比特币二层网络的基础知识体系

比特币铭文的兴起为比特币生态带来了新的生机,让更多人重新关注比特币。有人认为这打开了比特币生态的潘多拉魔盒。在比特币生态的众多技术发展中,二层建设是重中之重。本文旨在总结比特币二层的基础知识,希望能抛砖引玉,吸引更多人完善相关思路,推动这个领域的发展。

区块链世界以比特币为开局,以比特币生态为终局。以太坊也可视为比特币的一种侧链技术探索。

1. 二层要完成的使命

为了理解比特币二层建设需要解决哪些基本问题,我们先从区块链系统的基础特性开始。

1.1 区块链的基础特性和需求

区块链可以视为一台"世界计算机"。我们从这个角度来理解区块链的多种特性:

• 公开透明:区块链的数据存储和执行指令特点,也是分布式节点协作的内部需求。

• 去中心化:区块链的架构特性,决定了系统的容错性。

• 安全性:由密码学技术和去中心化架构共同保证。

• 计算能力:一般用图灵完备性来衡量。

• 性能:通常用TPS(每秒处理的事务数)来衡量。

• 存储:记录数据的能力。目前主要在区块内存储。

• 隐私:在计算和存储过程中保护数据权限。

这些特性之间存在不可能三角,需要取舍。例如DSS猜想:去中心化、安全性和可扩展性三者不可兼得。

1.2 二层建设的作用

二层建设主要是为了:

1. 增加容量
2. 降低成本
3. 定制特性

二层会降低或改变某些特性,以换取其他特性的提升。例如:

• 降低去中心化程度来提高性能
• 改变结算方式来增加吞吐量
• 增强隐私性和抗审查性,但增加实现难度

1.3 为什么要做分层设计?

分层设计是处理复杂系统的有效方法,可以提高系统的模块化、可维护性和可扩展性。分层的优点包括:

• 各层独立,便于设计和修改
• 灵活性好,某层变化不影响其他层
• 结构可分割,各层可采用最适合的技术
• 易于实现和维护
• 促进标准化

2. 比特币Layer2的几种建设思路

比特币的二层主要有三种路线:

1. 基于链的扩展路线:类似EVM的二层,是区块链结构
2. 基于分布式的路线:以闪电网络为代表,是分布式结构
3. 基于中心化系统的路线:以中心化索引为代表,是中心化结构

目前基于链的扩展相对更容易实现,案例也更多。分布式路线难度较大,发展较慢。中心化路线存在争议,但也能在一定程度上扩展一层网络的能力。

2.1 基于链的二层建设

早期有彩色币、Mastercoin等探索。包括以太坊也可视为比特币的改进探索。目前主要包括两类:

• 兼容EVM的账户模型:如以太坊、Polygon等
• UTXO模型:如CKB、Chia等

这种方案保留了区块链的大多数基础特性,并解决了图灵完备问题,交易费用也显著降低。但仍受区块链固有限制,性能提升有限。

2.2 基于分布式系统的二层建设

这类方案中,二层结构已不是区块链,而是基于Channel的分布式系统。典型代表是闪电网络。

分为两类:

1. 只完成价值传递,如闪电网络
2. 完成价值传递和图灵完备计算,如RGB

这种方案的优点是更去中心化,扩展性好,隐私性强。缺点是技术实现复杂,在价值传递方面经验不足。

2.3 基于中心化系统的二层建设

如Ordinals等中心化索引结构。这种方案虽然争议较大,但也能在一定程度上扩展一层网络能力。

优点是技术成熟,性能好。缺点是高度中心化,区块链特性主要依赖一层网络。

3. 二层建设的相关事物

3.1 一层和二层的连接技术

常见的连接技术包括:

• 跨链技术
• 隔离验证技术
• 侧链技术
• State Channel技术
• Plasma技术

不同二层结构适用的连接技术有所不同。衡量连接技术的指标包括:一层是否能验证二层交易、资产是否能在二层崩溃时逃生、是否会降低系统某些特性等。

3.2 参考冯诺依曼结构看区块链发展

区块链作为"世界计算机"可以类比传统计算机的冯诺依曼结构:

• CPU(运算器和控制器)对应一层和二层的计算能力扩展
• 存储器对应链上存储空间的扩展
• 输入输出设备对应预言机
• 特殊链和功能类似GPU等专用部件
• 链上应用类似早期还未分离操作系统和应用软件的阶段

区块链应用也会从金融领域逐步扩展到更广泛的领域。

4. 当前比特币的Layer2建设情况

4.1 已经运行的比特币二层项目

1. 闪电网络:基于分布式的二层建设,提供快速低成本交易。

2. Liquid:基于链的侧链方案,提供快速私密交易。

3. Rootstock(RSK):基于链的智能合约平台,提供类似以太坊的功能。

4. RGB:基于分布式+图灵完备的二层建设,支持复杂智能合约。

5. Stacks:去中心化计算平台,提供身份验证、存储和智能合约功能。

6. 其他新项目:如B² Network、BEVM、Dovi、Map Protocol等,主要是基于链的二层建设。

4.2 比特币二层建设的发展分析

1. 原有项目:需充分发挥积累优势,吸引更多应用。

2. 新进入项目:可利用后发优势,快速解决轻量级需求。

3. 无积累项目:可通过社区共识积累用户和资金。

4. 上层应用:随二层发展,从金融应用扩展到更多领域。

Web3.0时代刚刚开始,需要持续探索和建设。把握新技术、新发展,不断调整和参与建设的团队终将在某个领域有所收获。