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比特幣技術堆棧的創新:今非昔比

2019-12-06 藍狐筆記 來源:區塊鏈網絡

前言:比特幣并不是靜態技術。它是一組不斷演化的協議套件。它的模塊化創新方法使得它能夠最大化其安全的同時實現創新發展。跟十多年前相比,比特幣在layer 2、智能合約、挖礦、隱私等多個方面都取得了明顯的進步。這些發展在一步步地完善比特幣,催生了更多的可能性。本文作者Lucas Nuzzi,由藍狐筆記社群的“JT”翻譯。

比特幣在過去十年走過了很長的路。跟比特幣軟件第一次迭代時相比,當前的實現質量和可靠性都已經得到顯著提高。比特幣能夠迅速且有機地吸引大批開發者貢獻成千上萬小時來改進,甚至是翻新其大多數底層代碼庫。

毫無疑問,比特幣還是那個比特幣。跟憲法類似,定義其貨幣屬性的核心共識規則集(例如算法通脹和硬編碼的供應)保持不變。有些派別一次又一次地試圖改變這些核心屬性,但所有敵意接管迄今為止都以失敗告終。

這通常是一個痛苦的過程,但是,它突出并鞏固了比特幣的兩個最大的優點:

沒有單獨一方可以控制比特幣應該如何演化

沒有中心控制方這一點保護了比特幣的貨幣屬性

有趣的是,正是這些規則吸引了密碼朋克和機構投資者。這些規則使得比特幣成為前所未有的貨幣類型。然而,這些規則也使得在比特幣上開發軟件比其他任何數字資產更具有挑戰。本質上,比特幣的憲法給予開發者有限的工具包,以使他們無法侵犯其貨幣政策。發展過快和突破對于比特幣來說風險太大。

這意味著在比特幣中的創新需要創造力、耐心,也許最重要的是自我最小化。畢竟,嵌入于比特幣憲法中的基本規則最終超過技術本身。這就是為什么硅谷很難理解比特幣價值主張的原因,它不只是技術、金融工具、或消費者應用,它是由技術支持的完整貨幣系統。改變比特的憲法要求采取類似于政治的程序,它可能會侵犯其貨幣屬性,因此,技術革新被當作模塊來實施。

正如經常指出的那樣,比特幣的模塊化創新方式類似于互聯網協議套件的發展,其中不同協議的層專門用于特定功能。電子郵件由SMTP、文件由FTP、網頁由HTTP來處理,而用戶地址通過IP處理,TCP路由數據包。經過這些年,這些協議都在演化,為如今的用戶提供完整體驗。

在Spencer Bogart關于新興的比特幣技術堆棧的精彩文章中,他提出我們正在目睹比特幣自身協議套件的開始。事實證明,比特幣核心層的缺乏靈活性導致幾個額外協議的誕生,這些協議專注于不同應用,例如用于支付通道的閃電網絡的BOLT標準。創新既充滿活力,又相對安全,因為這種模塊化方法會最小化系統性的貨幣風險。

在比特幣技術堆棧的很多層都有發展,很難跟蹤到所有新興的解決方案。下圖試圖描繪出所有相對新的計劃并展示出更加完整的比特幣技術堆棧圖景。它并非囊括所有,它也不是表示對任何特定計劃的贊同。然而,看到創新正在各個方面推動讓人印象深刻:從layer2技術到新興的智能合約解決方案:

Layer 2

最近有很多關于閃電網絡采用率的討論。閃電網絡是比特幣最知名的layer 2技術。批評者經常說在閃電網絡中通道數量和鎖定BTC總額明顯下降。這兩個指標通常用于衡量用戶采用率。盡管社區對這些指標有共識,但必須要指出的是,鑒于閃電網絡的幕后運作方式,這些指標存在基本缺陷。

閃電網絡最被低估的優點之一是其直接的隱私屬性。由于閃電網絡并不依賴于所有狀態改變的全局驗證(也就是其自身的區塊鏈),因此,用戶可以使用其他技術和網絡疊層(如Tor)進行隱私交易。

在這一點上,我們可以通過分析鏈上通道開放交易的數量并將其與鏈下公開通道數量進行比較,然后估計出閃電網絡的隱私使用比例。Christian Decker估計,41%的閃電網絡通道是隱私的:

Source: Christian Decker

發生在這些通道內的活動并沒有被流行的閃電網絡瀏覽器所捕捉到。因此,閃電網絡的私有使用的增加導致可公開衡量指標數據的下降,導致觀察者錯誤地得出結論認為采用率在下降。確實,閃電網絡必須克服實質的可用性障礙之后才能獲得廣泛采用,但是,我們必須停止使用具有誤導性的指標來判斷網絡的當前狀態。

在最近的柏林閃電網絡會議上,正如Decker指出的那樣,即使上述關于隱私和公開通道的估計是有缺陷的,因為采用Schnorr簽名將使得渠道公開交易與常規交易無法區分開來。

在layer 2隱私領域的另一個有趣的最新進展是WhatSat的創建,它是基于閃電網絡的隱私消息系統。這個項目是Lightning deamon的修改版,它允許隱私消息的中繼者(連接通信實體的信使)為其服務獲得小額支付的補償。這種分布式的、抗審查和防垃圾的聊天由LND自身的創新支持,例如最近對lightning-onion(它是閃電網絡自己的洋蔥路由協議)進行的改進。

閃電網絡應用(Lapp)的增長顯示了這些創新在消費者應用中的廣泛應用,這些應用從閃電網絡支持的云計算VPS到通過微交易共享廣告收益的圖像托管服務。這些只是基于閃電網絡的layer 2創新。

從更一般的意義上講,我們將layer 2定義為一套應用,這些應用能使用比特幣的基礎層作為法院,可以協調外來事件和解決爭端。因此,錨定于比特幣區塊鏈的數據主題要更為廣泛,一些諸如微軟這樣的公司率先在比特幣上開發去中心化的ID系統。這種舉措增加了對鏈上協調的需求,并有利于比特幣費用市場的長期發展。

智能合約

有很多項目試圖用安全且負責任的方式將具有表達性的智能合約功能帶回到比特幣中。這是重大的發展。因為從2010年開始,協議中移除了好幾個原始的比特幣操作碼(opcode:確定比特幣能夠計算什么的操作)。這些移除都是在發現一系列可怕的漏洞之后進行的,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,很清楚的是,具有高度表達性的智能合約功能總是伴隨著重大的安全風險。按普遍的經驗法則,虛擬機引入的功能(處理操作碼的集體驗證機制)越多,它的程序就越不可預測。然而,在最近,我們看到了比特幣中智能合約體系結構的新方法,該方法可以最小化不可預測性,同時還提供廣泛的功能。

一種名為Merkleized Abstract Syntax Trees(MAST)的比特幣智能合約新方法的設計引發了新一輪的支持技術,這些技術試圖優化安全性和功能性之間的權衡。

最知名的是Taproot,它是MAST結構的優雅實現,它使整個應用可以表示為Merkle Tree,其中樹的每個分支都代表不同的執行結果。伴隨著Taproot出現的編程語言是Tapscript,它可更易于表達跟Merkle Tree每個分支相關的花費條件。

最近冒出來的另外一個有趣創新是在比特幣交易中合約實現或花費條件的新架構。最初由Greg Maxwell于2013年提出的思想實驗,合約作為一種限制余額消費方式的方法,即使其保管權發生了改變。

盡管這個想法已經近七年,但在Taproot出現之前執行合約是不切實際的。現在,名為 OP_CHECKTEMPLATEVERIFY (曾稱為OP_SECURETHEBAG)的新操作碼正在利用這項新技術來潛在地支持在比特幣中安全實施合約。

乍一看,在借貸場景,合約非常有用,因為它們支持一些政策的創建,諸如將回款之類添加到特定的BTC余額中。但,它們對比特幣可用性的潛在影響遠不止這些。合約支持像比特幣保管庫這樣的實現,在保管的場景下,它提供相當于第二個私鑰的功能,該私鑰可以讓被黑客入侵的一方“凍結”其被盜資金。

還有很多關于這項技術的其他應用,例如非交互式支付通道(Non-Interactive Payment Channel)、擁堵控制交易、CoinJoins等,描述它們值得用專門文章來撰寫。更多信息,可以查看Jeremy Rubin的BIP草案。

重要的是要注意,Schnorr簽名是技術原語,可以讓所有這些實現智能合約的新方法成為可能。在Schnorr激活之后,甚至可以對一些更先進的技術進行理論化處理,例如無腳本腳本(Scriptless Scripts),它可以使完全隱私和可擴展的比特幣智能合約被表示為數字簽名(與操作碼對應)。

同樣,Discreet Log Contracts也利用將智能合約執行結果用數字簽名表示的想法,以實現更好的隱私性和可擴展性。總言之,這些新方法可以使得新的智能合約應用都可以構建在比特幣之上,且Schnorr是這樣構建的基礎。

挖礦

挖礦協議方面也有一些有意思的進展,尤其是那些被礦池成員使用的協議。即使比特幣挖礦中心化的問題經常被夸大,但礦池運營者保有的權力結構確實可以被進一步去中心化。也就是,礦池運營者可以決定全體礦池成員可以開采哪些交易,這賦予其相當大的權力。

隨著時間推移,一些礦池運營者濫用這種權力,它們審查交易,挖出空塊并將哈希輸出重新分配給其他網絡,而這么做并沒有得到礦池成員的授權。

值得慶幸的是,有些技術正在試圖顛覆這種礦池權力結構。比特幣挖礦的最重大的變化之一就是Stratum的第二個版本,它礦池中最受歡迎的協議。Stratum V2是完整的大修,它實現了BetterHash(藍狐筆記:關于BetterHash可以關注《如何實現比特幣挖礦的去中心化?》)。BetterHash是輔助協議,它支持礦池成員能夠決定其要挖的區塊組成,而不是相反。Stratum V2還實現了一些優化,允許礦池成員更好地溝通和協調。

挖礦行業另一個有助于提高穩定性的有趣進展是重新引起人們對哈希率和難度衍生品的興趣。這對希望對哈希率波動和難度調整進行對沖的挖礦操作來說,尤其有用。盡管這些衍生品還沒有成型,但這標志著比特幣挖礦產業化的有趣進展。

隱私

在我們發布了有關Schnorr簽名的報告之后,一些隱私幣支持者對如下的建議感到憤怒:在未來某個時候,比特幣可以有選擇性地實現足夠的隱私。盡管這個建議可能對隱私加密資產的長期價值主張形成挑戰,但仍有不少的新興協議可以為比特幣帶來更好的隱私。盡管比特幣中的隱私將可能繼續是一門藝術而不是一門科學,但在這方面的有趣創新是值得一提的。

在我們鉆研特定的隱私創新之前,重要的是強調,跨數字資產的隱私交易最大障礙是如下的這個事實:大多數解決方案都是半生不熟的。專注于交易圖隱私的隱私資產經常忽略網絡級的隱私,反之亦然。這兩個向量都缺乏成熟度和使用率,通過在P2P網絡層或區塊鏈層進行統計學追蹤分析,這使得交易更容易被去匿名化。

值得慶幸的是,有幾個項目在這兩個方面都提出了新的要求。當涉及交易圖隱私時,諸如P2EP和CheckTemplateVerify這樣的解決方案很有趣,因為隱私成為效率的副產品。

作為CoinJoin的新穎方法,這些解決方案可以提高用戶對隱私交易的采用,因為他們被更低的交易費用所驅動。盡管隱私保證在CoinJoin模式下依然不是最佳選擇,但是,無屏蔽的發送金額仍然可以受益,因為它們保留了比特幣供應和自由流通量的可審計性。

如果低交易費用成為一種激勵,并導致比特幣中的匿名集(CoinJoin輸出的UTXO的百分比)增加,那么,通過統計聚類分析進行的去匿名化會比現在更加主觀。一些區塊鏈分析公司能夠欺騙執法機構,使他們相信某個UTXO屬于特定用戶的確定可能性。

但是其底層模型已經非常微妙且脆弱。如果大多數UTXO成為CoinJoin輸出,則可能會破壞現有聚類的方法。(藍狐筆記:也就是說,匿名化的交易輸出會對現有跟蹤分析方法形成很大挑戰,從而極大增加了分析難度)在此之前,在可用性方面需要完成大量的工作,這樣所有的比特幣用戶,不管是否為科技老手,都能平等地使用隱私機制。

除了P2EP和CheckTemplateVerify之外,在可用性方面的最新進展是SNICKER提議(Simple Non-Interactive CoinJoin with Keys for Encryption Reused),一種用無須信任的對等方生成CoinJoin的新穎方法。SNICKER結合了多種技術,可讓用戶訪問CoinJoin交易,而無須信任對等方或與其交互。

在提高P2P通信的隱私性和效率方面,協議也取得一些明顯的進步。在2019年期間,隱私保護網絡協議Dandelion已在多個加密網絡上成功測試。即使就整個P2P通信領域而言,交易廣播中的隱私并非是靈丹妙藥,但像Dandelion這樣的協議依然能通過隱藏廣播交易的節點的原始IP地址,從而有意義地增加用戶隱私。

比特幣網絡堆棧層面最新的發展也值得一提,它就是稱為Erlay的新交易中繼協議。雖然它處于發展早期階段,Erlay也是重要的創新,因為它可以極大地減少運行比特幣全節點的帶寬要求。

如果得以實施,Erlay的效率收益能支持用戶更容易完成初始區塊下載(Initial Block Download),并持續驗證區塊鏈,尤其是在那些互聯網服務提供商設置帶寬上限的國家。

冰山一角

跟蹤發生在比特幣上的所有創新是很困難的。而本文只是表面上的一部分。這將我們帶到本文的關鍵點:總體而言,比特幣是不斷發展的協議套件。

這里所提到的模塊化創新的方法很重要,它在最小化比特幣發展中的政治上發揮了關鍵作用,并保護了其根本貨幣屬性。如果下次有人聲稱比特幣是靜態技術時,請記住本文所說的。

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編譯者/作者:藍狐筆記

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