什么是比特币扩容问题？比特币网络可以扩容吗？

2024-3-7

区块链可扩展性问题阻碍了这些新网络超越每秒处理数千笔交易的传统支付方式的潜力。本指南将特别探讨比特币扩容，并讨论迄今为止所采用的扩容解决方案。

什么是比特币扩容问题？

比特币扩容问题是指比特币网络无法在短时间内处理大量交易。

比特币的交易率平均每秒七笔交易（TPS）。考虑到比特币的目标是成为全球货币并促进 Visa 和 Mastercard 等全球支付，这是一个非常低的交易吞吐量。两个支付平台的交易吞吐量分别约为 24,000 TPS 和 5,000 TPS。

之所以出现这种可扩展性挑战，是因为比特币网络大约每 10 分钟就会产生一个区块，而这样一个区块的大小上限为 1MB。本质上，BTC 交易被打包到区块中，然后矿工在全节点验证后将其添加到区块链中。因此，如果一个块很大，它可以容纳更多的交易。更高的频率还可以导致更快的交易。尽管这些看起来似乎是非常简单的解决方案，但它们需要进行某些权衡。

比特币扩容争论的历史

关于比特币扩容的争论与比特币本身一样古老。2008 年，当中本聪首次在密码学邮件列表上宣布比特币项目时，他得到的第一个答案是关于扩容的。加拿大密码朋克詹姆斯·唐纳德 (James Donald) 撰写的这条评论指出：“[……]它似乎无法缩放到所需的大小。” 多年来出现了更多的扩展问题，并且已经提供了各种解决方案。扩容争论主要围绕区块大小展开。围绕区块时间也发生了一些争论。

区块大小争论

根据设计，比特币的硬块大小限制为 1MB。由于比特币的去中心化，它很难改变，就像很难改变2100万枚比特币的最大供应量一样。

2013年，前比特币核心开发者格雷戈里·麦克斯韦（Gregory Maxwell）认为：“比特币因为稀缺而有价值。比特币的重要特征之一是硬币的供应量有限；另一个是区块空间供应有限；毕竟，有限的区块空间创造了交易费用市场，而这些费用为挖矿提供了资金，使区块链能够抵御重组形式的攻击。” 换句话说，1兆字节的块大小限制对于网络的整体安全性非常重要。

尽管存在这种争论，一些比特币社区成员（大区块者）还是希望增加区块大小。另一方面，小区块者（社区中反对提高区块大小的部分）很乐意探索不会导致硬分叉的选项。因此，比特币扩容战争诞生了，随着不同的大区块者分叉比特币，导致了几次硬分叉，切换了比特币代码以支持各种区块大小。主要的硬分叉包括：

Bitcoin XT： Michael Hearn 在 2014 年推出了这个硬分叉。它将区块大小从 1MB 增加到 4MB。该项目在启动几个月后就失去了用户的兴趣，现已不复存在。
Bitcoin Classic：在Bitcoin XT失败之后，一些开发者仍然希望增加区块大小。他们于 2016 年初创建了比特币经典版。然而，现在的区块大小为 2MB。尽管这个项目在技术上仍然存在，但并没有太多追随者。
Bitcoin Unlimited：这是 2016 年的另一次硬分叉。它允许矿工选择最大 16MB 的区块大小。这个项目没有得到太多的认可。
比特币现金： 2017 年的硬分叉之所以发生，是因为某些开发人员反对提议的 SegWit 升级。隔离见证（SegWit）是比特币核心开发者 Pieter Wuille 在 2015 年提出的比特币软分叉。它试图通过最小化区块中交易的权重来提高比特币的交易吞吐量。比特币现金至今仍然存在，并且就市值而言是最成功的比特币硬分叉 — 截至撰写本文时为 2.3B 美元。该网络的块大小为 32MB，并且不使用 SegWit。

小区块者于 2017 年执行了 SegWit，最初的目的是作为两部分的协议升级。第二个组件 SegWit2x 将导致区块大小为 2MB 的硬分叉。然而，由于比特币社区未能就其实施达成共识，该计划并未获得通过。SegWit 之后于 2021 年 11 月进行了 Taproot 升级。

区块时间辩论

专家们还考虑了减少矿工找到区块所需时间的可能性。例如，在 2016 年的比特币扩容会议上，与会者探讨了频率修改如何影响交易吞吐量。苏黎世联邦理工学院的研究人员认为，比特币的出块时间可以安全地从 10 分钟减少到 1 分钟。

这里的想法是更多的区块意味着更多的交易。麦克斯韦反对这个想法，声称“区块时间问题很棘手，因为如果它太低，那么网络的安全性可能会迅速下降。”

从那时起，这场辩论没有产生任何实际成果，可能是因为改变它会带来真正的安全影响。

当前的比特币扩容解决方案

最终，扩容比特币有两种基本方法。网络可以通过升级区块链或引入层来扩展。

SegWit和Taproot是区块链升级，而闪电网络是第2层扩展解决方案。以下是这些解决方案的简要说明。

隔离见证

SegWit是2017年8月激活的比特币软分叉。与硬分叉不同，软分叉修改了软件协议，向后兼容，并且不会导致两个区块链的存在。SegWit 通过将交易分为两部分来提高交易吞吐量。这减少了交易大小，允许每个块进行更多交易。

大多数加密货币交易所都升级了其基础设施，以从 SegWit 中受益。例如，根据 Glassnode 的一篇文章，Kucoin 和 FTX 已实现 100% SegWit 采用。Ledger 和 Trezor 等加密钱包也采用了 SegWit。

总体而言，根据 Buy Bitcoin Worldwide 的数据，自 2017 年以来，SegWit 的采用率有所增长。尽管如此，比特币的链上交易吞吐量仍保持在 7TPS 左右。

直根

根据 Gregory Maxwell 的 2018 年提案， Taproot升级于 2021 年 11 月进行。此次升级提高了比特币的效率和隐私性。它有助于缩短交易持续时间并最大限度地减少区块容量。此次更新还为比特币网络带来了新形式的智能合约功能。

闪电网络

闪电网络（LN）是建立在比特币网络之上的支付层。它允许更快、更便宜的比特币交易，并专注于大容量小额支付。闪电网络支付通道在过去的一年里更加活跃，于 2022 年 10 月达到了 5,000 BTC 的容量。闪电网络于 2018 年上线，目前仍在持续开发中。

比特币可以扩容吗？

是的，但这需要时间。

目前，没有一台家用计算机能够支持每秒处理数万笔交易所需的带宽和存储。这是因为比特币区块需要扩展到 GB 容量才能实现如此高的交易速度。然而，随着计算机技术的不断进步，正如摩尔定律所表明的那样，比特币可能会达到甚至超越 Visa 的容量。与此同时，LN 等第 2 层解决方案可能有助于快速跟踪比特币的 TPS。