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比特币技术栈的演进

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过去10多年,比特币生态系统吸引了大量开发者投入上千小时来改善和改进其底层代码库。比特币( BTC )也基本相同。原因是定义其货币属性的共识规则核心集是保持不变的,比如算法通货膨胀和硬编码的供给是不变的。

随着时间的推移,分叉一次次地想要改变这些属性,但所有敌对性地尝试都以失败告终。这是一个痛苦的过程,但也突出并固化了比特币的两大优点:没有单独一方可以决定比特币的发展,缺乏集中控制保护了比特币的货币属性。

1. 发展的障碍以及如何克服

使比特币成为一种流行现象的价值也使得在比特币之上开发软件比在其他数字资产上更具有挑战。为了不破坏其存储价值,开发人员能够转换的数据是有限的。

尽管如此,从下面的例子可以看出,在比特币中创新仍然是可能的,但是需要足够的创造力和耐心。

因为改变比特币核心层需要一个可能会破坏其货币属性的准政治过程( quasi-political process ),因此创新常以模块的形式实现。这种开发与互联网协议套件的开发类似,不同协议的不同层专门用于实现特定的功能。比如,SMTP 负责处理邮件,FTP 负责处理文件,HTTP 负责处理 web 页面, IP 负责处理用户地址,TCP 负责处理包路由。以上每个协议都是经过不断地发展才有了我们当前的体验。

Blockchain Capital 的Spencer Bogart 已经发现了这一发展苗头:我们正目睹着比特币拥有自己的协议套件。比特币核心层的不够灵活,当前已经催生了几个专门用于各种应用程序的附加协议,比如Lightning用于支付的 BOLT 标准。创新可以增加一定的安全性,因为这种分层的方法可以最大程度地降低潜在的风险。

在下图中,研究人员尝试绘制了比特币技术栈最新的计划和相对完整的表示。从图中可以看出,区块链技术栈的创新正在从layer 2技术向智能合约解决方案全面推进了。

注:但该图尚不完整,也不表明对图中所列技术的认可。

比特币技术栈的演进

2. Layer 2

Lightning Network(闪电网络)是比特币最杰出的Layer 2技术,最近有很多关于闪电网络采用率的讨论。其中批评者指出,在评估闪电网络用户采用率时,信道数和锁定的BTC总数都明显减少。但这些指标并不是采用率中最具代表性的衡量标准。

闪电网络被低估的一个优点是其隐私属性。因为闪电网络不依赖于全局状态协调,因此用户可以使用其他技术和网络覆盖来直接进行交易,比如使用Tor网络。私有信道中发生的活动无法被主流的闪电浏览器捕获。

因此,闪电网络的私有交易量的增加会导致可公开的内容的减少,导致有人可能会错误地认为采用率下降了。闪电网络在广泛采用之前还要克服实质性可用的障碍,但使用错误的指标来判断网络的当前状态是没有用的。

近期,Layer 2隐私领域的另一大进展是WhatSat——闪电网络之上的私有消息系统。该项目是Lightning Network Daemon (LND)的一个修改版,LND允许对连接通信实体的私有消息进行小额支付来作为其服务的补偿。这种LND本身的创新实现了去中心化的、防审查和防垃圾邮件的聊天,比如闪电网络洋葱路由协议lightning-onion的改进。

还有很多其他使用闪电网络私有小额支付的项目,包括基于闪电网络的云计算VPS、通过小额交易来共享收入的图像托管服务。研究人员将Layer 2定义为一套可以使用比特币基础层作为仲裁的应用,仲裁可以协调外部事件和解决争端。因此,比特币区块链的数据锚的主题已经超越了闪电,微软等公司也已经率先推出了比特币之上的去中心化ID系统。

3. 智能合约

2010年,由于发现了比特币操作码中的一些错误,中本聪禁用了比特币编程语言Script的一些功能,在协议中删除了原始的比特币操作码。随后,有许多项目尝试以安全、可靠的方式将智能合约功能带回比特币中。

经过这么多年的发展,研究人员发现高级表达的智能合约中伴随着潜在的安全风险。普遍的经验做法是向虚拟机中引入越多的功能,程序就越不可预测。近期,研究人员发现一些智能合约体系结构的新方法,新方法可以最大程度地减少不可预测性并可以提供大量的功能。

其中一种名为Merklized Abstract Syntax Trees (MAST)的比特币智能合约新方法引发了新一轮比特币智能合约支持技术发展的浪潮。Taproot是MAST结构的实现,可以使整个应用以Merkle树的形式表示,其中树的每个分支表示不同的执行结果。

最近出现的另一个创新趋势是用于比特币交易中保险箱(covenants)实现的新架构。保险箱最初是Greg Maxwell在2013年提出的一种假设实验,是一种限制余额使用方式的新方法。虽然该方法已经出现6年了,但在Taproot实现之前保险箱都是不切实际的的。当前,一种名为OP_CHECKTEMPLATEVERIFY(原名OP_SECURETHEBAG)的操作码正利用该技术来安全地在比特币中实现保险箱。

保险箱在借贷(和基于比特币的衍生品)背景下是非常有用的,因为能够创建针对特定比特币余额的策略。但是最比特币使用性的潜在影响远远超过了借贷。保险箱可以实现诸如Bitcoin Vaults之类的东西,即在托管情况下提供相当于第二个私钥的功能,允许用户冻结被黑客窃取的资金。

Schnorr签名本质上是使这些新的智能合约方法成为可能的技术原语。目前还有一些正在理论证明阶段的技术,比如Scriptless Scripts。Scriptless Scripts可以使用完全私有和可扩展的比特币智能合约以数字签名的形式表示,而不是操作码。这些新方法可以在比特币之上构建新的智能合约应用。

4. 挖矿

近年来,针对挖矿协议也有很多进展,尤其是矿池成员使用的协议。虽然比特币挖矿的集中化问题经常被夸大,但矿池运营者所拥有的算力结构可以进一步分散。

也就是说,矿池运营者可以通过算力的分配来决定矿池成员将进行哪些交易。随着时间的推移,一些矿池运营者在未经成员同意的情况下滥用算力来进行交易审查、挖空块和重新分配哈希值等操作。

挖矿协议的修改就是为了解决矿池算力集中的问题。对比特币挖矿来说,最重大的变化之一是矿池中使用最多的协议Stratum的第二版。Stratum V2是实现了BetterHash的一个完整协议,BetterHash是一个辅助协议,可以使矿池成员能够独自确定他们要挖矿的区块的组成。

其他有助于提供稳定性的进展包括人们对哈希速率和难度系数的关注。

5. 隐私

当前,又许多新协议都将更多的隐私选项引入了比特币。也就是说,未来几年,比特币隐私可能仍将是一门艺术而非一门科学。

一般来说,跨数字资产进行私人交易的最大问题是解决方案不够成熟。关注交易图隐私的隐私资产往往会忽视网络层隐私,反之关注网络层隐私的隐私资产往往会忽视交易图隐私。这两个方向都缺乏成熟度和使用率,这使得通过P2P网络层或区块链层的统计分析可以很容易实现交易溯源。

目前,有一些项目正在努力解决这两个方面的界限。
比特币技术栈的演进

对于交易图隐私来说,P2EP和CheckTemplateVerify这样的解决方案可以就足够了,因为效率比隐私更重要。CoinJoin中加入了许多新功能,可以提高为降低交易费用的用户的进行私人交易的采用率。在CoinJoin中,隐私仍然不是最佳的选择,但由于可以看到交易的金额,因此保留了比特币的可审计性。

如果降低交易费用成为用户使用的主要攻击,就会导致比特币匿名集的增加,通过统计分析反匿名化会比目前更加主观。

P2P通信的隐私方面也取得了很大的进步,像Dandelion这样的协议正在加密网络中进行测试。可替代的交易中继协议Erlay可以增加私有通信的效率,减少运行节点的开销。Erlay提高了效率,使得更多的用户可以轻松地完成IBD并持续对链进行验证,这对限制ISP带宽的国家来说非常有用。

6. 这只是个开始,演进还将继续

总的来说,比特币是一套不断发展的协议,以上例子只是改进比特币技术框架的一部分。尽管在相对严格的一组规则和价值观中进行开发对于开发人员非常具有挑战性,但目前只有分层方法才使这种逐步的、有效的变更成为可能。在整个过程中要最小化比特币的政治,保护其基本的货币属性。开发人员也在学习如何在这种框架的限制下进行有意义的开发。

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