一文讀懂比特幣原生擴容方案SegWit和Taproot！比特幣是世界上最早、最安全、最去中心化、市值最高的區(qū)塊鏈。然而，其較低的每秒交易量 (TPS) 和有限的編程能力經常受到批評，難以支持大規(guī)模應用，嚴重阻礙了比特幣生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展。作為比特幣生態(tài)系統(tǒng)的建設者，本文將帶領你了解比特幣擴容解決方案的過去、現(xiàn)在和未來。

今天腳本之家小編給大家分享的是比特幣可擴展性系列文章的第一篇，主要介紹比特幣主網上歷史上實現(xiàn)的原生擴容解決方案。下一篇文章將討論具有更高擴容性的鏈下擴容方案。敬請期待。

增加區(qū)塊大小限制

2010 年，中本聰在bitcoin-core中引入了1MB 的區(qū)塊大小限制。之后十多年這一明確限制一直未曾修改。

有趣的是，中本聰并沒有公開解釋他提出區(qū)塊大小限制的原因，這個限制“隱藏”在代碼合并的 PR 中，沒有詳細解釋。在中本聰離開幾年后，社區(qū)在區(qū)塊大小限制問題上出現(xiàn)了嚴重分歧，對更大區(qū)塊的需求引發(fā)了廣泛的討論。

區(qū)塊越大，容納的交易數量越多。假設共識時間不變，區(qū)塊越大，TPS 越高。

為什么TPS這么重要？因為在1MB的區(qū)塊限制下，以當時的交易規(guī)模，每秒能完成的交易數量只能有3-7筆，對于大規(guī)模應用是遠遠不夠的，無法實現(xiàn)比特幣“點對點的電子現(xiàn)金系統(tǒng)”的愿景。

然而，更大的區(qū)塊也帶來不同程度的問題。

首先，更大的區(qū)塊對存儲、計算和帶寬等硬件的要求更高，導致全節(jié)點的運營成本增加。比特幣的歷史交易數據迅速擴展，需要新的全節(jié)點花費更多時間與網絡同步。這些要求降低了用戶操作全節(jié)點的意愿，從而降低了去中心化程度。

其次，區(qū)塊越大，節(jié)點間的同步時間越長，出現(xiàn)孤塊的可能性越大，導致區(qū)塊重組更加頻繁，分叉風險增大，大大降低安全性。

后來這個問題被Vitalik稱為區(qū)塊鏈不可能三角，即區(qū)塊鏈無法同時實現(xiàn)去中心化、可擴展性和安全性。區(qū)塊越大，可擴展性就越強，但代價是去中心化和安全性越弱。

最重要的是，修改區(qū)塊大小限制需要硬分叉，這就要求全網所有節(jié)點同時升級，否則將導致網絡分 裂。這對于依賴去中心化共識的比特幣來說并不是一個好的選擇。在中本聰的影響下，避免硬分叉似乎已經成為比特幣事實上的原則。

不幸的是，分 裂確實發(fā)生了。盡管社區(qū)內部缺乏共識，但一些礦工和開發(fā)人員還是更改了客戶端中的區(qū)塊大小限制，最終導致網絡分叉。2016 年，Bitcoin Classic 采用 BIP 109 將區(qū)塊大小限制分叉至 2MB；2016 年，Bitcoin XT 客戶端采用 BIP 101，將區(qū)塊大小提高至 8MB。然而，絕大多數礦工和用戶仍留在我們現(xiàn)在所知的比特幣主網上。

通過硬分叉明確增加區(qū)塊大小的努力失敗了。

隔離見證

如果硬分叉不可接受，那么軟分叉可以作為解決方案嗎？SegWit 就是其中一種方法。

見證是解鎖UTXO的憑證，長期以來，見證被放置在UTXO的輸入腳本字段中以完成交易。然而，這種方式存在循環(huán)依賴、第三方交易延展性、第二方交易延展性等潛在問題。

早在 2011 年，開發(fā)者就注意到了這個問題，并提出了隔離見證（SegWit）的解決方案，即將見證與其他交易數據分開。但當時的硬分叉提案并未獲得支持，直到 2015 年 SegWit 軟分叉的提出才最終實現(xiàn)合并。

SegWit是如何通過軟分叉實現(xiàn)向后兼容的呢？這主要包括以下兩個方面：

• 新版本節(jié)點可以識別并接受舊版本節(jié)點產生的區(qū)塊和交易。
• 雖然舊版本節(jié)點無法識別新版本引入的新規(guī)則和特性，但它們仍然將新版本產生的區(qū)塊視為有效。

SegWit 軟分叉允許新交易使用空輸入腳本，并在區(qū)塊結構中添加見證字段以存儲見證。由于升級前的比特幣核心支持空輸入腳本，因此舊版本節(jié)點不會拒絕新版本生成的區(qū)塊。此外，通過使用版本字段，舊的交易類型仍可使用，并且節(jié)點會根據版本以不同的方式處理它們。

SegWit 中的擴展是通過權重的形式實現(xiàn)的，見證字節(jié)的權重為 1，其他數據字節(jié)的權重為 4，從而限制每個區(qū)塊的最大權重為 400 萬。為什么要為不同類型的數據分配不同的權重？一個常識性的想法是，見證數據在使用時只起到驗證作用，不需要長期保存在存儲中，因此成本相對較低，權重也較低。

這實際上是變相提高了區(qū)塊大小限制，理論上的區(qū)塊大小上限被提升到了 4MB（完全歸功于見證數據），平均下來區(qū)塊可以達到 2MB 左右。從舊區(qū)塊結構來看，這還是秉承了中本聰當初每個區(qū)塊不超過 1MB 的限制。

Taproot

利用比特幣的操作碼比如OP_IF，我們可以為比特幣的花費腳本設置復雜的條件，比如時間鎖、多重簽名等。然而，復雜的花費條件往往需要多次輸入和簽名進行驗證，從而增加區(qū)塊負載并降低交易速度，同時暴露所有的支付條件，導致隱私泄露。

Taproot 使用 MAST 來增強比特幣，用戶使用 Merkle Trie 來表示花費條件。每個葉節(jié)點代表一個花費腳本，在花費過程中，只需要提供實際執(zhí)行的腳本和相應的 Merkle Path，而無需透露其他條件。這可以減少區(qū)塊空間消耗并提高隱私性。

Taproot 升級還引入了 Schnorr 簽名，該簽名具有加法同態(tài)特性，允許簽名聚合和批量驗證，從而提高整體每秒交易數 (TPS)。Schnorr 簽名的聚合簽名優(yōu)勢大大簡化了驗證多重簽名交易的邏輯。以前，ECDSA 簽名需要將多個簽名發(fā)送到鏈上才能與腳本匹配，而 Schnorr 簽名只需要將單個鏈下聚合簽名發(fā)送到鏈上，從而減少了多重簽名支付對鏈上空間的使用。

通過將 Schnorr 簽名與 MAST 相結合，并使用支付到合約 (Pay to Contract，P2C) 概念，通過 MAST 根提交復雜的合約代碼，以調整并生成支持單一 Schnorr 簽名支付的標準比特幣公鑰。

有趣的是，由于 Schnorr 簽名的單個簽名和多個簽名在鏈上看起來相同，因此復雜腳本、多重簽名和單次簽名的邏輯在鏈上無法區(qū)分，從而進一步增強了隱私性。

結論

比特幣的可擴展性解決方案反映了其在提高性能的同時保持去中心化和安全性的不斷發(fā)展的方法。

最初，考慮增加區(qū)塊大小，直接解決低交易率的問題，但引發(fā)與節(jié)點成本和網絡分叉相關的問題，對社區(qū)共識提出挑戰(zhàn)。

SegWit 的引入標志著一項重大進步，通過軟分叉優(yōu)化區(qū)塊容量，確保向后兼容性并避免分 裂的硬分叉。

隨后，Taproot 通過 MAST 和 Schnorr 簽名進一步完善了可擴展性和隱私性，減少了交易空間并提高了驗證效率。更重要的是，Taproot 可以在比特幣上實現(xiàn)復雜的腳本編程，為未來的擴展嘗試鋪平了道路。

這些發(fā)展凸顯了比特幣謹慎而創(chuàng)新地向更具可擴展性和更強大的網絡邁進，這對其作為全球支付系統(tǒng)的未來至關重要。

然而，這些擴容方案的影響還不足以實現(xiàn)“點對點電子現(xiàn)金系統(tǒng)”的愿景。

以上就是腳本之家小編給大家分享的一文讀懂比特幣原生可擴展性方案SegWit和Taproot的詳細解讀了，希望此篇教程能夠幫助大家更好的了解未來行情走勢。