比特币:科普 | 一文看懂这些年比特币技术栈中的创新

作者：LucasNuzzi

编译：比特币小白

在过去的十年中，Bitcoin已经走了很长一段路。相对于其软件的第一次迭代，当前实现的质量和可靠性得到了显着提高。迅速地，比特币能够吸引大量的开发人员投入数千小时来改善其基础代码库，有时甚至进行改进和提供一些建议。

尽管如此，比特币仍然是没有变的。就像宪法，定义其货币属性的核心共识规则集保持不变。反派一次又一次地试图改变这些核心属性，但是迄今为止，所有敌对的接管都以失败告终。这通常是一个痛苦的过程，但它突出并巩固了比特币的两个最大优点：

1.没有任何一方可以决定比特币如何演变

2.缺乏集中控制可以保护比特币的货币属性

有趣的是，这些规则吸引了加密货币和机构投资者。这些规则使比特币成为前所未有的货币。但是，这些规则也使得在比特币上开发软件比其他任何数字资产更具挑战性。本质上，比特币的宪法授予开发人员有限的工具包，以使他们不会违反其货币政策。快速移动和破坏事物的风险太大了。

这意味着比特币的创新需要创造力，耐心，也许最重要的是自我最小化。毕竟，嵌入在比特币宪法中的基本规则最终将取代技术。这就是为什么硅谷很难理解比特币的价值主张，而不仅仅是技术，金融工具或消费者应用。这是技术支持的整个货币体系。改变比特币的宪法要求采取可能侵犯其货币属性的准程序，因此，技术创新被作为模块来实施。

正如经常指出的那样，比特币的创新模块化方法类似于互联网协议的发展进程，其中不同协议的各层专门用于特定功能。电子邮件由SMTP处理，文件由FTP处理，网页由HTTP处理，用户地址由IP处理，数据包路由TCP处理。网络协议的7层模型让互联网发展了多年，这些协议中在发展中不断改进，可以为您更多的用户提供方便的功能。

人大附中物理老师李永乐科普拜占庭将军问题和区块链:5月14日，人大附中物理老师、科普视频网红李永乐在其公众号发布视频《拜占庭将军问题是什么？区块链如何防范恶意节点？》。李永乐老师在视频中对拜占庭将军问题和区块链进行了讲解，他表示，拜占庭将军问题本质上指的是，在分布式计算机网络中，如果存在故障和恶意节点，是否能够保持正常节点的网络一致性问题。在近40年的时间里，人们提出了许多方案解决这一问题，称为拜占庭容错法。例如兰波特自己提出了口头协议、书面协议法，后来有人提出了实用拜占庭容错PBFT算法，在2008年，中本聪发明比特币后，人们又设想了通过区块链的方法解决这一问题。区块链通过算力证明来保持账本的一致性，也就是必须计算数学题，才能得到记账的权力，其他人对这个记账结果进行验证，如果是对的，就认可你的结果。与拜占庭问题比起来，就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]

在SpencerBogart系列新兴的比特币技术栈上的出色文章中，他证明了我们现在目睹了比特币自己的协议组件的开始。事实证明，比特币核心层不灵活性导致催生了几种专门用于各种应用程序的附加协议，例如Lightning的支付渠道BOLT标准。创新既充满活力，又安全，因为这种模块化方法将系统性货币风险降到最低。

比特币技术堆栈的许多层面都发生了太多事情，要跟踪新兴解决方案非常困难。下图是尝试绘制所有相对较新的计划并展示比特币技术堆栈的更完整发展的尝试。它不是详尽无遗的，也不表示对任何特定倡议都表示赞同。然而，令人印象深刻的是，创新正在各个方面得到推动。包括但不限于目前主流的Layer2技术、SmartContracts(智能合约)解决方案等。

现场 | 火币中国推出数字经济及区块链产业科普新书:金色财经现场报道，12月6日，由海南省工业和信息化厅主办，南南合作金融中心协办，海南生态软件园、火币中国承办的“海南自贸港数字经济和区块链国际合作论坛”在海口举行，这是全球首次区块链部长级论坛。

在本次论坛上，火币中国举行了“数字经济及区块链产业科普系列新书发布”仪式，希望通过教材、专业教育、培训等多种方式，帮助从业者、高校、研究机构深入了解区块链，从而建立起区块链全局性知识模型，真正推动区块链应用落地。火币中国CEO袁煜明介绍，将联合机械工业出版社面向普通高等教育推出《区块链导论》、《区块链系统设计与应用》和《区块链新商业模式分析》系列教材，这是国内最早推动的区块链教材之一；火币中国还积极参与数字经济的研究，由中信出版社出版的新书《读懂Libra》已经上市；由火币中国负责编写的区块链技术科普读物《区块链技术进阶指南》将于12月面世；首本行业内最全的区块链应用案例集《区块链产业应用100例》在本次论坛进行了首次刊印。[2019/12/6]

Layer2

最近有很多关于闪电网络采用率的讨论。比特币最杰出的Layer2技术。批评者经常指出锁定在Lightning中的频道数量和总BTC明显减少。经常用于评估用户采用率的两个指标。尽管社区已经在此类指标上达成共识，但必须指出的是，鉴于Lightning的幕后工作方式，它们在根本上存在缺陷。

动态 | 区块链技术入选科普杂志《科学美国人》2019十大突破性技术榜单:据新浪网今日新闻报道，美国科普杂志《科学美国人》公布 2019 十大突破性技术榜单。区块链技术因在保障食品安全中的作用而上榜。 入选榜单具体原因：区块链技术的发展应用将显著改善食品污染源数据追踪的困境。利用区块链云端系统，食品制造商可以依次在计算机储存各类过程的信息。[2019/9/29]

闪电网络最被低估的优点之一是其直接的隐私属性。由于Lightning不依赖于所有状态更改的全局验证，因此用户可以使用其他技术和网络覆盖来私下进行交易。在这一点上，我们可以通过分析链上渠道开放交易的数量并将其与链下公共渠道的数量进行比较，来估计闪电网络的私人使用百分比。克里斯汀·德克尔估计，有41％的闪电频道是私人的：

资料来源：ChristianDecker

在这些渠道中发生的活动未被流行的Lightning探索者捕获。因此，私人使用Lightning的增加导致可公开衡量的内容减少，导致观察者错误地得出结论认为采用率下降了。确实，闪电网络必须先克服实质性的可用性障碍，然后才能被广泛采用，但我们必须停止使用误导性的指标来断言网络的当前状态。正如Decker在最近的柏林闪电会议上的讲话中所指出的那样，即使以上对私有和公共渠道的估计都是有缺陷的，因为采用Schnorr签名将使渠道开放交易与常规交易无法区分开。

动态 | 央行官微旧文重发“再科普”：范一飞详解数字货币:据中国经济网消息，今日，央行官微公众号头条重新发布央行副行长范一飞在2018年1月25日题为《关于央行数字货币的几点考虑》的文章，对央行数字货币再次进行科普。同时，微信公众号第二条发布支付司副司长穆长春8月10日在第三届中国金融四十人伊春论坛上的演讲。近年来，各主要国家和地区央行及货币当局均在对发行央行数字货币开展研究，新加坡央行和瑞典央行等已经开始进行相关试验，人民银行也在组织进行积极探索和研究。[2019/8/21]

在Layer2隐私领域中的另一个有趣的最新进展是创建了WhatSat，这是Lightning之上的专用消息传递系统。该项目是对闪电恶魔的一种修改，它允许私人消息的中继者通过小额支付对其服务进行补偿。LND本身的创新，例如对lightning-onion的最新改进，实现了这种去中心化，防审查和防垃圾邮件聊天的安全系统。

Lapps或Lightning应用程序的增长证明了这些创新在消费者应用程序中的广泛应用，从基于Lightning的云计算VPS到通过微交易共享广告收入的图像托管服务。那只是Lightning中的Layer2创新。更笼统地说，我们将Layer2定义为一系列应用程序，这些应用程序使用比特币的基础层作为众议院，协调外部事件并解决争端。因此，将数据锚定在比特币区块链上的Lapps将会越来越多，比如像微软这样的巨头公司率先在比特币之上开发了一个去中心化的ID系统。这些举措增加了对链对账的需求，并有助于比特币收费市场的长期发展。

智能合约

还有许多项目试图以安全负责的方式将表达型智能合约功能带回比特币。这是一项重大进展，因为从2010年开始，协议中删除了一些原始的比特币操作码。在此之前，出现了一系列可怕的错误，导致中本聪本人禁用了比特币编程语言脚本的某些功能。

声音 | 中科院姚建铨：要加快推进区块链与物联网融合的科普 培训:据新华网消息，日前，在区块链与物联网融合发展峰会上，中国科学院院士姚建铨说，关注区块链技术里面的大数据，跟区块链技术结合起来进行测量和检测，能更好地提升激光清洗技术。姚建铨建议，无锡今后要加快推进区块链与物联网融合的科普、培训，正确引导广大人民群众对技术的认知；同时，建立专业、权威，但又普适、成套的理论体系和标准，以此切入区块链的实际应用。[2018/9/18]

多年以来，非常清楚的是，具有高度表现力的智能合约功能其实都伴随着不小的安全风险。普遍的经验法则是，向虚拟机引入的功能越多，其程序的不确定性就越大，毕竟世上没有无漏洞的代码。但是，最近我们看到了比特币中智能合约体系结构的新方法，该方法可以最大程度地减少不可预测性，同时还提供广泛的功能。

一种名为MerkleizedAbstractSyntaxTrees的比特币智能合约新方法的设计引发了新一轮的支持技术浪潮，这些技术试图优化安全性和功能性之间的权衡。最显着的是Taproot，它是MAST结构的优雅实现，使整个应用程序都可以表示为MerkleTree，其中树的每个分支代表不同的执行结果。与Taproot一起出现的是一种称为Tapscript的编程语言，该语言可用于更轻松地表达与Merkle树的每个分支相关的花费条件。

最近浮出水面的另一个有趣的创新是用于在比特币交易中实施契约或支出条件的新架构。这个想法最初是由格雷格·麦克斯韦于2013年提出的一项思想实验，它是一种限制平衡方式的方法。尽管这个想法已经存在了将近7年，但在塔普鲁特出现之前，要实施盟约是不切实际的。现在，一个名为OP_CHECKTEMPLATEVERIFY的新操作码正在利用这项新技术来潜在地实现在比特币中安全实施智能合约。

乍一看，智能合约在放贷的背景下非常有用，因为它们使诸如回扣之类的政策的创建可以附加到特定的BTC余额上。但是它们对比特币可用性的潜在影响远远超出了借贷。智能合约可以实现诸如比特币保险库之类的事情，在托管的情况下，该保险库提供的第二个私钥等效于允许被黑客入侵的一方“冻结”被盗资金。此技术还有很多其他应用，例如非交互式支付渠道，拥塞控制交易，CoinJoins，它确实值得一个独立的功能。有关更多信息，请查看JeremyRubin的BIP草案。

另一方面需要注意的是，Schnorr签名是使所有这些新的智能合约方法成为可能的技术底层。Schnorr激活后，甚至可以对一些更先进的技术进行理论化处理，例如无脚本脚本，该脚本可以使完全私有和可扩展的比特币智能合约被表示为数字签名。同样，DiscreetLogContracts还采用了将智能合同的执行结果表示为数字签名的想法，以实现更好的隐私性和可伸缩性。总之，这些新方法可以使新颖的智能合约应用程序构建在比特币之上，而Schnorr是其基础。

比特币挖矿

比特币挖矿协议中也有一些有趣的进展，尤其是那些由矿池成员使用的协议。即使比特币挖矿中的集中化问题经常被夸大，但确实，矿池运营商保留的权力结构可以进一步去中心化。即，矿池操作员可以决定所有矿池成员将进行哪些交易，从而赋予他们相当大的权力。随着时间的流逝，一些运营商滥用了这种能力，即未经交易者授权就检查交易，挖掘空块并将散列输出重新分配给其他网络。

值得庆幸的是，有些技术正在试图颠覆这种权力结构。比特币挖矿最重大的变化之一是Stratum的第二版，这是挖矿池中使用最广泛的协议。StratumV2是一个完整的检修，实现了BetterHash，该协议使采矿池成分能够决定他们将要开采的区块的组成，而不是相反。StratumV2还实现了一些优化，并允许采矿池要素更好地进行沟通和协调。

矿池行业中另一个有助于提高稳定性的有趣发展是重新引起了人们对哈希率和难度衍生工具的兴趣。这些对于希望对冲哈希率波动和难度调整的套期交易尤其有用。尽管这些衍生产品尚未生产，但这标志着比特币采矿业工业化的有趣发展。

隐私

在我们发布了有关Schnorr签名的报告之后，一些隐私型Token的倡导者对有人建议在某个时候在比特币中实现足够的隐私权感到愤怒。尽管此建议可能会围绕隐私资产的长期价值主张挑战这些观点，但仍有许多新兴协议可以为比特币带来更好的隐私化。尽管比特币中的隐私可能将继续是一门艺术，而不是一门科学，但在这方面有一些有趣的创新值得一提。

在我们研究特定的隐私创新之前，重要的是要强调指出，跨数字资产进行私人交易的最大障碍是大多数解决方案都是不成熟的事实。专注于交易方式的隐私，通常会忽略网络级别的隐私，反之亦然。这两个向量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可追溯性分析，交易更容易匿名化。

值得庆幸的是，有几个项目在这两个方面都提出了新的要求。

当涉及交易隐私时，P2EP和CheckTemplateVerify之类的解决方案很有趣，因为隐私已成为效率的副产品。作为CoinJoin的新颖方法，这些解决方案可以提高用户对私人交易的采用，而这完全是由较低的交易费用推动的。尽管在CoinJoin模型下，隐私保证仍然不是最佳选择，但是不受屏蔽的发送金额仍然可以受益，因为它们保留了比特币供应和自由流通量的可审计性。

如果较低的交易费用成为诱因并导致比特币匿名集增加，那么通过统计聚类分析进行的匿名化将比现在更加乐观。一些区块链分析公司已经能够执法机构，使他们相信UTXO属于特定用户的可能性很高，但是底层模型已经非常细微和脆弱。如果大多数UTXO成为CoinJoin输出，则可能会破坏现有的集群方法。

在此之前，在可用性方面需要做大量的工作，以便所有的比特币用户，无论是否精通技术的人，都可以平等地使用隐私机制。除了P2EP和CheckTemplateVerify之外，可用性的最新发展是SNICKER的提议，这是一种与不信任的对等方生成CoinJoins的新颖方法。SNICKER结合了多种技术，可授予用户访问CoinJoin交易的权限，而无需与他们的对等方信任或交互。

旨在提高P2P通信的隐私性和效率的协议中，进展也很明显。在2019年期间，隐私保护网络协议Dandelion已在多个加密网络上成功测试。即使就整个P2P通信而言，事务传播中的隐私并不是灵丹妙药，但像Dandelion这样的协议仍可以通过隐藏广播事务的节点的原始IP地址来有意义地提高用户隐私。

值得一提的是，比特币网络堆栈的最终发展是一种称为Erlay的新交易中继协议。尽管Erlay仍处于早期开发阶段，但它是一项重要的创新，因为它可以大大降低运行比特币全节点的带宽要求。如果实施，Erlay的效率提高将使用户能够参与带宽密集的事务中继，并持续验证链，尤其是在Internet服务提供商对带宽设置上限的国家。

总结

以上技术仅仅是比特币技术迭代过程中的冰山一角，追踪比特币中发生的所有创新都非常困难，而这篇文章只是表面上的一小部分。这将我们带到了本文的主要内容：总体而言，比特币是一套不断发展的协议组件。比特币的发展就像美联储一样，都在慢慢完善整个体系，而又不受外界的影响，发展成数字货币世界中的一股清流。

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