比特币技术栈的创新：与以往不同 | 火星科技主题

前言：比特币不是静态技术。 它是一套不断发展的协议。 其模块化的创新方法使其能够在实现创新开发的同时最大限度地提高安全性。 与十多年前相比，比特币在 Layer 2、智能合约、挖矿、隐私等诸多方面都取得了长足的进步。 这些发展正在一步步完善比特币，催生更多的可能性。 本文作者为Lucas Nuzzi，由蓝狐笔记社区“JT”翻译。

比特币在过去十年中取得了长足的进步。 自比特币软件的第一次迭代以来，当前实施的质量和可靠性有了显着提高。 比特币能够快速而有机地吸引大量开发人员贡献数万小时来改进甚至翻新其大部分底层代码库。

毫无疑问，比特币仍然是比特币。 与宪法类似，定义其货币属性（例如算法通货膨胀和硬编码供应）的核心共识规则集保持不变。 一些派系曾多次试图改变这些核心属性，但迄今为止所有敌意收购均告失败。

这通常是一个痛苦的过程，但是，它突出并强化了比特币的两个最大优势：

有趣的是，正是这些规则吸引了密码朋克和机构投资者。 这些规则使比特币成为一种前所未有的货币。 然而，这些规则也使得在比特币上开发软件比任何其他数字资产都更具挑战性。 从本质上讲，比特币的宪法为开发人员提供了一个有限的工具包，使他们无法违反其货币政策。 走得太快和爆发对比特币来说风险太大。

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，嵌入比特币宪法中的基本规则最终超过了技术本身。 这就是为什么硅谷很难理解比特币的价值主张，它不仅仅是一种技术、一种金融工具或一种消费者应用，它是由技术驱动的一个完整的货币体系。 Changing Bit 的宪法需要一个类似政治的过程，可能会违反其货币属性，因此技术创新是作为模块实现的。

正如经常指出的那样，比特币的模块化创新方法类似于互联网协议套件的开发，其中不同协议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，而用户地址由 IP 处理，数据包由 TCP 路由。 多年来，这些协议已经发展为今天的用户提供完整的体验。

在 Spencer Bogart 关于新兴比特币技术栈的优秀文章中，他提出我们正在见证比特币自己的协议套件的开端。 事实证明，比特币核心层的不灵活性导致创建了几个专注于不同应用程序的附加协议，例如闪电网络的支付通道 BOLT 标准。 创新既动态又相对安全，因为这种模块化方法可最大限度地降低系统性货币风险。

比特币技术堆栈的许多层都有发展，可能很难跟踪所有新兴的解决方案。 下图试图列出所有相对较新的举措，并更完整地展示比特币的技术堆栈。 它不是包罗万象的，也不是对任何特定计划的认可。 然而，令人印象深刻的是，创新在各个方面都得到了推动：从 layer2 技术到新兴的智能合约解决方案：

第 2 层

最近有很多关于采用闪电网络的讨论。 闪电网络是比特币最著名的第 2 层技术。 批评者常说，闪电网络中锁定的通道数量和 BTC 总量大幅下降。 这两个指标通常用于衡量用户采用情况。 尽管社区对这些指标达成了共识，但重要的是要注意，鉴于闪电网络在幕后的工作方式，它们存在根本性缺陷。

闪电网络最被低估的优势之一是其直接的隐私属性。 由于闪电网络不依赖于所有状态变化的全局验证（也就是它自己的区块链），用户可以使用其他技术和网络堆栈（例如 Tor）来进行私人交易。

至此，我们可以通过分析链上通道开放交易数量，并与链下通道开放数量进行比较，来估算闪电网络私密使用的比例。 Christian Decker 估计 41% 的闪电网络通道是私有的：

资料来源：克里斯蒂安德克尔

流行的 Lightning 网络浏览器未捕获这些频道内发生的活动。 结果，闪电网络的私人使用增加导致可公开衡量的指标数据减少，导致观察者错误地得出采用率正在下降的结论。 诚然，闪电网络在实现广泛采用之前必须克服大量的可用性障碍，但是，我们必须停止使用误导性指标来判断网络的当前状态。

正如德克尔最近在柏林举行的闪电网络会议上指出的那样，即使是上述对私人和公共渠道的估计也是有缺陷的，因为采用 Schnorr 签名将使渠道公共交易与常规交易无法区分。

第二层隐私的另一个有趣的最新发展是 WhatSat 的创建，这是一个基于闪电网络的私人消息系统。 这个项目是 Lightning deamon 的修改版本，它允许私人消息的中继者（连接通信实体的信使）通过小额支付来补偿他们的服务。 这种分布式的、抗审查和垃圾邮件的聊天由 LND 自己的创新提供支持，例如最近对闪电网络自己的洋葱路由协议 lightning-onion 的改进。

Lightning Network Apps (Lapps) 的增长证明了这些创新在消费者应用程序中的广泛应用，从闪电驱动的云计算 VPS 到通过微交易分享广告收入的图像托管服务。 这些只是基于闪电网络的第 2 层创新。

在更一般的意义上，我们将第 2 层定义为一组应用程序，这些应用程序可以使用比特币的基础层作为可以协调外部事件和解决争端的法院。 因此，锚定在比特币区块链上的数据主体更为广泛，微软等一些公司率先在比特币上开发去中心化身份系统。 这些举措增加了对链上协调的需求，有利于比特币费用市场的长期发展。

智能合约

有许多项目试图以安全和负责任的方式将富有表现力的智能合约功能带回比特币。 这是一个重大发展。 因为从2010年开始，几个原始的比特币操作码（opcode：operations that determine what Bitcoin can calculate）已经从协议中移除。 这些删除都是在发现一系列可怕的漏洞之后发生的，这些漏洞导致中本聪本人禁用了比特币编程语言 Script 的某些功能。

多年来，很明显，高度表达的智能合约功能总是伴随着重大的安全风险。 作为一般经验法则，虚拟机引入的功能越多（处理操作码的集体验证机制），其程序的可预测性就越低。 然而，最近，我们看到了比特币智能合约架构的一种新方法，它最大限度地减少了不可预测性，同时仍提供广泛的功能。

一种称为 Merkleized Abstract Syntax Trees (MAST) 的比特币智能合约新方法的设计引发了新一波的使能技术浪潮，这些技术试图优化安全性和功能性之间的权衡。

最著名的是 Taproot，它是 MAST 结构的优雅实现，它使整个应用程序可以表示为 Merkle Tree比特币具有智能合约功能吗，树的每个分支代表不同的执行结果。 Taproot 附带的编程语言是 Tapscript，它可以更轻松地表达与 Merkle Tree 的每个分支相关的支出条件。

最近出现的另一项有趣的创新是比特币交易中合同履行或支出条件的新架构。 最初由 Greg Maxwell 在 2013 年提出的一项思想实验是，即使余额的保管发生变化，合约也可以作为一种方式来限制余额的使用方式。

虽然这个想法已有近 7 年历史，但在 Taproot 出现之前执行合同是不切实际的。 现在比特币具有智能合约功能吗，一个名为 OP_CHECKTEMPLATEVERIFY（以前称为 OP_SECURETHEBAG）的新操作码正在利用这项新技术来潜在地实现比特币合约的安全实施。

乍一看，合约在借贷场景中非常有用，因为它们可以创建政策，例如向特定 BTC 余额添加还款。 但它们对比特币可用性的潜在影响远不止于此。 该合约支持像 Bitcoin Vault 这样的实现，它在托管环境中提供相当于第二个私钥的功能，允许被黑客“冻结”其被盗资金。

这种技术还有很多其他应用，比如非交互式支付通道（Non-Interactive Payment Channel）、拥塞控制交易、CoinJoins 等，描述它们值得专门写一篇文章。 有关详细信息，请参阅 Jeremy Rubin 的 BIP 草案。

重要的是要注意，Schnorr 签名是使所有这些实施智能合约的新方法成为可能的技术原语。 激活 Schnorr 后，甚至可以将一些更高级的技术理论化，例如 Scriptless Scripts，这将允许完全私有和可扩展的比特币智能合约被表示为数字签名（对应于操作码）。

同样，Discreet Log Contracts 也利用了对智能合约执行结果进行数字签名的思想，以获得更好的隐私性和可扩展性。 总之，这些新方法可以使新的智能合约应用程序能够在比特币之上构建，而 Schnorr 是这方面的基础。

矿业

挖矿协议也有一些有趣的发展，尤其是矿池成员使用的协议。 尽管比特币挖矿中心化的问题经常被夸大，但矿池运营商保留的权力结构确实可以进一步去中心化。 也就是说，矿池运营商可以决定哪些交易可以被所有池成员开采，这赋予了它相当大的权力。

随着时间的推移，一些矿池运营商通过审查交易、挖掘空块以及在未经矿池成员授权的情况下将哈希输出重新分配到其他网络来滥用这种权力。

值得庆幸的是，有些技术正试图颠覆这种矿池权力结构。 比特币挖矿最重要的变化之一是 Stratum 的第二个版本，这是其矿池中最受欢迎的协议。 Stratum V2是一个彻底的大修，实现了BetterHash（蓝狐笔记：关于BetterHash，可以关注《如何实现比特币挖矿的去中心化？》）。 BetterHash 是一种辅助协议，它使矿池成员能够确定他们想要挖掘的区块的组成，而不是相反。 Stratum V2 还实施了一些优化，允许池成员之间更好的沟通和协调。

挖矿业另一个有助于提高稳定性的有趣发展是对哈希率和难度衍生品的重新兴趣。 这对于寻求对冲哈希率波动和难度调整的挖矿业务特别有用。 尽管这些衍生品尚未成型，但这标志着比特币挖矿产业化的一个有趣发展。

隐私

在我们关于 Schnorr 签名的报告之后，一些隐私硬币的支持者对在未来某个时候比特币可以有选择地实现足够隐私的建议感到愤怒。 尽管这一建议可能会挑战私有加密资产的长期价值主张，但仍有相当多的新兴协议可以为比特币带来更好的隐私保护。 虽然比特币中的隐私可能会继续成为一门艺术而不是一门科学，但值得一提的是这一领域的有趣创新。

在我们深入研究具体的隐私创新之前，重要的是要强调，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半生不熟的。 注重交易图隐私的隐私资产往往会忽略网络层面的隐私，反之亦然。 这两个向量都缺乏成熟度和使用，这使得交易更容易通过 P2P 网络层或区块链层的统计跟踪分析来去匿名化。

值得庆幸的是，有几个项目在这两个方面都引入了新的要求。 在交易图隐私方面，P2EP 和 CheckTemplateVerify 等解决方案很有趣，因为隐私成为效率的副产品。

作为 CoinJoin 的一种新颖方法，这些解决方案可以提高用户对私人交易的采用率，因为它们是由较低的交易费用驱动的。 虽然隐私保证在 CoinJoin 模型中仍然不是最佳的，但未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浮动的可审计性。

如果低交易费用成为一种激励并导致比特币中匿名集（CoinJoin 输出的 UTXO 的百分比）增加，那么通过统计聚类分析进行的去匿名化将比现在更加主观。 一些区块链分析公司已经能够欺骗执法机构，让他们相信某个 UTXO 有可能属于某个特定用户。

但其底层模型已经非常微妙和脆弱。 如果大多数 UTXO 成为 CoinJoin 输出，它可能会破坏现有的聚类方法。 （蓝狐注：也就是说，匿名交易输出会对现有的追踪分析方法提出很大的挑战，大大增加了分析的难度）在此之前，在可用性方面需要做很多工作，这样所有比特币用户，无论是否是技术老手，都可以平等地使用隐私机制。

除了 P2EP 和 CheckTemplateVerify 之外，在可用性方面的最新进展是 SNICKER 提案（简单非交互式 CoinJoin 与用于加密重用的密钥），这是一种与不受信任的节点生成 CoinJoin 的新方法。 SNICKER 结合了多项技术，使用户无需信任或与同行互动即可访问 CoinJoin 交易。

该协议还在提高 P2P 通信的隐私性和效率方面取得了一些显着进步。 2019 年，保护隐私的 Web 协议蒲公英已在多个加密网络上成功测试。 即使交易广播中的隐私不是整个 P2P 通信空间的灵丹妙药，像蒲公英这样的协议仍然可以通过隐藏广播交易的节点的原始 IP 地址来有意义地增加用户隐私。

另外值得一提的是比特币网络堆栈层面的最新发展，一种名为 Erlay 的新交易中继协议。 尽管处于早期开发阶段，Erlay 也是一项重要的创新，因为它可以大大降低运行比特币全节点的带宽需求。

如果实施，Erlay 的效率提升可以让用户更轻松地完成初始块下载（Initial Block Download）并持续验证区块链，尤其是在互联网服务提供商施加带宽上限的国家。

冰山一角

很难跟踪比特币发生的所有创新。 而这篇文章只是触及表面。 这将我们带到了本文的关键点：比特币作为一个整体是一套不断发展的协议。

这里介绍的模块化创新方法很重要，并且在最大限度地减少比特币发展的政治因素和保持其基本货币属性方面发挥了关键作用。 下次有人声称比特币是静态技术时，请记住这篇文章所说的话。

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