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热点问题

设计中的权衡

比特币的设计目标在于支持一套安全、开放、分布式的数字货币系统。围绕这一目标,比特币协议的设计中很多地方都体现了权衡(trade-off)的思想。

  • 区块容量:更大的区块容量可以带来更高的交易吞吐率,但会增加节点带宽、验证和存储成本,带来中心化风险。SegWit 之后,比特币共识规则使用区块重量上限 4,000,000 weight units,而不是简单的 1 MB 上限。

  • 出块间隔时间:更短的出块间隔可以缩短交易确认的时间,但也可能导致分叉增多,降低网络可用性。

  • 脚本支持程度:更强大的脚本指令集可以带来更多灵活性,但也会引入更多安全风险。

分叉

比特币协议不会一成不变。当需要修复漏洞、扩展功能或调整结构时,比特币需要在全网的配合下进行升级。升级通常涉及更改交易的数据结构或区块的数据结构。

由于分布在全球的节点不可能同时完成升级来遵循新的协议,因此比特币区块链在升级时可能发生分叉(Fork)。对于一次升级,如果把网络中升级了的节点称为新节点,未升级的节点称为旧节点,根据新旧节点相互兼容性上的区别,可分为软分叉(Soft Fork)和硬分叉(Hard Fork)。

  • 如果旧节点仍然能够验证接受新节点产生的交易和区块,则称为软分叉。旧节点可能不理解新节点产生的一部分数据,但不会拒绝。网络既向后和向前兼容,因此这类升级可以平稳进行。

  • 如果旧节点不接受新节点产生的交易和区块,则称为硬分叉。网络只向后兼容,不向前兼容。这类升级往往引起一段时间内新旧节点所认可的区块不同,分出两条链,直到旧节点升级完成。

尽管通过硬分叉升级区块链协议的难度大于软分叉,但软分叉能做的事情毕竟有限,一些大胆的改动只能通过硬分叉完成。

交易延展性

交易延展性(Transaction Malleability)是比特币的一个设计缺陷。简单来讲,是指当交易发起者对交易签名(sign)之后,交易 ID 仍然可能被改变。

下面是一个比特币交易的例子。

在传统非 SegWit 交易中,发起者对交易的签名(scriptSig)位于交易的输入(vin)当中,属于 txid 承诺的交易序列化内容。交易 ID(txid)由交易序列化数据 Hash 得到,这就造成了一个问题:攻击者(尤其是签名方)可以通过改变 scriptSig 来改变 txid,而交易仍旧保持合法。例如,反转 ECDSA 签名过程中的 S 值,签名仍然合法,交易仍然能够被传播。SegWit 将签名等 witness 数据移出 txid 承诺范围,修复了主要的第三方交易延展性问题。

这种延展性攻击能改变交易 ID,但交易的输入和输出不会被改变,所以攻击者不会直接盗取比特币。这也是为什么这一问题能在比特币网络中存在如此之久,而仍未被根治。

然而,延展性攻击仍然会带来一些问题。比如,在原始交易未被确认之前广播 ID 改变了的交易可能误导相关方对交易状态的判断,甚至发动拒绝服务攻击;多重签名场景下,一个签名者有能力改变交易 ID,给其他签名者的资产带来潜在风险。同时,延展性问题也会阻碍闪电网络等比特币扩展方案的实施。

扩容与升级

比特币社区关于扩容的争论由来已久。最终,社区选择了技术升级而非简单扩大区块容量的路线。

隔离见证(SegWit)

2017 年 8 月,隔离见证(Segregated Witness,SegWit)作为软分叉正式激活。它将交易中的见证数据与旧式交易序列化分离,修复了主要的第三方交易延展性问题,并通过区块重量机制提高了可承载数据量;实际容量取决于区块中传统数据和 witness 数据的比例,也为闪电网络等链下方案铺平了道路。

Taproot 升级

2021 年 11 月,比特币网络迎来了自 SegWit 以来最大的升级 —— Taproot。它引入了 Schnorr 签名Merkelized Abstract Syntax Trees (MAST)

  • Schnorr 签名:支持多重签名聚合成一个签名,提高了隐私性和效率。

  • MAST:允许复杂的智能合约逻辑在链上仅展示执行分支,大幅减少了数据占用并提升隐私。

生态创新:铭文与符文

长期以来,比特币被视为“数字黄金”,缺乏像以太坊那样的应用生态。然而,基于 Taproot 升级的技术特性,新的协议让比特币网络焕发了生机。

  • Ordinals (铭文):2023 年初,Casey Rodarmor 提出了 Ordinals 理论,通过给每一个聪(Satoshi,比特币最小单位)编号并写入数据(Inscribing),实现了在比特币链上发行 NFT。这引发了巨大的关注和争议。

  • Runes (符文):2024 年,为了解决早期的 BRC-20 协议带来的大量 UTXO 集膨胀问题,更加高效的原生同质化代币协议 Runes 被推出,进一步丰富了比特币的资产发行能力。

这些创新让比特币不仅仅是储值工具,也开始承载数据和应用价值,同时也显著增加了矿工的手续费收入,增强了网络在减半周期后的安全性。

拥抱合规:ETF 时代

随着区块链技术的成熟,主流金融市场开始接纳比特币。

  • 现货 ETP/ETF:2024 年 1 月,美国 SEC 批准若干现货比特币交易所交易产品(ETP)份额上市交易。该批准是对交易所规则变更和产品披露框架的监管决定,不等于 SEC 认可或背书比特币本身,投资者仍需关注比特币及相关产品风险。

  • 监管追踪:虽然比特币地址是匿名的,但通过 链上分析(On-chain Analysis) 技术,结合合规交易所的 KYC 信息,监管机构可以有效地追踪非法资金流向。“完全匿名”在比特币上已不复存在。

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