比特币从未停止的技术创新：Layer 2、智能合约、挖矿以及隐私

注：原文作者是Digital Asset Research的技术研究主任Lucas Nuzzi，这篇文章告诉了我们一个道理：比特币总体上是一套不断发展的协议，它并不是一种静态技术。

比特币在过去10年里取得了长足的进步，相对于其第一代软件，当前比特币协议的质量和可靠性已得到了显著提升。比特币快速和有机地吸引了大量开发者，让他们投入大量时间去改进其大部分底层代码库。 然而，比特币还是那个比特币，就像宪法一样，定义其货币属性的核心共识规则如算法通胀和硬编码供给，依旧保持不变。一次又一次，各派系试图改变这些核心属性，但迄今为止所有的控制尝试都失败了。这通常是一个痛苦的过程，但它凸显并巩固了比特币的两大优点：

1. 任何单一实体都不能左右比特币的发展；
2. 缺乏保护比特币货币属性的中心控制；

有趣的是，这些规则吸引了密码朋克（cypherpunk）和机构投资者，这使得比特币成为一种史无前例的货币。然而，这些规则也使得比特币的软件开发，要比任何其他数字资产都更具挑战性。

实质上，比特币的构造授予了开发者一个有限的工具包，这样他们就不会侵犯比特币的货币政策，而改变过快就会面临太多的危险。

这意味着比特币的创新，需要的是创造力以及耐心，也许更重要的，是自我最小化。毕竟，比特币构造中的基本规则，根本上是优先于技术的。这就是为什么硅谷很难理解比特币的价值主张，它不仅仅是一种技术、金融工具或消费者应用，它是一个由技术支撑的完整货币体系。改变比特币的结构，需要一个准政治过程，这个过程可能侵犯比特币的货币属性，因此，技术创新是被作为模块来实施的。

正如人们经常指出的那样，比特币的模块化创新方法类似于互联网协议套件的演进，即不同协议层专门用于特定功能。比如电子邮件由SMTP处理，文件由FTP处理，网页由HTTP处理，用户地址由IP处理，数据包路由由TCP处理。多年来，这些协议中的每一个都在经历不断的发展。

在Spencer Bogart撰写的关于新兴比特币技术栈的文章中，他提出了这样一个观点：我们现在正目睹比特币协议套件的兴起。事实证明，比特币核心层的不可压缩性（inflexibility）产生了多个专门应用于各种应用的协议，如用于支付通道的闪电网络BOLT标准，这种创新既充满活力又是（相对）安全的，因为这种模块化方法将系统性货币风险降至最低。

在比特币技术栈的许多层上，发生了如此多的事情，而跟踪新兴的解决方案可能是非常困难的。下面的图表试图绘制出所有相对较新的计划，并展示了比特币技术栈更完整的图片。它并非详尽无遗，文章也没有表示对具体倡议的任何赞同。然而，令人印象深刻的是，创新正全面推进，从二层（layer 2）解决方案，到智能合约解决方案的兴起：

一、Layer 2技术

最近有很多关于闪电网络采用率的讨论，这是比特币最突出的layer 2技术。批评人士经常会指出说，闪电网络中锁定的通道数量及总BTC数量明显减少了。然后，他们经常会使用这两个指标来评估LN用户采用率。尽管社区已非常认同这些指标，但必须要指出的是，鉴于闪电网络引擎盖下的工作方式，这些指标实际上存在着根本性的缺陷。

闪电网络最被低估的优点之一，在于其直截了当的隐私属性。由于闪电网络不依赖于所有状态更改的全局验证（即它自己的区块链），用户可使用附加技术和网络覆盖层（如Tor）进行私下交易。在这一点上，我们可以通过分析链上（on-chain）的通道开放交易数量，并将其与链下的公共通道数量进行比较，以此评估闪电网络的私有使用率。根据Christian Decker的估计，闪电网络约有41%的通道是私有的： 来源：Christian Decker

在这些通道中发生的活动，是无法被流行的闪电网络浏览器捕捉到的。因此，闪电网络私有使用量的增加，会导致公开的数据量减少，从而导致观察者得出错误的结论：闪电网络的使用量正在下降。

虽然闪电网络必须克服大量的可用性障碍，它才能得到广泛采用，但我们必须停止使用误导性的指标来对网络的当前状态进行断言。

正如Decker在柏林最近一次闪电网络会议的讲话中指出的那样，上述私人通道vs公共通道的估计也是存在缺陷的，因为采用Schnor签名将使通道开放交易与常规交易无法区分。

WhatSat是layer 2隐私领域的另一个有趣发展，这是一个位于闪电网络之上的保密信息系统。这一项目是对Lightning deamon的一个修改，它允许私人信息的中继者（连接通信实体的通信者）通过小额支付获得服务补偿。这种去中心化的、抗审查和垃圾信息的chat应用，是由LND本身的创新所促成的，比如最近对lightning-onion的改进，这是闪电网络自己的onion路由协议。

Lapp（或闪电网络应用）的增长，证明了这些创新在消费者应用方面的广泛适用性，从一个闪电网络驱动的云计算VPS到一个通过微交易分享广告收入的图像托管服务，这些都是闪电网络layer 2上的创新。更一般地说，我们将Layer 2定义为一套将比特币底层用作法院的应用，它们使用比特币底层来调和外部事件，使得争端得到解决。因此，在比特币区块链上的数据锚定主题变得更为广泛，比如微软等公司在比特币上创建了一个去中心化的身份系统。这些新方案增加了对链上和解的需求，有助于比特币费用市场的长期发展。

二、智能合约

还有一些项目试图以安全和负责任的方式，将富有表现力的智能合约功能带回带比特币。这是一项重大的发展，因为从2010年开始，比特币协议中的一些原始操作码（决定比特币能够计算什么的操作）被删除了。此前，一系列可怕的漏洞被揭发，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，非常清楚的一点是，伴随着高度表现力的智能合约功能，会存在一些非微不足道的安全风险。而通常的经验法则是，向虚拟机（处理opcode操作码的集体验证机制）引入的功能越多，其程序就越不可预测。然而，最近，我们看到了比特币智能合约体系结构的新方法，这种方法可最小化不可预测性，但也提供了大量功能。

一种被称为默克尔化抽象语法树（MAST）的比特币智能合约新设计，引发了新一轮的技术浪潮，试图在安全性和功能性之间进行权衡。

其中最突出的就是Taproot，这是MAST结构的一种优雅实现，它使整个应用能够表示为Merkle树，树的每个分支代表不同的执行结果。与Taproot一起出现的，还有一种叫做Tapscript的编程语言，它可以更容易地表示与Merkle树的每个分支相关联的支出条件。

最近重现的另一个有趣的创新是一种新的架构，它可用于在比特币交易中实施契约（covenant）或支出条件。

契约（covenant）最初是Greg Maxwell在2013年提出的一种想法实验，它是一种限制余额使用方式的方法（即使它们的保管权发生了变化）。虽然这个想法已存在了将近七年的时间，但在Taproot到来之前，契约（covenant）是无法实现的。现在，一个名为OP_CHECKTEMPLATEVERIFY（以前称为OP_SECURETHEBAG）的新操作码，正在利用这项新技术，潜在地使契约（covenant）能够在比特币中安全地实现。

乍一看，契约（covenant）在借贷（或许还有比特币衍生工具）方面是非常有用的，因为它们以创建类似于追回款项的政策，并附加到特定的BTC余额上。但它们对比特币可用性的潜在影响，远不止借贷。契约（covenant）可以允许像比特币金库这类应用的实现，在托管的情况下，比特币金库提供了相当于第二私钥的东西，允许被黑客攻击的一方可“冻结”被盗资金。这项技术还有很多其他应用，比如非交互式支付通道、拥堵控制交易（Congestion Controlled Transaction）以及CoinJoin，这确实值得用单独的文章来呈现它，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签名是使这些智能合约新方法成为可能的技术基层。在激活Schnorr签名之后，比特币甚至可运用更令人激动人心的前沿技术，例如无脚本脚本（Scriptless Scripts），它可以使完全私有和可扩展的比特币智能合约被表示为数字签名（而不是操作码）。类似地，Discreet Log合约还采用将智能合约的执行结果表示为数字签名的思想，以获得更好的隐私和可扩展性。总之，这些新方法可能使新的智能合约应用能够构建在比特币之上，而Schnorr签名则是它的基础。

三、挖矿

在挖矿协议方面，我们也有了一些有趣的发展，特别是对那些矿池成员而言。尽管比特币挖矿的中心化问题经常被夸大，但当前确实存在着矿池运营商权力过大的问题，而这可得到进一步分散。具体来说，当前矿池运营商可决定其挖到的区块包含哪些交易，这赋予了他们相当大的权力。随着时间的推移，一些运营商滥用了这一权力，在未经成员授权的情况下对交易进行审查、挖取空块并将哈希输出重新分配给其他网络。

值得庆幸的是，有些技术正试图颠覆这种权力结构。比特币挖矿最重大的变化之一是Stratum协议（最流行的挖矿协议）迎来了2.0版本，这是一个彻底改造过的挖矿协议，它实现了BetterHash，使得矿池的组成部分（即矿工）能够自行决定他们开采区块的组成。此外，Stratum V2还实现了一些优化，并允许矿池组件更好地进行通信和协调。

挖矿业另一个有助于提高稳定性的有趣发展，重新燃起了人们对算力和难度衍生品的兴趣。对于希望对冲算力波动及难度调整的挖矿作业，这些方法尤其有用。虽然这些衍生品尚未进入可用阶段，但这标志着比特币挖矿产业化的一个有趣演变。

四、隐私

尽管比特币的隐私可能会继续是一门艺术而不是一门科学，但在这方面有一些有趣的创新是值得强调的。

在我们深入研究具体的隐私创新协议之前，重要的是要强调，阻碍数字资产隐私交易的最大障碍，在于大多数解决方案都是半生不熟的。关注交易图隐私的隐私资产，往往会忽略网络级隐私，反之亦然。这两种载体都缺乏成熟度和使用率，这使得通过P2P网络层或区块链层的统计跟踪分析，使得交易更容易去匿名化。

值得庆幸的是，有几个项目在这两个方面都有实现突破。

当谈到交易图隐私时，像P2EP和CheckTemplateVerify这样的解决方案是很有趣的，因为隐私成为了效率的副产品。作为CoinJoin的一种新方法，这些解决方案可增加用户对隐私交易的采用，而这些用户仅仅是出于降低交易费用的动机。

如果较低的交易费用成为一种激励因素，并导致比特币的匿名集（即CoinJoin输出的UTXO百分比）增加，那么通过统计聚类分析进行的去匿名化工作，将变得更加主观。一些区块链分析公司已能够欺骗执法机构，使其相信UTXO属于特定用户的指定概率，但基础模型已经非常微妙和脆弱。如果大多数的UTXO成为CoinJoin输出，那么这可能会破坏现有的集群方法。 而在这之前，开发者需要在可用性方面进行大量的工作，以便所有比特币用户（不管是否精通技术）都能平等地使用隐私机制。除了P2EP和CheckTemplateVerify之外，可用性方面的最新发展是SNICKER（可重复使用加密密钥的简单非交互式CoinJoin），这是一种与不受信任的对等节点生成CoinJoin的新方法。SNICKER结合了多种技术，允许用户访问CoinJoin交易，而不必信任或与对等节点进行交互。

在旨在提高P2P通信的保密性和效率方面，一些协议也取得了显著的进展。在2019年的过程中，保护隐私的网络协议Dandelion（蒲公英）在多个加密货币网络中成功地进行了测试。尽管在整个P2P通信频谱中，交易广播中的隐私并不是银弹，但像Dandelion（蒲公英）这样的协议，仍然可通过隐藏广播交易节点的原始IP地址来有意义地增加用户隐私。

比特币网络栈最后一个值得强调的发展，是一种名为Erlay的新交易中继协议。尽管Erlay仍处于非常早期的开发阶段，但它是一项重要的创新，它可以大大降低运行比特币全节点的带宽需求。如果实施了Erlay，其带来的效率提升可以让用户更容易地完成带宽密集型的初始区块下载（IBD），并持续验证区块链（特别是对于带宽设置受限国家的用户）。

五、这些创新只是比特币的冰山一角

追踪比特币的所有创新，其实是非常困难的，这篇文章只是表面上的一个棱角。这也告诉了我们一个道理：比特币总体上是一套不断发展的协议。这里描述的模块化创新方法很重要，因为它在最小化比特币演变过程中的政治性及保护比特币的基本货币属性方面，发挥着关键作用。

下次有人声称比特币是一种静态技术时，请记得这篇文章。