比特幣技術發展與新技術應用

1. 比特幣原有技術的主要探索與衝突

比特幣的原有技術存在大規模應用與應有能力的衝突。早期這些被視爲比特幣本身的問題,但隨着技術發展,許多問題得到更清晰的答案。本文列出相關問題及其產生與解決過程,展示這些問題與技術的關聯性,以及比特幣主鏈與相關"測試鏈"的變化。

比特幣的技術一直被不同項目與團隊探索(包括以太坊),但比特幣主網上的變化一直不夠明顯,直到Taproot等技術出現,推動了Ordinals協議等產生,進入新的發展高潮。從整體看這些發展過程與相關技術,我們能看到它們之間的聯繫,可推測出更多發展方向與整體架構。

1.1 比特幣的腳本語言與幾次刪減指令

比特幣的編程語言是一種逆波蘭範式的腳本語言,沒有循環語句和條件控制語句(後來Taproot&Taproot Script擴充了這部分能力)。因此,比特幣腳本語言不是圖靈完備的,有一定局限性。

這些局限性避免了比特幣網路受到DOS攻擊,但也使比特幣網路無法運行復雜程序。後來發展的一些區塊鏈系統爲解決具體問題,直接改變了這點。如以太坊使用的語言就具備圖靈完備性。

比特幣歷史上有多次刪減指令的事件發生。刪減指令不僅考慮安全性,從分層設計的思想看也很合理,這樣做能讓底層協議更基礎更穩定。中本聰可能一開始就意識到這個問題,才主動刪減指令。

這也造成了一個事實,只有比特幣適合作爲一層網路。從經濟學視角和技術視角分析,有產生比特幣替代鏈的可能性。但從比特幣的基本特點和分層設計角度,幾乎只有比特幣能作爲一層網路基礎設施,即使有替代鏈也是一個1.5層的產物。在一層網路這個層面,真品只有比特幣,能有一些替代作用的鏈最多是A貨。

1.2 比特幣分叉歷史、原因與意義

除了刪減指令問題,另一個導致比特幣硬分叉的是區塊大小之爭。BTC創立初期沒有限制區塊大小,但爲解決惡意交易問題,中本聰在2010年9月12日主持了一次軟分叉,添加了區塊體積不得超過1MB的限制。中本聰指出這種限制是臨時性的,未來可以逐步提高區塊限制以滿足擴容需求。

隨着比特幣流行,網路擁堵和確認時間增長問題愈發嚴重。2015年Gavin Andresen和Mike Hearn提議將區塊上限提高至8MB,但遭到部分核心開發者反對。這場爭論最終在議題和參與範圍均出現擴大化。

比特幣的分叉是一種發展探索,試圖通過自身改變來滿足更多需求。其中包括用戶需求、礦工需求、投資人需求、開發者需求等。

1.3 比特幣發展中的幾個典型探索

中本聰離開後,繼承人Gavin Andresen主導建立了Bitcoin Core和Bitcoin基金會。在此期間,針對BTC的可擴展性探索一直存在,尤其是在資產發行領域。

Colored Coins(染色幣)

染色幣設想通過給比特幣特定部分添加特殊標注來代表更廣泛的資產和價值。實現上出現了兩類:基於OP_RETURN和基於nSequence字段。

MasterCoin(OMNI)

MasterCoin建立了完整的節點層,通過掃描比特幣區塊來維護狀態模型數據庫。這種設計可提供比Colored Coins更復雜的功能,如創建新資產、去中心化交易所等。

CounterParty

Counterparty使用OP_RETURN將數據存儲至BTC網路。資產不以UTXO形式存在,而是通過OP_RETURN載入信息表明資產轉移。

1.4 比特幣的不完美與分層協議

比特幣系統的不完善主要表現在幾個方面:

1. UTXO帳戶系統
2. 非圖靈完備的腳本語言
3. 挖礦中心化、擴展性問題等

從分層協議角度看,比特幣因要處於最基礎底層,這些特點反而是作爲一層網路應該具有的。分層設計是處理復雜系統的方法論,有利於系統模塊化、可維護和可擴展。

2. 比特幣發展中的重要新技術

2.1 OP_RETURN

OP_RETURN是一個腳本操作碼,用來終止腳本並返回棧頂值。在比特幣歷史上,OP_RETURN功能被多次修改,現主要用作在帳本上存儲數據的方法。它使網路用戶可以存儲任意格式的數據。

2.2 Segwit隔離見證

隔離見證將比特幣區塊中交易的數據結構稍加修改,解決了transaction malleability問題,減少了Merkle proof傳輸數據量,並變相增加了區塊容量。它爲比特幣能力擴容奠定基礎,使後續Taproot等技術得以實現。

2.3 Taproot、Schnorr、MAST、Taproot Scripts

Taproot是隔離見證的第二個版本,由BIP340、341、342組成。它引入了Schnorr籤名,實現了MAST來優化交易數據存儲,並通過Tapscript擴充了比特幣原生腳本能力。

這些技術大大擴展了比特幣的功能:

• Schnorr籤名提高了效率和隱私性
• MAST優化了復雜腳本的存儲
• Taproot Scripts擴充了腳本語言能力

2.4 Ordinals、Inscriptions、BRC-20等協議

Ordinals協議爲每個聰分配唯一編號,並通過銘文在聰上刻錄信息。這爲比特幣帶來了新的NFT標準。

BRC-20是在Ordinals基礎上創建的可替代代幣標準。它通過在銘文中寫入JSON文本來部署代幣合約、鑄幣和轉移代幣。

其他新興協議如Atomicals、Runes、BTC stamps等,都在不同方面探索比特幣網路的新應用可能。

3. 新技術的使用方法和未來發展

3.1 新技術的使用方法

比特幣技術發展本質上是區塊擴容與能力擴容。區塊擴容使用簡單,能力擴容較復雜,這導致目前主要應用集中在探索區塊擴容後的使用場景。

未來會有更多能力擴充的案例產生,如BEVM等項目開始探索一層和二層的連接技術。能力擴充的邊界應該主要在於作爲比特幣一層與二層的連接技術,而不應過於復雜化。

3.2 未來發展的需求

近期需求主要集中在資產發行和管理方面。隨着技術發展,這些應用會逐步從以太坊等網路轉移到比特幣生態,主要在二層進行。

長遠來看,未來Web3.0時代的大規模應用將基於比特幣生態構建。建設路徑可分爲短期、中期、長期三個階段:

• 短期:主網新技術應用和簡單二層建設,擴充基本能力
• 中期:完善二層建設,滿足金融和信任應用需求
• 長期:大規模生態建設,實現真正的Web3.0時代