比特币区块扩容

首先我们要解释什么是比特币的扩容问题,为什么比特币要扩容。 比特币的扩容问题来自一个很直接的现实,那就是保存在比特币区块链 上的数据块的物理大小限制是1MB。任何大于1MB的区块都会被比特币 网络当作攻击而被拒绝接受,这是当初由中本聪对比特币核心的设计决 定的,逻辑规则都写在了源码中。

大家都知道比特币其实就是一个分布式的公共记账(数据库)系 统。也就是说,比特币本质其实是拿来记账用的,当然大部分情况是对 比特币这个数字货币记账。

比特币区块扩容

由比特币底层技术发展起来的区块链技术也是对各种承载价值以及 数据状态进行记账。比特币的数据包含交易数据及其对应的货币台账, 我们简单想一想,最主要的问题来自大家在日常交易转账的时候,需要 不断地把交易数据发送到网络中的节点,经过矿工打包成区块后广播给 其他节点,每个节点验证通过后独立的加入自己本地的区块链账本数据 库中。随着时间的推移以及比特币生态系统的扩张发展与深入应用,用 户数越来越广泛,交易次数也越来越多,网络中等待确认的交易则排起 了长长的队伍,这时我们就会遇到单个区块的容量限制问题了。

而现在这样的容量限制问题已经发生,比特币网络已经由于交易缓 慢而变得拥挤不堪。由于区块大小1乂8的限制,单个区块只能容纳很有 限的交易事务,在一个区块的结构中,区块头也就是区块的摘要信息字 段占据了80个字节,每条交易事务平均在200字节左右,往多了算,假 设区块中的交易都是一对一的简单交易,单个区块能够容纳的交易数也 就8000左右,而实际上根据目前的使用统计,单个区块容纳的交易数才 1700多,就这还得要等上间隔10分钟的打包确认,因此算下来,交易速 度最高大概1秒钟只能处理3笔交易。要知道已经被市场所广泛熟悉 与习惯的支付手段『卡等信用卡银行卡)交易处理速度 每秒钟高达几千笔父易。

由于这个区块大小的限制,很多用户为了能够尽快让网络确认自己 的交易,不得不增加交易手续费(比特币中矿工节点会按照手续费高低 进行优先级处理)。大量交易费用的增加以及交易处理严重延迟等问 题,已经成了比特币的性能瓶颈,大大限制了比特币的应用和发展。为了比特币的未来着想,很多人建议增加比特币区块数据的大小。原因很 简单,因为大部分商家和最终用户不会使用一个需要等待好几个小时才 能确认一笔交易的系统。理论上来讲,增加比特币区块的大小会允许更 多的交易数据可以放到一个数据块中,使得更多的人使用比特币的时候 网络运行更顺畅。

大家在这里可能会产生一些疑惑,怎么又是区块扩容又是“隔离见 证”,这里面都是些什么关系呢?我们来解释一下,首先所谓的区块扩 容主要是要增加区块中容纳交易事务的区块体的空间大小,这个地方可 谓是寸土寸金,现在不够住了,怎么办呢?相信大家根据生活经验也能 给出两个一般性的做法:

1〕增加区块空间的大小,宽敞又明亮;

2〕缩小交易数据的尺寸,节能又环保。

第一种方案显然是最符合人们一般性思维的,这也是社区中坚持区 块直接扩容一派的思想,那么第二种的缩小交易数据尺寸是什么意思, 这里需要解释一个概念,那就是“隔离见证”,我们来简要说明一下。

数据结构中,是通过发起者签署自己的^1X0 (未花费交易输出),然 后填上接收者的地址而建立起来的,过程类似于签署支票,一张支票就 相当于一条比特币的交易事务,签署^1X0就相当于支票签名,也就是 所谓的“见证”,这是用来确认支票合法性的。我们知道,支票上的关键 内容无非就是签名和接收方以及支付金额,那么如何来确定这张支票数 据的唯一性或者说完整性呢?在比特币中会对每一条交易事务数据进行 一次哈希计算,得到一个事务10,在计算这个事务10的过程中,都有哪

些数据参与了计算呢?答案是整条交易事务,包括那个签名。那么这里 就有可以探讨的余地了,一切就围绕这个签名来展开讨论,我们从比特 币的交易历史数据中随便截取某笔交易的签名信息来看一下:

可以看到这个签名信息占据的空间还是不少的,如果能够把这块签 名信息从交易事务中隔离开,存储在另外一边,那就能省出一块空间来 容纳更多的交易数据。这些签名信息的主要作用就是见证交易数据的来 源合法性,而实际上见证的过程只需要进行一次就行了,矿工负责见证 交易数据是否得到了合法的授权,其他普通的节点只关心接收的结果, 见证过后这些签名数据实际上没多大用处,节点在接收时可以丢弃这部 分数据。这种将见证信息与交易数据隔离开的设想也就是“隔离见证”的 意思。实际上“隔离见证”还在一定程度上能解决一个叫“交易延展性”的 问题。

如上所述,交易事务10在计算时将计算整条含签名的交易数据,而 这个签名是可以被更改掉的,因为签名有很多种写法,攻击者无法修改 交易事务中的输入和输出,但是却能重新修改签名,从而导致交易事务 10的计算值发生变化,一旦被攻击者更改,虽然不能被窃取比特币,但 是却有可能导致交易不被网络确认〔网络中会同时存在没有被修改过和 被修改过的交易事务,这会导致冲突〕,而隔离开签名信息后,交易事 务一旦发起将会完全固化。由于“隔离见证”的这些特点,因此这种方案 也有不少人支持。

至此,比特币的扩容方案就有了如下的选择:

1〕进行“隔离见证”并扩容区块;

2〕仅进行隔离见证,区块容量保持不变;

3〕仅扩容区块,不进行隔离见证。

这些方案各有不同的社区成员支持,这些成员主要包括比特币核心 客户端维护团队、各大矿池以及比较有影响力的开发团队和广大的社区 用户,对于到底选择何种方案,各方进行了旷日持久的争论。我们不去 细宄这里面潜在的各方利益问题,单就技术角度而言,有一个问题是确 定的,那就是无论选择何种方案,都避免不了会产生比特币主链的分 叉,“隔离见证”或者扩容,都需要修改现有的比特币源代码。这对于传 统软件来说是分分钟的事,无论怎么升级,只要保持兼容原有的数据格 式就行了,可是对于比特币这种区块链应用程序,首先它是分布式的, 谁也没有能力强制大家共同升级到一个新版,那就势必会导致一旦新版 本发布后,网络中会同时存在老版本和旧版本的节点,而对于矿工或者 说矿池而言,也会选择不同的支持方案,那么网络中新打包出来的区块 有些是旧版本格式的,有些是新版本格式的,彼此之间无论如何也很难 做到完全一致,这样就会导致原先单一的主链由于后续产生了不同格式 的区块而分叉出两条链,甚至多条链,非但如此,当某一方的挖矿算力 明显占据优势的时候,相对弱的那一方产生的区块链甚至会因为得不到 大多数的节点背书而沦为孤儿链,这会使得原本牢固的去中心化区块链 共识网络变得脆弱,这不是我们所愿意见到的。当然,从长远来看,如 果解决一个问题不得不付出一些代价,分叉也并非完全不能接受,只是 这个过程如何过渡好需要仔细衡量。

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