比特币技术堆栈的创新:今非昔比

前言:比特币并不是静态技术。它是一组不断演化的协议套件。它的模块化创新方法使得它能够最大化其安全的同时实现创新发展。跟十多年前相比,比特币在 layer 2、智能合约、挖矿、隐私等多个方面都取得了明显的进步。这些发展在一步步地完善比特币,催生了更多的可能性。本文作者 Lucas Nuzzi,由蓝狐笔记社群的“JT”翻译。
比特币技术堆栈的创新:今非昔比

比特币在过去十年走过了很长的路。跟比特币软件第一次迭代时相比,当前的实现质量和可靠性都已经得到显著提高。比特币能够迅速且有机地吸引大批开发者贡献成千上万小时来改进,甚至是翻新其大多数底层代码库。

毫无疑问,比特币还是那个比特币。跟宪法类似,定义其货币属性的核心共识规则集(例如算法通胀和硬编码的供应)保持不变。有些派别一次又一次地试图改变这些核心属性,但所有敌意接管迄今为止都以失败告终。

这通常是一个痛苦的过程,但是,它突出并巩固了比特币的两个最大的优点:

  • 没有单独一方可以控制比特币应该如何演化

  • 没有中心控制方这一点保护了比特币的货币属性

有趣的是,正是这些规则吸引了密码朋克和机构投资者。这些规则使得比特币成为前所未有的货币类型。然而,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有挑战。本质上,比特币的宪法给予开发者有限的工具包,以使他们无法侵犯其货币政策。发展过快和突破对于比特币来说风险太大。

这意味着在比特币中的创新需要创造力、耐心,也许最重要的是自我最小化。毕竟,嵌入于比特币宪法中的基本规则最终超过技术本身。这就是为什么硅谷很难理解比特币价值主张的原因,它不只是技术、金融工具、或消费者应用,它是由技术支持的完整货币系统。改变比特的宪法要求采取类似于政治的程序,它可能会侵犯其货币属性,因此,技术革新被当作模块来实施。

正如经常指出的那样,比特币的模块化创新方式类似于互联网协议套件的发展,其中不同协议的层专门用于特定功能。电子邮件由 SMTP、文件由 FTP、网页由 HTTP 来处理,而用户地址通过 IP 处理,TCP 路由数据包。经过这些年,这些协议都在演化,为如今的用户提供完整体验。

在 Spencer Bogart 关于新兴的比特币技术堆栈的精彩文章中,他提出我们正在目睹比特币自身协议套件的开始。事实证明,比特币核心层的缺乏灵活性导致几个额外协议的诞生,这些协议专注于不同应用,例如用于支付通道的闪电网络的 BOLT 标准。创新既充满活力,又相对安全,因为这种模块化方法会最小化系统性的货币风险。

在比特币技术堆栈的很多层都有发展,很难跟踪到所有新兴的解决方案。下图试图描绘出所有相对新的计划并展示出更加完整的比特币技术堆栈图景。它并非囊括所有,它也不是表示对任何特定计划的赞同。然而,看到创新正在各个方面推动让人印象深刻:从 layer2 技术到新兴的智能合约解决方案:

比特币技术堆栈的创新:今非昔比

Layer 2

最近有很多关于闪电网络采用率的讨论。闪电网络是比特币最知名的 layer 2 技术。批评者经常说在闪电网络中通道数量和锁定 BTC 总额明显下降。这两个指标通常用于衡量用户采用率。尽管社区对这些指标有共识,但必须要指出的是,鉴于闪电网络的幕后运作方式,这些指标存在基本缺陷。

闪电网络最被低估的优点之一是其直接的隐私属性。由于闪电网络并不依赖于所有状态改变的全局验证(也就是其自身的区块链),因此,用户可以使用其他技术和网络叠层(如 Tor)进行隐私交易。

在这一点上,我们可以通过分析链上通道开放交易的数量并将其与链下公开通道数量进行比较,然后估计出闪电网络的隐私使用比例。Christian Decker 估计,41% 的闪电网络通道是隐私的:

比特币技术堆栈的创新:今非昔比Source: Christian Decker

发生在这些通道内的活动并没有被流行的闪电网络浏览器所捕捉到。因此,闪电网络的私有使用的增加导致可公开衡量指标数据的下降,导致观察者错误地得出结论认为采用率在下降。确实,闪电网络必须克服实质的可用性障碍之后才能获得广泛采用,但是,我们必须停止使用具有误导性的指标来判断网络的当前状态。

在最近的柏林闪电网络会议上,正如 Decker 指出的那样,即使上述关于隐私和公开通道的估计是有缺陷的,因为采用 Schnorr 签名将使得渠道公开交易与常规交易无法区分开来。

在 layer 2 隐私领域的另一个有趣的最新进展是 WhatSat 的创建,它是基于闪电网络的隐私消息系统。这个项目是 Lightning deamon 的修改版,它允许隐私消息的中继者(连接通信实体的信使)为其服务获得小额支付的补偿。这种分布式的、抗审查和防垃圾的聊天由 LND 自身的创新支持,例如最近对 lightning-onion (它是闪电网络自己的洋葱路由协议)进行的改进。

闪电网络应用(Lapp)的增长显示了这些创新在消费者应用中的广泛应用,这些应用从闪电网络支持的云计算 VPS 到通过微交易共享广告收益的图像托管服务。这些只是基于闪电网络的 layer 2 创新。

从更一般的意义上讲,我们将 layer 2 定义为一套应用,这些应用能使用比特币的基础层作为法院,可以协调外来事件和解决争端。因此,锚定于比特币区块链的数据主题要更为广泛,一些诸如微软这样的公司率先在比特币上开发去中心化的 ID 系统。这种举措增加了对链上协调的需求,并有利于比特币费用市场的长期发展。

智能合约

有很多项目试图用安全且负责任的方式将具有表达性的智能合约功能带回到比特币中。这是重大的发展。因为从 2010 年开始,协议中移除了好几个原始的比特币操作码(opcode:确定比特币能够计算什么的操作)。这些移除都是在发现一系列可怕的漏洞之后进行的,这导致中本聪本人禁用了比特币编程语言 Script 的一些功能。

多年来,很清楚的是,具有高度表达性的智能合约功能总是伴随着重大的安全风险。按普遍的经验法则,虚拟机引入的功能(处理操作码的集体验证机制)越多,它的程序就越不可预测。然而,在最近,我们看到了比特币中智能合约体系结构的新方法,该方法可以最小化不可预测性,同时还提供广泛的功能。

一种名为 Merkleized Abstract Syntax Trees (MAST)的比特币智能合约新方法的设计引发了新一轮的支持技术,这些技术试图优化安全性和功能性之间的权衡。

最知名的是 Taproot,它是 MAST 结构的优雅实现,它使整个应用可以表示为 Merkle Tree,其中树的每个分支都代表不同的执行结果。伴随着 Taproot 出现的编程语言是 Tapscript,它可更易于表达跟 Merkle Tree 每个分支相关的花费条件。

最近冒出来的另外一个有趣创新是在比特币交易中合约实现或花费条件的新架构。最初由 Greg Maxwell 于 2013 年提出的思想实验,合约作为一种限制余额消费方式的方法,即使其保管权发生了改变。

尽管这个想法已经近七年,但在 Taproot 出现之前执行合约是不切实际的。现在,名为 OP_CHECKTEMPLATEVERIFY (曾称为 OP_SECURETHEBAG) 的新操作码正在利用这项新技术来潜在地支持在比特币中安全实施合约。

乍一看,在借贷场景,合约非常有用,因为它们支持一些政策的创建,诸如将回款之类添加到特定的 BTC 余额中。但,它们对比特币可用性的潜在影响远不止这些。合约支持像比特币保管库这样的实现,在保管的场景下,它提供相当于第二个私钥的功能,该私钥可以让被黑客入侵的一方“冻结”其被盗资金。

还有很多关于这项技术的其他应用,例如非交互式支付通道(Non-Interactive Payment Channel)、拥堵控制交易、CoinJoins 等,描述它们值得用专门文章来撰写。更多信息,可以查看 Jeremy Rubin 的 BIP 草案。

重要的是要注意,Schnorr 签名是技术原语,可以让所有这些实现智能合约的新方法成为可能。在 Schnorr 激活之后,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(Scriptless Scripts),它可以使完全隐私和可扩展的比特币智能合约被表示为数字签名(与操作码对应)。

同样,Discreet Log Contracts 也利用将智能合约执行结果用数字签名表示的想法,以实现更好的隐私性和可扩展性。总言之,这些新方法可以使得新的智能合约应用都可以构建在比特币之上,且 Schnorr 是这样构建的基础。

挖矿

挖矿协议方面也有一些有意思的进展,尤其是那些被矿池成员使用的协议。即使比特币挖矿中心化的问题经常被夸大,但矿池运营者保有的权力结构确实可以被进一步去中心化。也就是,矿池运营者可以决定全体矿池成员可以开采哪些交易,这赋予其相当大的权力。

随着时间推移,一些矿池运营者滥用这种权力,它们审查交易,挖出空块并将哈希输出重新分配给其他网络,而这么做并没有得到矿池成员的授权。

值得庆幸的是,有些技术正在试图颠覆这种矿池权力结构。比特币挖矿的最重大的变化之一就是 Stratum 的第二个版本,它矿池中最受欢迎的协议。Stratum V2 是完整的大修,它实现了 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 是辅助协议,它支持矿池成员能够决定其要挖的区块组成,而不是相反。Stratum V2 还实现了一些优化,允许矿池成员更好地沟通和协调。

挖矿行业另一个有助于提高稳定性的有趣进展是重新引起人们对哈希率和难度衍生品的兴趣。这对希望对哈希率波动和难度调整进行对冲的挖矿操作来说,尤其有用。尽管这些衍生品还没有成型,但这标志着比特币挖矿产业化的有趣进展。

隐私

在我们发布了有关 Schnorr 签名的报告之后,一些隐私币支持者对如下的建议感到愤怒:在未来某个时候,比特币可以有选择性地实现足够的隐私。尽管这个建议可能对隐私加密资产的长期价值主张形成挑战,但仍有不少的新兴协议可以为比特币带来更好的隐私。尽管比特币中的隐私将可能继续是一门艺术而不是一门科学,但在这方面的有趣创新是值得一提的。

在我们钻研特定的隐私创新之前,重要的是强调,跨数字资产的隐私交易最大障碍是如下的这个事实:大多数解决方案都是半生不熟的。专注于交易图隐私的隐私资产经常忽略网络级的隐私,反之亦然。这两个向量都缺乏成熟度和使用率,通过在 P2P 网络层或区块链层进行统计学追踪分析,这使得交易更容易被去匿名化。

比特币技术堆栈的创新:今非昔比

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。当涉及交易图隐私时,诸如 P2EP 和 CheckTemplateVerify 这样的解决方案很有趣,因为隐私成为效率的副产品。

作为 CoinJoin 的新颖方法,这些解决方案可以提高用户对隐私交易的采用,因为他们被更低的交易费用所驱动。尽管隐私保证在 CoinJoin 模式下依然不是最佳选择,但是,无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。

如果低交易费用成为一种激励,并导致比特币中的匿名集(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会比现在更加主观。一些区块链分析公司能够欺骗执法机构,使他们相信某个 UTXO 属于特定用户的确定可能性。

但是其底层模型已经非常微妙且脆弱。如果大多数 UTXO 成为 CoinJoin 输出,则可能会破坏现有聚类的方法。(蓝狐笔记:也就是说,匿名化的交易输出会对现有跟踪分析方法形成很大挑战,从而极大增加了分析难度)在此之前,在可用性方面需要完成大量的工作,这样所有的比特币用户,不管是否为科技老手,都能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 提议(Simple Non-Interactive CoinJoin with Keys for Encryption Reused),一种用无须信任的对等方生成 CoinJoin 的新颖方法。SNICKER 结合了多种技术,可让用户访问 CoinJoin 交易,而无须信任对等方或与其交互。

在提高 P2P 通信的隐私性和效率方面,协议也取得一些明显的进步。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 通信领域而言,交易广播中的隐私并非是灵丹妙药,但像 Dandelion 这样的协议依然能通过隐藏广播交易的节点的原始 IP 地址,从而有意义地增加用户隐私。

比特币网络堆栈层面最新的发展也值得一提,它就是称为 Erlay 的新交易中继协议。虽然它处于发展早期阶段,Erlay 也是重要的创新,因为它可以极大地减少运行比特币全节点的带宽要求。

如果得以实施,Erlay 的效率收益能支持用户更容易完成初始区块下载(Initial Block Download),并持续验证区块链,尤其是在那些互联网服务提供商设置带宽上限的国家。

冰山一角

跟踪发生在比特币上的所有创新是很困难的。而本文只是表面上的一部分。这将我们带到本文的关键点:总体而言,比特币是不断发展的协议套件。

这里所提到的模块化创新的方法很重要,它在最小化比特币发展中的政治上发挥了关键作用,并保护了其根本货币属性。如果下次有人声称比特币是静态技术时,请记住本文所说的。

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