區塊鏈吞吐量與延遲:決定因素與指標 |Quicknode您正在運行一個Hyperliquid 節點嗎?透過Hyperliquid 對等連線,為區塊和完整的記憶池啟用直連路徑。
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區塊鏈吞吐量區塊鏈每秒交易量 (TPS)
簡而言之:吞吐量與延遲是區塊鏈效能的兩種不同衡量指標,但常被混淆。吞吐量代表處理能力:網路每秒能處理多少筆交易(TPS)。延遲則代表速度:單筆交易從確認到最終完成所需的時間。以高速公路為例,有助於釐清兩者的區別。吞吐量相當於高速公路每小時能承載多少輛車。 延遲則是單輛車從入口行駛至出口所需的時間。一條高速公路可能具備高吞吐量(車輛眾多),但延遲較高(因壅塞導致車速緩慢);也可能吞吐量較低(車輛稀少),但延遲較低(每輛車行駛迅速)。最優秀的區塊鏈會同時優化這兩項指標,但兩者之間確實存在取捨。
簡單的解釋
當人們問「哪個區塊鏈最快?」時,通常指的是延遲:我的交易能多快獲得確認?但大多數區塊鏈專案的行銷資料卻著重於吞吐量:網路每秒能處理多少筆交易。這兩者雖有關聯,卻是截然不同的指標;若將兩者混淆,將導致不當的架構決策,並產生不切實際的效能期望。
吞吐量以每秒交易數(TPS)為單位,用以表示網路能處理的總工作量。Ethereum 的處理量約為 15 至 30 TPS。Solana 在實際運作中可處理數百至數千 TPS。Bitcoin 的處理量則為 5 至 7 TPS。這些數字代表網路的總處理能力,即每秒可納入區塊中的所有使用者交易總數。
延遲(以秒或分鐘為單位)指的是單筆交易從提交到最終確認所需的時間。在Ethereum 上,一筆交易通常會在 12 至 24 秒內被納入區塊,但約需 12 至 13 分鐘(兩個最終性週期)才會被視為最終確認。 在Bitcoin 上,一筆交易通常會在 10 至 60 分鐘內被納入區塊,並在獲得六次確認(約 60 分鐘)後被視為可靠地結算。在Solana 上,一筆交易通常會在 400 毫秒至數秒內獲得確認。
區塊鏈可能具備高吞吐量但高延遲(每秒處理大量交易,但每筆交易確認所需時間較長),或是低吞吐量但低延遲(每秒處理少量交易,但每筆交易確認迅速)。理想的狀態是兼具高吞吐量與低延遲,但要在不犧牲去中心化或安全性的前提下同時達成這兩項目標,正是區塊鏈設計的核心工程挑戰。
已通過 SOC 2 Type II 認證 · ISO 27001
為何這項區別對開發者至關重要
吞吐量與延遲之間的區別,對應用程式設計具有直接的實務影響。若您的應用程式是一個支付系統,延遲便是首要考量。在結帳櫃檯前排隊等候的用戶,在乎的是自己的單筆付款能多快獲得確認,而非網路同時正在處理多少筆其他付款。相較於每秒處理 10,000 筆交易但需 60 秒才能完成確認的區塊鏈,每秒處理 100 筆交易且 2 秒內即可完成確認的區塊鏈,能提供更好的支付體驗。
如果您的應用程式是一個高流量資料平台(例如去中心化交易所(DEX)聚合器、遊戲後端或分析服務),則吞吐量就顯得更加重要。 您需要網路能夠處理大量並發操作,同時避免系統發生擁塞,以免影響所有使用者的效能。若您的應用程式每秒會產生數千筆交易,那麼相較於每秒僅能處理 100 筆交易且最終確認時間為 1 秒的區塊鏈,具備 10,000 TPS 且最終確認時間為 10 秒的區塊鏈可能更為理想。
對於基礎設施提供者與節點營運商而言,這項區別會影響他們設計系統架構的方式。高吞吐量鏈每秒產生的資料量較多,因此需要節點提供更多的頻寬、儲存空間及運算能力;而具有機率性最終性的高延遲鏈,則需要在資料管道中採用更複雜的重組處理機制。了解您所支援的每條鏈的吞吐量與延遲特性,將決定您的硬體需求、資料管道設計以及成本模型。
哪些因素會影響吞吐量
吞吐量主要取決於三個協議參數:區塊大小(或 gas 限制)、區塊時間以及交易複雜度。
區塊大小定義了單一區塊中可容納的資料或運算量的上限。Ethereum 的「gas 限制」限制了每個區塊的總運算量。Bitcoin 的「權重限制」則限制了每個區塊的總資料量。較大的區塊雖能包含更多交易,從而提高吞吐量,但它們在網路中傳播所需的時間也會更長(增加分叉的風險),並需要節點投入更多資源(可能降低去中心化程度)。
區塊時間是指產生新區塊的頻率。Ethereum 每 12 秒產生一個區塊。Bitcoin 則每 10 分鐘產生一個區塊。Solana 每 400 毫秒產生一個區塊。較短的區塊時間能提升吞吐量,因為網路處理區塊的頻率更高,但同時也會增加節點之間的通訊開銷,並可能引發穩定性問題。
交易的複雜程度會因區塊鏈和交易類型而異。一筆簡單的 ETH 轉帳會消耗 21,000 氣,而一筆複雜的 DeFi 互動則可能消耗 500,000 氣或更多。那些處理較簡單交易(或透過並行處理來優化執行效率,例如Solana 、Sui 及Monad 所採用的方式)的區塊鏈,在給定的區塊大小和區塊時間下,能夠實現更高的每秒交易量(TPS)。
共識機制的開銷也會影響吞吐量。像Bitcoin 這樣的「工作量證明」(PoW)系統,會將大量資源投入挖礦,這限制了區塊能以多快的速度安全產出。雖然「權益證明」(PoS)系統能降低這項開銷,但仍需驗證者之間進行多輪通訊。BFT 風格的共識機制(如Cosmos 、Aptos 及Sui 等區塊鏈所採用)雖能實現更快的最終性,但通常需要較小的驗證者集,這對去中心化程度會產生影響。
哪些因素會影響延遲
單一交易的延遲包含幾個組成部分:記憶池等待時間(交易在隊列中等待被選入區塊所需的時間)、區塊生成時間(生成新區塊的頻率)、傳播時間(新區塊傳遞至所有節點所需的時間),以及最終性時間(交易被視為不可逆轉之前,必須經過多少個額外的區塊或紀元)。
在正常情況下,由於區塊容量大於需求,記憶池的等待時間極短。但在網路擁塞時,由於交易需競爭有限的區塊空間,記憶池的等待時間便成為延遲的主要因素。手續費較高的交易會較快被選中;手續費較低的交易則可能需要等待多個區塊生成週期。
最終性模型是各區塊鏈之間延遲差異的最大區別點。具備即時(確定性)最終性的區塊鏈,例如採用基於 Tendermint 的共識機制的區塊鏈,能在單輪共識中確認交易,且交易一旦確認便無法撤銷。而具備機率性最終性的區塊鏈,例如Bitcoin 和Ethereum ,則需要多次確認後,交易才會被視為已結算。 兩者之間的差異極為顯著:Tendermint 鏈上的交易在數秒內即告最終確定,而Bitcoin 上的交易則需一小時才能可靠地達到最終確定狀態。
第二層(L2)網路為延遲狀況增添了複雜性。在Arbitrum 或Base 上的交易,可在 L2 層快速確認(從不到一秒到數秒不等),但底層資料必須等到 Rollup 發布其證明或批次後,才會於Ethereum 的 L1 層完成結算,此過程可能需要數分鐘至數小時。視應用程式的安全性需求而定,相關的延遲可能是 L2 確認時間(快速)或 L1 結算時間(緩慢)。
吞吐量與延遲之間有什麼區別?
吞吐量與延遲很容易被混淆,因為兩者都描述速度,但它們所回答的問題卻不同。吞吐量關乎總量:整個網路每秒能處理多少筆交易。延遲則關乎單一交易:從提交到最終確認需要多長時間。這兩者可能獨立變化,因此基礎架構團隊通常會將它們與RPC 延遲分開追蹤。下表列出了兩者的對比。
面向 | 吞吐量 | 延遲 |
|---|
測量項目 | 網路總容量 | 單筆交易的速度 |
單位 | 每秒交易數 (TPS) | 幾秒或幾分鐘 |
高速公路的比喻 | 該道路每小時的車流量 | 一輛車過馬路所需的時間 |
最重要的是 | 大數據平台 | 支付與互動式應用程式 |
由……改進 | 更大的區塊、更短的區塊生成時間、並行執行 | 更快的交易確認速度與更低的網路擁塞 |
主要風險 | 節點資源與去中心化壓力 | 漫長的確認等待時間 |
各區塊鏈的吞吐量與延遲表現有何差異?
不同區塊鏈在吞吐量與延遲的對比圖中呈現出截然不同的位置,這主要歸因於其共識機制設計與最終性模型。下表列出了幾個廣泛使用的網路的大致數據。請將這些數據視為粗略參考,因為實際數值會隨著網路狀況和協定升級而變化。
區塊鏈 | 吞吐量 (TPS) | 區段時間 | 最終裁決所需時間 |
|---|
Bitcoin | 5 至 7 | 大約 10 分鐘 | 約 60 分鐘 |
Ethereum | 15 至 30 | 大約 12 秒 | 大約 12 到 13 分鐘 |
Solana | 數千 | 約 400 毫秒 | 秒 |
Arbitrum | 數千 | 約 250 毫秒 | 在 L2 上只需幾秒,但在 L1 上則需更長時間才能完成結算 |
BNB Smart Chain | 數十至數百 | 大約 3 秒 | 大約 2 到 3 秒 |
區塊鏈能否同時具備高吞吐量與低延遲?
原則上確實如此,但若同時追求這兩者,通常必須犧牲其他方面,最常見的就是去中心化。更大的區塊和更短的區塊生成時間雖能提升吞吐量,卻也對每個節點提出更高要求,這可能導致能夠跟上步調的參與者數量減少。這種矛盾正是「去中心化」與「效能」之間權衡的核心。 一種兼顧速度與容量的常見方法,是將執行作業從基礎層移至第二層(Layer 2)區塊鏈,該層能快速確認交易,同時仍將結算結果同步至安全的基礎層(Layer 1)。
網路擁塞會如何影響吞吐量和延遲?
擁塞正是這兩項指標產生衝突之處。當需求超過區塊容量時,交易便會堆積在記憶池中,手續費隨之攀升,延遲也急遽上升——即使區塊鏈仍在以near 其最大吞吐量進行處理。換言之,網路雖然繁忙,但對任何單一使用者而言卻顯得遲緩。了解造成區塊鏈擁塞的成因,以及區塊鏈變慢的更廣泛原因,有助於您設計出在流量激增時能「優雅退化」而非完全停滯的應用程式。
常見問題
TPS 越高就越好嗎?
未必如此。只有當您的應用程式確實產生高交易量時,高 TPS 才會有幫助。對於支付應用程式或互動式產品而言,低延遲與快速的交易最終確定性,通常比純粹的處理能力更為重要。應優化哪項指標,取決於您的工作負載,而非哪個數字在行銷宣傳中看起來最顯眼。
低延遲是否意味著一筆交易已最終確認?
不。快速確認不等同於最終性。一筆交易雖然可能迅速出現在區塊中,但在區塊鏈達到最終性門檻之前,該交易仍可被撤銷。在具有機率性最終性的區塊鏈上,您需要等待多次確認;而在確定性區塊鏈上,則只需單一共識輪次即可達成最終性。有關兩者的完整區別,請參閱「區塊鏈最終性」。
RPC 延遲與區塊鏈延遲有何不同?
區塊鏈延遲是指網路確認一筆交易所需的時間,而速率限制與服務供應商的回應時間,則會為您的應用程式發出的每項請求增添另一層基礎架構層級的延遲。即使區塊鏈速度很快,若您的 RPC 層過載,使用體驗仍可能感覺緩慢,這正是為何這兩層都至關重要的原因。
第 2 層 Rollup 能提升吞吐量還是降低延遲?
兩者皆可,但需注意一點。Rollup能提升有效吞吐量,並在 L2 層提供快速的確認,但回流至 L1 層的完整結算可能需要更長時間。究竟是快速的 L2 時間還是較慢的 L1 時間才是關鍵延遲,這取決於您的應用程式所需的安全性程度。
哪種區塊鏈的吞吐量和延遲表現最佳?
並沒有絕對的贏家;這取決於您正在開發什麼。Solana 及其他高效能區塊鏈在原始 TPS 及次秒級確認速度方面領先,而具備確定性最終性的區塊鏈結算速度最快,Bitcoin 則在安全性與去中心化之間取得平衡。應根據應用程式的需求選擇合適的區塊鏈特性,而非一味追求單一的標榜數字。
Quicknode 如何協助開發者同時應對這兩項挑戰
Quicknode該基礎架構針對高吞吐量及對延遲敏感的工作負載均經過優化。Core API透過橫跨 80 多條鏈的全球分散式節點網路,提供低延遲的 RPC 存取,其回應時間比競爭對手快 2.5 倍。這能直接降低應用程式每次 RPC 呼叫中由基礎架構所造成的延遲。對於延遲特別關鍵的鏈(例如Solana 的 400 毫秒時槽),Quicknode 支援 Yellowstone gRPC,該功能採用二進位 Protocol Buffers 取代 JSON,以實現更快的序列化並降低開銷。
對於需要高吞吐量的作業負載,Quicknode Streams 無論底層鏈的每秒交易量 (TPS) 為何,皆能處理高容量的資料匯入。無論您是以每秒 15 筆交易量 (TPS) 對Ethereum 進行索引,還是以數千筆每秒交易量 (TPS) 對Solana 進行索引,Streams 皆能將完整的區塊資料傳送至您的目標位置,並提供傳送保證及可配置的批次處理功能,以實現最佳吞吐量。專用的Clusters為需要在變動網路條件下維持可預測效能的應用程式提供隔離式基礎架構,確保因網路擁塞所導致的吞吐量驟增不會影響您的資料管線可靠性。
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