比特币协议的弱点是什么？ 比特币协议解读

从2008年10月31日到2018年10月31日，历时十年，比特币价格经历了过山车般的涨跌，影像巨大。 有人这样形容：比特币是一项全球参与的技术实验。

这个实验是从 1983 年开始的。

1983 年，David Chaum 发明了数字现金，但从 David Chaum 开始比特币开采进度表，数字现金几十年都没有取得商业上的成功。 在数字现金的使用场景中，和货币一样，需要有第三方机构背书，具有信任背书的能力。 随着比特币的出现，它具备了不需要第三方机构提供信任背书的能力，数字现金的概念终于付诸实践。

比特币的数据结构借鉴了总账的概念，目标是设计一个安全便捷的资金体系。 此外，账本的概念还包括链上时间戳、工作量证明和拜占庭容错。 攻击预防方法和 1999 年 Miguel Castro 和 Barbara Liskov 发表的 PBFT 论文。

在比特币没有出现的几十年里，这些有棱有角的技术论证和研究只存在于部分学者的学术研究中，未能发挥出最大的应用价值。 特别是每个技术点都需要严格的环境才有价值。 例如，当工作量证明仅用于防止电子邮件攻击时，它在安全、动机、共识等问题上并没有发挥巨大作用。但通过密码学、货币原理和证明的结合，工作，比特币。

像比特币一样优秀

所以比特币站在学术研究的肩膀上，而中本聪的创新就在于这些技术细节的融合。 对数字现金面临的信任问题、金融交易的双花问题、工作量分配、激励等问题形成了极好的解决方案。

在比特币中，计算“随机值”成为获得比特币世界“货币”的方式，计算的算力用于保护账本。 计算由矿工完成，他们不断相互竞争以寻找下一个“随机值”。

每个矿工需要计算一个随机值，计算成功的概率不是恒定的，而是与矿工控制的全球挖矿能力的比例成正比。 通过算力计算可以确认下一个交易区块的产生和确认，成功打包下一个区块的矿工将获得新的矿币奖励。 如果一个矿工贡献了一个无效的区块或交易，它将被贡献下一个区块的大多数其他矿工拒绝比特币开采进度表，从而使无效区块的奖励无效。 这样，我们就可以利用挖矿奖励的激励来保证矿工之间遵循相同的协议。

安全分类帐可防止双重支出问题并保证货币价值。 有价值的钱可以奖励矿工，矿工用算力来保证挖矿的强度和账本的安全。 比特币是自治的，在账本、货币、矿工三个角色之间形成生态闭环关系。

显然，中本聪的设计是成功的，至少在发布的初期是这样。

像矿工一样疯狂

2009 年 1 月 12 日，即比特币白皮书发布三个月后，中本聪挖出了创世区块。 同一天，中本聪向开发者兼密码学家哈尔芬尼发送了 10 个比特币。 这是比特币历史上的第一笔交易。 随后，越来越多的矿工开始参与比特币的挖矿、投资和社区建设。

根据比特币白皮书，当确认的比特币区块数量增加时，挖矿难度也会增加。 2009 年 12 月 30 日，比特币的挖矿难度首次增加，从 1 增加到 1.182。 在过去的一年里，比特币的价格稳步增长，从 10 月 5 日到 10 月 13 日上涨了 20%。

一年后，比特币价格开始大幅上涨。 价格上涨的背后是挖矿难度等综合因素的结果。 此次上涨后，一般的CPU挖矿开始转向GPU挖矿。

在比特币高速发展的第一年，接二连三的攻击者试图攻击比特币网络。 最严重的一次攻击发生在 2010 年 8 月 15 日，区块 74638 包含了为两个不同的地址创造了超过 1840 亿比特币的交易记录，即比特币生态系统中一次性发行了 1840 亿比特币，这是一种严重的货币胀。

根据相关记录，这是因为交易包确认的代码设计没有考虑到计算值较大时sum溢出的漏洞。 比特币社区为此更新了比特币协议。 更新区块链将导致分叉。 当许多未打补丁的节点继续在“坏”区块链上构建时，幸运的是“好”区块链位于故障区块之上，区块高度为 74691。这一次，漏洞安全地存活了下来。

2010年12月16日，比特币矿池出现，标志着挖矿成为一项团队运动。 2010年12月16日，一群矿工在雪泥坑里一起挖出了第一块石头。 每个矿工根据他贡献的工作量获得相应的报酬。 在接下来的两个月里，slush矿池算力从1400Mhash/s提升到60g hash/s。

就这样，挖矿业逐渐发展起来，比特币的挖矿难度还在不断增加。 时间提前到2012年11月，比特币挖矿奖励首次减半。 挖比特币的奖励从每 10 分钟 50 个比特币减少到 25 个比特币，区块 210,000 是奖励减半的第一个区块。

根据进度，2016年7月20日为下半年比特币奖励，比例为1/420,000。

比特币区块被开采，区块奖励下降到 12.5 BTC。 下一次奖励减半将发生在区块 630,000，大约 4 年后的 2020 年。

比特币的挖矿进度已经超过了BTC正常的生态增长预期。 这种增长速度意味着比特币的开端是成功的，但同时也会迅速暴露出比特币的缺点。

扩张开始真正的竞争

随着区块奖励的减半和挖矿难度的增加，比特币限制问题开始进入开发者的视野。 事实上，在比特币白皮书发布后，中本聪就在比特币社区指出，在比特币的发展过程中，扩容不可避免地成为一个主要问题。

当时平均打包块大小为1-2KB。 如果区块链上限设置过高，容易造成计算资源浪费和DDOS攻击。 因此，为保证比特币系统的安全和稳定，区块大小限制在1MB以内。 如果按照每笔交易占250B，平均每十分钟产生一个区块的速度来计算，比特币网络理论上每秒最多可以处理7笔交易。

当时比特币的用户数量很少，交易量也没有那么大。 这种交易速度不会导致区块链网络拥塞。 2013年下半年，比特币价格暴涨，用户规模越来越大。 因为交易确认，交易手续费越高，交易确认的优先级越高。 因此，出现了比特币网络拥堵导致交易成本上升的问题。 但对于扩容问题，目前仍没有明确的指示性动作。 2015年，比特币开始通过社区共识调整讨论确定扩容方案，成为当年最重要的社区行动。

2015年以来，从具体扩容方案到共识会议，进行了约10次相应的讨论和调整：

2015 年 6 月，比特币核心开发者 Jeff Garzik 提出了 BIP100。 他提出取消1MB区块上限，上限是32MB。 在此基础上，增加了浮动块大小限制。 矿工通过代码投票决定区块大小。 该计划需要在 12,000 个连续区块中获得 90% 的矿工投票才能激活。

同年6月，Bitcoin Core前首席开发者、比特币基金首席科学家Gavin Andresen提出BIP101。 他建议将初始块大小设置为 8MB，然后随时间线性改变块大小。 起始时间戳为 2016-01-11 00:00:00 UTC（1452470400），每 63,072,000 秒（2 年）增加区块，直到 2036-01-06 00:00 UTC（2083190400），最大的区块可以是增加到 8,192MB。 该协议的激活方式是，主链中 1,000 个连续区块中的 750 个使用 BIP101 (0x20000007) 指定的版本号。 实施的名称是 Bitcoin XT，但尚未被社区采用。

随后Jeff Garzik提出了BIP102，建议一次性将区块扩容到2MB，只要主链中95%以上的区块表示支持该协议，就可以激活。

2015 年 7 月 21 日，比特币核心开发者和 Blockstream 联合创始人 Pieter Wuille 提出了 BIP103。 他的提议不同于以往的固定扩张规模。 他建议将区块的上限设置为最后11个区块大小的中位数，或者用代码来控制区块的大小。 2017年1月至2063年7月，每97天调整一次，幅度不超过4.4%。

2015年8月21日，比特币核心开发者BtcDrak提出了更加复杂的BIP105。 他建议区块应该从现有的 1MB 开始，矿工在每次创建区块时都会投票决定增加或减少区块的大小。 范围是当前块的 10%。 希望增加区块大小的矿工在投票时需要增加挖矿难度。

在下一个 BIP106 中，开发人员 Upal Chakraborty 提议每 2000 个区块进行一次动态大小调整周期。 如果90%的区块达到上限的90%，则区块大小加倍，如果90%的区块小于上限的50%，则区块大小减半。

以上调整都是关于调整存储块的内存大小。 2015 年 12 月，Ciphrex 联合创始人兼首席技术官 Eric Lombrozo、比特币技术爱好者 Johnson Lau 和 BlockStream 联合创始人 Pieter Wuille 共同提出了 BIP141。 在普通的交易确认中，交易数据和验证者的签名一起传输和存储。 他们建议去掉比特币交易过程中的签名域，将交易与签名分开，只存储交易数据或签名验证数据。 减少存储大小的方法。 这种方法称为隔离验证。 目前，隔离验证（segwit）+闪电网络的方案被广泛应用于区块链扩容。

除了上述协议之外，Blockstream 还提出了通过开发侧链来扩容的方法。 在讨论扩容的整个过程中，我们发现主要是改变区块大小，或者是技术架构上的改变。 这是以扩展为主导的社区支持者所争论的部分。

鹬蚌相争

在众多参与竞标的BIP方案中，最受关注的有两类。

第一类是大区块派，主张通过扩展区块来解决拥堵问题，将每个区块扩展到2M、8M、20M来承担更多交易的传输和存储。 大区块派的支持者主要是矿工，包括比特大陆。

第二类是闪电网络派，主张用闪电网络解决拥堵问题，比特币主链不会变，只是结构会有所调整。 还是让比特币保持1M的区块大小，在主链上开辟一个可以分担主链交易压力的网络。 闪电网络的主要支持者包括比特币核心。

对于这两类方案，双方各有看法：

大区块派认为，闪电网络所做的隔离见证，对原有的比特币系统做出了巨大的改变。 一旦失败，就会影响比特币原有的规律，闪电网络毕竟不是比特币区块链。 它存在于链下。 闪电网络可能由中心化机构控制，导致比特币的中心化。

闪电网络派认为，扩容区块需要硬分叉。 如果一些用户不升级他们的钱包，就会出现比特币的分裂和混乱。 随着区块变大，未来会进行越来越多的交易。 普通人的电脑根本无法运行这么大的全节点钱包。 只有机构的电脑才能运行，这也会导致比特币的中心化。

渔夫的利润

2016年2月，比特币开发团队和矿场在香港召开会议。 上述5家大型矿场Bitmain和BitcoinCore开发者参加了会议。 最终，大区块派和闪电网络派握手言和，达成共识，将两种方案结合起来。 在部署Segregated Witness的同时，区块大小扩大到2M，由BitcoinCore主导开发。

但是香港共识并没有形成，BitcoinCore团队的其他成员也不认同香港共识，所以就夭折了。 香港共识事件后，矿工们对BitcoinCore失去了信任，于是在2017年5月，纽约会议重新召开。

纽约共识达成的协议类似于香港共识：Segregated Witness + 2M扩容，并命名为SegWit2x。 隔离见证和扩容分为两步：第一步是在2017年8月1日激活隔离见证（SegWit），然后在三个月后的2017年11月将区块大小扩容到原来的两倍。

两次共识大会的经历实在是新奇，更可笑的是，BCH的诞生是一个意外的助力。

在纽约共识同意部署隔离见证之前，BitcoinCore提出了另一种BIP148解决方案UASF（User Activated Soft Fork），并声称不会对UASF实施任何重放保护。 戏剧性的是，由于 UASF 的计算能力较小并且与 SegWit 兼容，因此 UASF 实际上并没有分叉。 而是推动比特大陆投资的矿池ViaBTC（microbit）团队对UASF进行硬分叉。 这最初是比特大陆作为UASF、UAHF（User Activated Hard Fork）的应急方案提出的。

最后，在 8 月 1 日，ViaBTC 挖出了第一个区块并对比特币区块链进行了硬分叉，产生了比特币克隆山寨币，比特币现金。 比特币现金的区块大小可以增加到8M，可以容纳的交易数量大约是原来比特币链大小的8倍，并且去掉了孤立见证。

不过后来有人声称，BCH并不是BTC分叉的产物，而是对BTC进行复制修改而诞生的竞币。 全部兑换成BCH，外界开始称BCH为真正的比特币。

为信仰继续疯狂

随着BCH等竞争币种的出现，必然会引发对比特币技术应用前景的思考。 就像关于扩容的争论一样，对比特币理解的不同，决定了它会看到比特币的未来场景。

如果比特币是世界货币的未来，只有被很多人使用，它才会变得更有价值。 当然，交易确认越快，手续费就越低，这样才能保证用户体验，这就需要更新比特币主网。 而如果主网没有质的提升，比特币在未来的需求场景下肯定难以为继。

从更广泛的发展角度来看，虽然比特币的出现凝聚了数十年的学术和技术智慧，但对于社交应用来说，比特币仍然是一个小众市场，无法跨行业应用。

2013年后，比特币扩容的逐步发展，正指向应用比特币模型整合商业应用的方式。 在比特币生态系统中扩张的目的是有利于比特币在金融领域发挥的巨大作用。 比如BCH等比特币分叉形成的货币，在金融能力上不断扩张，延续着比特币的进步。 在比特币因挖矿难度极高而停止挖矿几年后，比特币的角色将越来越多地转向金融交易。

换个角度看比特币，它是区块链行业应用最好的项目，但将这种模式推广到各行各业的局限性也尤为明显。 交易速度慢、可编程性差、POW共识损失高，都在被后来者不断学习和优化。 比特币稳固了区块链1.0的宝座，给后来者带来了信仰，从信仰延伸出解决方案的技术思路。

就像创造“世界计算机”以太坊的Vitilik，在比特币的基础上加入了图灵完备的ERC20和POS共识，让区块链世界与外界连通，比特币带来的信念依然保留：Press Labor distribution 、自治和技术分权。

对于比特币来说，这就足够了。 作为创造者，他引领了行业的认识和进步。 他退休后可以在金融方向继续建功立业，改变世界的工作全交给后来者。 . 虽然没有区块链应用依赖于比特币网络，但对比特币的技术崇拜和信仰依然在无数应用开发者的心中。 就像中本聪的消失一样，人们追逐比特币的狂热并未减弱。

Chainline Finance是一个去中心化的区块链生态数字社区。 是集金融资讯、智能钱包、数字银行为一体的一站式区块链数字服务平台。 Chainline Finance致力于打造真正自治、高效、透明的区块链金融世界，成为区块链时代标准的入门级数字社区。