然而這樣也帶來一個問題：如何確保所有用戶擁有的是同一本賬本？亦即：如何保證賬本信息的一致性？

在區塊鏈中，交易信息是向全網絡廣播的，每位用戶都能接收到交易信息。由此，賬本信息的一致性問題，實際上變成一種“唯一性”問題：只要設計一種規則，確保只有唯一一種交易信息能通過篩選保留下來，即可保證各個用戶記錄下來的是同一種信息。

在區塊鏈，“區塊”和“鏈”就是實現這種唯一性的數據結構。

區塊存儲的是一段時間內的交易信息，實際上是對交易信息的一種封裝；在比特幣里，一個區塊可存儲約3000筆交易信息。一旦這個區塊被確認，3000筆交易就一同被確認了。如果不對交易信息進行封裝，每次確認一筆交易，則需要高頻的確認操作，效率降低。

同時，每個區塊又包含了上個區塊的地址信息，環環相扣，形成從最新區塊到創世區塊的一條“鏈”。新區塊的產生有多種方案（如PoW、PoS、DPoS等），分叉的情況時有出現；而大部分區塊鏈項目都共同遵循“選最長鏈作為主鏈”的規則。這一規則可保證即便出現分叉，在一定時間后，總能有一條鏈條是公認的“主鏈”。（如圖1）

                                                         圖1 “選最長鏈作為主鏈”規則

由于最長鏈是唯一的，所有用戶都將把同一鏈條記錄在本地數據庫上，這就保證了賬本的唯一性，也就解決了賬本一致性的問題。

此外，鏈式結構還帶來一個好處。所有的區塊都通過“鏈”聯結在一起，形成了一個緊密的整體。如果黑客想要篡改某個區塊的內容，則無法直接插入某個新的區塊，而需要從此往后的整個鏈條重新替換，代價高昂。由此可避免篡改交易等攻擊。

然而這種數據結構仍然存在問題：吞吐量低。在區塊鏈中，為了避免存在沖突的交易信息（不允許持續的分叉），也為了保證賬本的一致性（需選出唯一的鏈），區塊鏈采用的是最長單鏈結構。由于每次只能新增一個區塊，區塊信息的傳播、確認需要時間，而區塊的容量有限，這就使得一段時間內，能記錄的交易信息存在上限。可見，“吞吐量低”實際上是滿足一致性要求而付出的代價。目前比特幣區塊鏈平均一秒只能處理約7筆交易，與中心化的電子支付系統存在較大差距。

為解決吞吐量問題（可拓展性問題），一個重要的思路是讓多筆交易可以同時并行處理。側鏈技術通過對主鏈上的款項進行鎖定、解鎖的操作，可把不同區塊鏈進行聯結（如圖2），擴充了交易處理的空間。而分片的思路則是把用戶劃分為不同的片區，每個片區里的交易可以獨立驗證、并行進行，而跨片區之間的交易則需進行額外處理（如圖3）。在側鏈、分片技術中仍存在主鏈，兩者均是通過限制交易的靈活性（如款項被凍結、交易的對象受限等），在保障安全的前提下，滿足賬本的一致性。

                                                                   圖2 側鏈示意圖

                                                                  圖3 分片技術示意圖

而另一方面，DAG（有向無環圖）則是對另一種數據結構形式的探索。如果說區塊鏈是一個同步系統（一段時間內所有用戶共同確認一個新區塊），DAG則是一個異步系統。在DAG中，區塊可以隨時產生，而一個區塊與多個父區塊進行連接（如圖4）。這樣一來，所有人可以隨時記賬，交易信息的記錄速度大為提高。

                                                                圖4 DAG示意圖

然而由于多個區塊同時產生，且均有效，DAG無法以“唯一最長鏈”來保證一致性。在這方面，有的項目以“歷時性”來保證DAG上賬本的一致性。具體而言，在DAG中一個新區塊將隨機選擇兩個次新的區塊進行連接，同時對與之相連的所有區塊進行交易信息的驗證。經歷了多次驗證的區塊，其交易內容存在沖突的可能性很低，可被認為是已確認的交易信息。這一方案里，一致性的驗證依賴于區塊網絡的延伸和增長。

其他項目則以“全連接”來保證賬本一致，即每個新的區塊都與之前所有區塊相連，并驗證此前的所有交易信息。還有項目以“次序”來保證一致性，由區塊遞歸投票來確認新的區塊等。

DAG帶來吞吐量的提高，然而“一致性”始終是個有待解決的復雜問題，目前問題的解決都需要付出一些代價：可能是交易信息的確切驗證時間有所延誤；也可能是節點與節點之間需要進行大量的網絡通訊，使得實際交易速度仍有待觀察。

歸根到底，分布式賬本的“一致性”問題，是一個平衡的問題。不妨說“一致性”是一個系統目標，而達成這一目標需要付出相應的資源：因此或犧牲交易速度，或限制交易的靈活性，或延后確認時間，或提高對全網的傳輸要求，都是不同系統條件下進行的適應性選擇。相信上述提及的不同技術，將在不同的應用場景下，得到進一步的探索和驗證。