比特幣總體上是一套不斷髮展的協議,它並不是一種靜態技術。本文總結了比特幣誕生 10 年以來在 Layer 2、智能合約、挖礦以及隱私層面的技術發展。

原文標題:《一文了解比特幣新技術創新,涉及 Layer 2、智能合約、挖礦以及隱私》(A Look at Innovation in Bitcoin’s Technology Stack)
作者:Lucas Nuzzi,Digital Asset Research 技術研究主任
譯者:灑脫喜

比特幣在過去 10 年裏取得了長足的進步,相對於其第一代軟件,當前比特幣協議的質量和可靠性已得到了顯著提升。比特幣快速和有機地吸引了大量開發者,讓他們投入大量時間去改進其大部分底層代碼庫。

然而,比特幣還是那個比特幣,就像憲法一樣,定義其貨幣屬性的核心共識規則如算法通脹和硬編碼供給,依舊保持不變。一次又一次,各派系試圖改變這些核心屬性,但迄今爲止所有的控制嘗試都失敗了。這通常是一個痛苦的過程,但它凸顯並鞏固了比特幣的兩大優點:

  1. 任何單一實體都不能左右比特幣的發展;
  2. 缺乏保護比特幣貨幣屬性的中心控制;

有趣的是,這些規則吸引了密碼朋克(cypherpunk)和機構投資者,這使得比特幣成爲一種史無前例的貨幣。然而,這些規則也使得比特幣的軟件開發,要比任何其他數字資產都更具挑戰性。

實質上,比特幣的構造授予了開發者一個有限的工具包,這樣他們就不會侵犯比特幣的貨幣政策,而改變過快就會面臨太多的危險。

這意味着比特幣的創新,需要的是創造力以及耐心,也許更重要的,是自我最小化。畢竟,比特幣構造中的基本規則,根本上是優先於技術的。這就是爲什麼硅谷很難理解比特幣的價值主張,它不僅僅是一種技術、金融工具或消費者應用,它是一個由技術支撐的完整貨幣體系。改變比特幣的結構,需要一個準政治過程,這個過程可能侵犯比特幣的貨幣屬性,因此,技術創新是被作爲模塊來實施的。

正如人們經常指出的那樣,比特幣的模塊化創新方法類似於互聯網協議套件的演進,即不同協議層專門用於特定功能。比如電子郵件由 SMTP 處理,文件由 FTP 處理,網頁由 HTTP 處理,用戶地址由 IP 處理,數據包路由由 TCP 處理。多年來,這些協議中的每一個都在經歷不斷的發展。

在 Spencer Bogart 撰寫的關於 新興比特幣技術棧 的文章中,他提出了這樣一個觀點:我們現在正目睹比特幣協議套件的興起。事實證明,比特幣核心層的不可壓縮性(inflexibility)產生了多個專門應用於各種應用的協議,如用於支付通道的閃電網絡 BOLT 標準,這種創新既充滿活力又是(相對)安全的,因爲這種模塊化方法將系統性貨幣風險降至最低。

在比特幣技術棧的許多層上,發生瞭如此多的事情,而跟蹤新興的解決方案可能是非常困難的。下面的圖表試圖繪製出所有相對較新的比特幣技術方案,並以棧的形式呈現。它並非詳盡無遺,文章也沒有表示對具體倡議的任何贊同。然而,令人印象深刻的是,創新正全面推進,從二層(layer 2)解決方案,到智能合約解決方案的興起:

比特幣並非一成不變,總結比特幣 10 年以來技術創新

一、Layer 2 技術

最近有很多關於閃電網絡採用率的討論,這是比特幣最突出的 layer 2 技術。批評人士經常會指出說,閃電網絡中鎖定的通道數量及總 BTC 數量明顯減少了。然後,他們經常會使用這兩個指標來評估 LN 用戶採用率。儘管社區已非常認同這些指標,但必須要指出的是,鑑於閃電網絡引擎蓋下的工作方式,這些指標實際上存在着根本性的缺陷。

閃電網絡最被低估的優點之一,在於其直截了當的隱私屬性。由於閃電網絡不依賴於所有狀態更改的全局驗證(即它自己的區塊鏈),用戶可使用附加技術和網絡覆蓋層(如 Tor)進行私下交易。在這一點上,我們可以通過分析鏈上(on-chain)的通道開放交易數量,並將其與鏈下的公共通道數量進行比較,以此評估閃電網絡的私有使用率。根據 Christian Decker 的估計,閃電網絡約有 41% 的通道是私有的:

比特幣並非一成不變,總結比特幣 10 年以來技術創新來源:Christian Decker

在這些通道中發生的活動,是無法被流行的閃電網絡瀏覽器捕捉到的。因此,閃電網絡私有使用量的增加,會導致公開的數據量減少,從而導致觀察者得出錯誤的結論:閃電網絡的使用量正在下降。
雖然閃電網絡必須克服大量的可用性障礙,它才能得到廣泛採用,但我們必須停止使用誤導性的指標來對網絡的當前狀態進行斷言。

正如 Decker 在柏林最近一次閃電網絡會議的講話中指出的那樣,上述私人通道 vs 公共通道的估計也是存在缺陷的,因爲採用 Schnor 簽名將使通道開放交易與常規交易無法區分。

WhatSat 是 layer 2 隱私領域的另一個有趣發展,這是一個位於閃電網絡之上的保密信息系統。這一項目是對 Lightning deamon 的一個修改,它允許私人信息的中繼者(連接通信實體的通信者)通過小額支付獲得服務補償。這種去中心化的、抗審查和垃圾信息的 chat 應用,是由 LND 本身的創新所促成的,比如最近對 lightning-onion 的改進,這是閃電網絡自己的 onion 路由協議。

Lapp (或閃電網絡應用)的增長,證明了這些創新在消費者應用方面的廣泛適用性,從一個閃電網絡驅動的 雲計算 VPS 到一個通過微交易分享廣告收入的 圖像託管服務,這些都是閃電網絡 layer 2 上的創新。更一般地說,我們將 Layer 2 定義爲一套將比特幣底層用作法院的應用,它們使用比特幣底層來調和外部事件,使得爭端得到解決。因此,在比特幣區塊鏈上的數據錨定主題變得更爲廣泛,比如微軟等公司在比特幣上創建了一個去中心化的身份系統。這些新方案增加了對鏈上和解的需求,有助於比特幣費用市場的長期發展。

二、智能合約

還有一些項目試圖以安全和負責任的方式,將富有表現力的智能合約功能帶回帶比特幣。這是一項重大的發展,因爲從 2010 年開始,比特幣協議中的一些原始操作碼(決定比特幣能夠計算什麼的操作)被刪除了。此前,一系列可怕的漏洞被揭發,這導致中本聰本人禁用了比特幣編程語言 Script 的一些功能。

多年來,非常清楚的一點是,伴隨着高度表現力的智能合約功能,會存在一些微不足道的安全風險。而通常的經驗法則是,向虛擬機(處理 opcode 操作碼的集體驗證機制)引入的功能越多,其程序就越不可預測。然而,最近,我們看到了比特幣智能合約體系結構的新方法,這種方法可最小化不可預測性,但也提供了大量功能。

一種被稱爲 默克爾化抽象語法樹(MAST) 的比特幣智能合約新設計,引發了新一輪的技術浪潮,試圖在安全性和功能性之間進行權衡。

其中最突出的就是 Taproot,這是 MAST 結構的一種優雅實現,它使整個應用能夠表示爲 Merkle 樹,樹的每個分支代表不同的執行結果。與 Taproot 一起出現的,還有一種叫做 Tapscript 的編程語言,它可以更容易地表示與 Merkle 樹的每個分支相關聯的支出條件。

最近重現的另一個有趣的創新是一種新的架構,它可用於在比特幣交易中實施契約(covenant)或支出條件。

契約(covenant) 最初是 Greg Maxwell 在 2013 年提出的一種想法實驗,它是一種限制餘額使用方式的方法(即使它們的保管權發生了變化)。雖然這個想法已存在了將近七年的時間,但在 Taproot 到來之前,契約(covenant)是無法實現的。現在,一個名爲 OP_CHECKTEMPLATEVERIFY_(以前稱爲 OP_SECURETHEBAG)的新操作碼,正在利用這項新技術,潛在地使契約(covenant)能夠在比特幣中安全地實現。

乍一看,契約(covenant)在借貸(或許還有比特幣衍生工具)方面是非常有用的,因爲它們以創建類似於追回款項的政策,並附加到特定的 BTC 餘額上。但它們對比特幣可用性的潛在影響,遠不止借貸契約(covenant)可以允許像比特幣金庫這類應用的實現,在託管的情況下,比特幣金庫提供了相當於第二私鑰的東西,允許被黑客攻擊的一方可「凍結」被盜資金。這項技術還有很多其他應用,比如 非交互式支付通道、擁堵控制交易(Congestion Controlled Transaction)以及 CoinJoin,這確實值得用單獨的文章來呈現它,想要了解更多的信息,你可以查看 Jeremy Rubin 的 BIP 草稿

值得注意的是,Schnorr 簽名是使這些智能合約新方法成爲可能的技術基層。在激活 Schnorr 簽名之後,比特幣甚至可運用更令人激動人心的前沿技術,例如無腳本腳本(Scriptless Scripts),它可以使完全私有和可擴展的比特幣智能合約被表示爲數字簽名(而不是操作碼)。類似地,Discreet Log 合約 還採用將智能合約的執行結果表示爲數字簽名的思想,以獲得更好的隱私和可擴展性。總之,這些新方法可能使新的智能合約應用能夠構建在比特幣之上,而 Schnorr 簽名則是它的基礎。

三、挖礦

在挖礦協議方面,我們也有了一些有趣的發展,特別是對那些礦池成員而言。儘管比特幣挖礦的中心化問題經常被誇大,但當前確實存在着礦池運營商權力過大的問題,而這可得到進一步分散。具體來說,當前礦池運營商可決定其挖到的區塊包含哪些交易,這賦予了他們相當大的權力。隨着時間的推移,一些運營商濫用了這一權力,在未經成員授權的情況下對交易進行審查、挖取空塊並將哈希輸出重新分配給其他網絡。

值得慶幸的是,有些技術正試圖顛覆這種權力結構。比特幣挖礦最重大的變化之一是 Stratum 協議(最流行的挖礦協議)迎來了 2.0 版本,這是一個徹底改造過的挖礦協議,它實現了 BetterHash,使得礦池的組成部分(即礦工)能夠自行決定他們開採區塊的組成。此外,Stratum V2 還實現了一些優化,並允許礦池組件更好地進行通信和協調。

挖礦業另一個有助於提高穩定性的有趣發展,重新燃起了人們對算力和難度衍生品的興趣。對於希望對衝算力波動及難度調整的挖礦作業,這些方法尤其有用。雖然這些衍生品尚未進入可用階段,但這標誌着比特幣挖礦產業化的一個有趣演變。

四、隱私

儘管比特幣的隱私可能會繼續是一門藝術而不是一門科學,但在這方面有一些有趣的創新是值得強調的。

在我們深入研究具體的隱私創新協議之前,重要的是要強調,阻礙數字資產隱私交易的最大障礙,在於大多數解決方案都是半生不熟的。關注交易圖隱私的隱私資產,往往會忽略網絡級隱私,反之亦然。這兩種載體都缺乏成熟度和使用率,這使得通過 P2P 網絡層或區塊鏈層的統計跟蹤分析,使得交易更容易去匿名化。

比特幣並非一成不變,總結比特幣 10 年以來技術創新

值得慶幸的是,有幾個項目在這兩個方面都有實現突破。

當談到交易圖隱私時,像 P2EP 和 CheckTemplateVerify 這樣的解決方案是很有趣的,因爲隱私成爲了效率的副產品。作爲 CoinJoin 的一種新方法,這些解決方案可增加用戶對隱私交易的採用,而這些用戶僅僅是出於降低交易費用的動機。

如果較低的交易費用成爲一種激勵因素,並導致比特幣的匿名集(即 CoinJoin 輸出的 UTXO 百分比)增加,那麼通過統計聚類分析進行的去匿名化工作,將變得更加主觀。一些區塊鏈分析公司已能夠欺騙執法機構,使其相信 UTXO 屬於特定用戶的指定概率,但基礎模型已經非常微妙和脆弱。如果大多數的 UTXO 成爲 CoinJoin 輸出,那麼這可能會破壞現有的集羣方法。

而在這之前,開發者需要在可用性方面進行大量的工作,以便所有比特幣用戶(不管是否精通技術)都能平等地使用隱私機制。除了 P2EP 和 CheckTemplateVerify 之外,可用性方面的最新發展是 SNICKER(可重複使用加密密鑰的簡單非交互式 CoinJoin),這是一種與不受信任的對等節點生成 CoinJoin 的新方法。SNICKER 結合了多種技術,允許用戶訪問 CoinJoin 交易,而不必信任或與對等節點進行交互。

在旨在提高 P2P 通信的保密性和效率方面,一些協議也取得了顯著的進展。在 2019 年的過程中,保護隱私的網絡協議 Dandelion (蒲公英)在多個加密貨幣網絡中成功地進行了測試。儘管在整個 P2P 通信頻譜中,交易廣播中的隱私並不是銀彈,但像 Dandelion(蒲公英)這樣的協議,仍然可通過隱藏廣播交易節點的原始 IP 地址來有意義地增加用戶隱私。

比特幣網絡棧最後一個值得強調的發展,是一種名爲 Erlay 的新交易中繼協議。儘管 Erlay 仍處於非常早期的開發階段,但它是一項重要的創新,它可以大大降低運行比特幣全節點的帶寬需求。如果實施了 Erlay,其帶來的效率提升可以讓用戶更容易地完成帶寬密集型的初始區塊下載(IBD),並持續驗證區塊鏈(特別是對於帶寬設置受限國家的用戶)。

五、這些創新只是比特幣的冰山一角

追蹤比特幣的所有創新,其實是非常困難的,這篇文章只是表面上的一個棱角。這也告訴了我們一個道理:比特幣總體上是一套不斷髮展的協議。這裏描述的模塊化創新方法很重要,因爲它在最小化比特幣演變過程中的政治性及保護比特幣的基本貨幣屬性方面,發揮着關鍵作用。

下次有人聲稱比特幣是一種靜態技術時,請記得這篇文章。

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