2019 年区块链领域主流技术有何突破?总结比特币、以太坊、跨链技术、隐私技术及联盟链 2019 技术进展。

原文标题:《年终盘点 | 一文全览 2019 年最酷的区块链技术》
作者:洒脱喜

2019 年的余额已经不足,而区块链技术的发展又那么快,过了这一年,你知道这个世界发生了什么吗?

记不起来了?没关系,我们不妨抽点时间来一起回顾一下吧,这些对象分别是比特币、以太坊、跨链技术、隐私技术以及联盟链(没提到的,大家可以自行补充哦σ゚∀゚)σ)。

一、2019 年比特币技术进展

2019 年,比特币最大的技术进展便是闪电网络、Stratum V2、Schnorr 签名(MuSig)、Erlay 以及 Miniscript。当然,像 Shamir 备份、PayJoin 等新技术的出现也是很有意义的。

2019 年区块链主流技术有何突破?了解一下比特币、以太坊、跨链、隐私与联盟链

由于篇幅有限,本文仅涉及几个相关讨论较少的技术例子 (闪电网络可以看 这篇文章):

1.1 Stratum V2

在很多人看来,比特币等 PoW 加密货币的挖矿已经呈现出中心化的趋势,这主要是因为当前矿池工作方式的原因,由于矿池拥有普通矿工所不具备的特权(分配奖励、打包哪些交易、包含版本位),其运营者可审查某些交易,或者选择阻止某些协议的升级,而这些特权存在对网络而言是弊大于利的。

而由 Bitcoin Core 开发者 Matt Corallo 提出的 BetterHash 替代挖矿协议,则是将原本属于矿池的权力归还给矿工,从而实现挖矿的去中心化,而由 Slush Pool 联合 Matt Corallo 等人提出的 Stratum V2 挖矿协议,则是在 BetterHash 的基础上进行了一些改进,在上个月,Stratum V2 的规范已正式被公布:https://stratumprotocol.org/,这对于整个 PoW 区块链行业而言都具有很大的参考意义。

1.2 Schnorr 签名(MuSig)

2018 年,区块链协议公司 Blockstream 的密码学家 Gregory Maxwell、Pieter Wuille 等人提出了一种名为 MuSig 的 Schnorr 签名方案,它可以替代比特币当前所使用的 ECDSA 签名算法(小插曲:Schnorr 签名的发明者 Claus Schnorr 最初为它申请了专利,直到 2008 年才到期)。

而在使用 MuSig (Schnorr 签名)方案之后,比特币就可以扩展到支持固定大小的多重签名和阈值签名,以及「无脚本脚本」,另外 Schnorr 签名具有的批量验证特性,使得其验证速度要比 ECDSA 签名快得多。

另外,据 Blockstream 研究主管 Andrew Poelstra 告诉巴比特记者的回答,应用 Schnorr 签名之后,比特币能够扩容 10%-20%,此外,使用Schnorr 签名+Taproot+无脚本脚本的组合,会使得比特币的输出难以被分辨,从而大大提高比特币的隐私特性。

可以说,Schnorr 签名会是比特币接下来的重点部署技术,截至目前,Schnorr 签名的 BIP 还处于草案阶段,目前主要是由 Pieter Wuille 在负责更新;

1.3 Erlay

在今年 6 月份的时候,巴比特就报道了 Pieter Wuille、Gregory Maxwell 等人提出了一种名为 Erlay 的中继协议,简单来说,Erlay 不仅能够让比特币网络变得更加安全,而且能够降低节点 84% 的带宽消耗,使得比特币节点的运行成本更低。相比之下,比特币当前因为使用的是 BTCFlood 中继协议,导致网络连接性太低。

而在今年 9 月份,Pieter Wuille 和另一位开发者 Gleb Naumenko 正式将 Erlay 写成了 BIP: 330,目前处于草案阶段。

1.4 Miniscript

由于比特币 Script (脚本)语言的存在,今天,比特币可以实现一些较简单的交易功能以及各种多重签名、原子互换、闪电网络交易,然而,Script (脚本)的功能并非只有这些,只是因为它的复杂性限制了它的应用。

而由 Andrew Poelstra 和 Pieter Wuille 提出的 Miniscript,则是一种以结构化方式表示比特币 Script 的语言,正如它名字的开头 Mini 一样,则是一种简化版 Script (脚本)语言。

而当比特币使用 Miniscript 语言之后,相关的编程将变得更容易,应用类型也会增多。

截至目前,Miniscript 语言并非进入正式应用阶段,不过 Blockstream 公司 已在内部使用了这种语言

二、以太坊技术进展

2019 年区块链主流技术有何突破?了解一下比特币、以太坊、跨链、隐私与联盟链

2.1 虚拟机 Ewasm

当前以太坊所使用的虚拟机是 EVM,而在接下来,无论是以太坊 1.0 还是以太坊 2.0,它们都会采用由万维网联盟 (W3C) 维护的 Webassembly (WASM)类型虚拟机,我们称之为 Ewasm。
相比 EVM,WASM 没有高阶指令,其支持 32 / 64 位的操作,支持了更多的语言(例如 C++、 Rust、 GO 等),理论上它还可提升 Web 性能和功耗。

目前,Ewasm 研发团队已经转向了 Eth 2.0 的研究,而 Eth 2.0 的设计是无状态的(存储在链外),在第二阶段(phase 2),相关智能合约将以执行环境(EE)的形式进行,而 Scout 规范是执行环境(EE)的最小接口,目前,Scout 规范有三种实现方式:

  1. 用 Rust 语言写的 scout,专为快速原型开发和协作而设计;
  2. 用 Typescript 写的 scout.ts,用于快速原型开发和浏览器支持;
  3. 用 C++写的 ScoutOne,为性能和生产使用而设计,可嵌入到 Eth 2.0 客户端;

更多内容可参考 这里

2.2 Casper FFG 与 Casper CBC

我们知道,以太坊 2.0 将会采用 PoS 共识机制,而其在初期使用的则是由 Vitalik Buterin 与 Virgil Griffith 在 2017 年提出的 Casper FFG 共识机制。

这种共识机制相对而言更容易落地,而 Casper CBC 则拥有相对更好的理论(同时也更难实施)。

此外,Casper 还会和分片技术一起应用,而根据目前的规划,以太坊 2.0 阶段 1 上线时的分片数已从 1024 减至 64。

截至目前,Casper FFG 的 BIP 还没有正式完成,相关参数尚未确定。

2.3 以太坊 1.0 网络的三次硬分叉更新

在过去的 2019 年,以太坊已经历了 2 次硬分叉升级,其中第一次君士坦丁堡升级发生在区块高度 7080000,其包括了五项改进提议(EIP 145、EIP 1052、EIP 1283、EIP 1014、EIP 1234),而这次升级当中,最大的争议之处就在于 EIP 1234 使得以太坊区块奖励从 3 ETH 减少到 2 ETH (附带拆除了第二次难度炸弹)。

而在区块高度 9069000 进行的伊斯坦布尔升级,则纳入 6 项改进提议(EIP-152、EIP-1108、EIP-1344、EIP-1884、EIP-2028、EIP-2200),这次升级最大的影响,是使得基于 SNARKs 和 STARKs 的二层(layer 2)解决方案的吞吐量大大提升,例如近期备受关注的 ZK Sync 以及 ZK Rollup 方案就可以提升至数千的 TPS。

而在区块高度 9200000 进行的下一次硬分叉更新(代号:缪尔冰川),则是为了拆除再次触发的难度炸弹,使以太坊的区块间隔时间恢复到 14.3 秒的正常水平。

根据规划,这也将是以太坊最后一次难度炸弹拆除计划。

三、主流隐私技术进展

当前公链所涉及的问题当中,隐私被普遍是认为是重中之重,相关的技术解决方案也在不断涌现而出,从最初门罗使用的环签名到 Zcash 使用的 zk-SNARKs,再到 Grin 采用的 MimbleWimble,隐私解决方案的发展,可以说是日新月异。

那这些具有代表性的方案,到底具有哪些特性呢?

2019 年区块链主流技术有何突破?了解一下比特币、以太坊、跨链、隐私与联盟链

在隐私保障当中,MimbleWimble 是最弱的,但这一协议最大的特性其实并非是匿名,而是简洁性和可扩展性。

而 zk-SNARKs 虽然是一种非常有效、快速的零知识证明,但其弊端是需要可信设置,相比之下,其「堂兄」zk-STARKs 则无需可信设置,但证明大小非常大。

而名字非常酷炫的 Bulletproofs (防弹证明),虽然具有无需可信设置及较小证明大小的优点,但它的验证速度却是相对较慢的,因此并不适合复杂的交易。

(预告:本周的一周评,我们会介绍两种新的零知识证明算法,其中包括 Virgo)

四、主流跨链技术进展

尽管跨链技术早已出现,例如闪电网络原子互换等,但至今市场对跨链的需求其实并不高,但由于区块链信息孤岛问题确实存在着,且是必须要解决的,因此 Cosmos IBC 以及 Polkadot 主网的进展,依然会有很多人会关注。

2019 年区块链主流技术有何突破?了解一下比特币、以太坊、跨链、隐私与联盟链

截至目前,Cosmos IBC 的规范还在完善当中,预计明年才能推出。

而 Polkadot 则处于 Kusama 测试网阶段,正式主网也需要在明年才能推出。

五、主流联盟链技术进展

上面我们谈了大量的公链技术进展,然而,真正被国家和大公司认可的其实主要是联盟链技术,而当前市场上主要被采用的联盟链代码库,主要有 Hyperledger fabric、R3-corda、FISCO BCOS 以及 Quorum。

2019 年区块链主流技术有何突破?了解一下比特币、以太坊、跨链、隐私与联盟链

其中被应用最多的 Hyperledger fabric 已在近期发布了 v2.0 Beta 版本,距离其正式的 v2.0 版本已越来越近。

在 v2.0 版本中,Fabric 会引入 chaincode 的去中心化治理,并使用了一个新的 chaincode 生命周期。

完整更新内容可以查看这里:https://hyperledger-fabric.readthedocs.io/en/latest/whatsnew.html 而 Quorum 可以被视为是以太坊的私链版本,但由于它是摩根大通在负责维护的,因此影响力较大。

而 FISCO BCOS 则是华为、腾讯、微众银行等国内科技与金融机构共同在维护的一个联盟链技术平台,目前已更新至 v2.1.0 版本,也是国内影响力最大的开源联盟链平台。

六、展望 2020 年

在即将到来的 2020 年,公链与联盟链技术都将迎来新一轮的爆发,而本文中提到的一些技术,也将逐渐展开它们的影响力。

公链的隐私问题将逐渐得到解决,而跨链,则依旧会处于探索阶段,比特币将变得更去中心化,相关功能也会逐渐增多,以太坊则会迎来一场值得所有人关注的实验,而联盟链之间,也会展开更多的合作。

来源链接:www.8btc.com