比特幣二層網路的基礎知識體系

比特幣銘文的興起爲比特幣生態帶來了新的生機,讓更多人重新關注比特幣。有人認爲這打開了比特幣生態的潘多拉魔盒。在比特幣生態的衆多技術發展中,二層建設是重中之重。本文旨在總結比特幣二層的基礎知識,希望能拋磚引玉,吸引更多人完善相關思路,推動這個領域的發展。

區塊鏈世界以比特幣爲開局,以比特幣生態爲終局。以太坊也可視爲比特幣的一種側鏈技術探索。

1. 二層要完成的使命

爲了理解比特幣二層建設需要解決哪些基本問題,我們先從區塊鏈系統的基礎特性開始。

1.1 區塊鏈的基礎特性和需求

區塊鏈可以視爲一臺"世界計算機"。我們從這個角度來理解區塊鏈的多種特性:

• 公開透明:區塊鏈的數據存儲和執行指令特點,也是分布式節點協作的內部需求。

• 去中心化:區塊鏈的架構特性,決定了系統的容錯性。

• 安全性:由密碼學技術和去中心化架構共同保證。

• 計算能力:一般用圖靈完備性來衡量。

• 性能:通常用TPS(每秒處理的事務數)來衡量。

• 存儲:記錄數據的能力。目前主要在區塊內存儲。

• 隱私:在計算和存儲過程中保護數據權限。

這些特性之間存在不可能三角,需要取舍。例如DSS猜想:去中心化、安全性和可擴展性三者不可兼得。

1.2 二層建設的作用

二層建設主要是爲了:

1. 增加容量
2. 降低成本
3. 定制特性

二層會降低或改變某些特性,以換取其他特性的提升。例如:

• 降低去中心化程度來提高性能
• 改變結算方式來增加吞吐量
• 增強隱私性和抗審查性,但增加實現難度

1.3 爲什麼要做分層設計?

分層設計是處理復雜系統的有效方法,可以提高系統的模塊化、可維護性和可擴展性。分層的優點包括:

• 各層獨立,便於設計和修改
• 靈活性好,某層變化不影響其他層
• 結構可分割,各層可採用最適合的技術
• 易於實現和維護
• 促進標準化

2. 比特幣Layer2的幾種建設思路

比特幣的二層主要有三種路線:

1. 基於鏈的擴展路線:類似EVM的二層,是區塊鏈結構
2. 基於分布式的路線:以閃電網絡爲代表,是分布式結構
3. 基於中心化系統的路線:以中心化索引爲代表,是中心化結構

目前基於鏈的擴展相對更容易實現,案例也更多。分布式路線難度較大,發展較慢。中心化路線存在爭議,但也能在一定程度上擴展一層網路的能力。

2.1 基於鏈的二層建設

早期有彩色幣、Mastercoin等探索。包括以太坊也可視爲比特幣的改進探索。目前主要包括兩類:

• 兼容EVM的帳戶模型:如以太坊、Polygon等
• UTXO模型:如CKB、Chia等

這種方案保留了區塊鏈的大多數基礎特性,並解決了圖靈完備問題,交易費用也顯著降低。但仍受區塊鏈固有限制,性能提升有限。

2.2 基於分布式系統的二層建設

這類方案中,二層結構已不是區塊鏈,而是基於Channel的分布式系統。典型代表是閃電網絡。

分爲兩類:

1. 只完成價值傳遞,如閃電網絡
2. 完成價值傳遞和圖靈完備計算,如RGB

這種方案的優點是更去中心化,擴展性好,隱私性強。缺點是技術實現復雜,在價值傳遞方面經驗不足。

2.3 基於中心化系統的二層建設

如Ordinals等中心化索引結構。這種方案雖然爭議較大,但也能在一定程度上擴展一層網路能力。

優點是技術成熟,性能好。缺點是高度中心化,區塊鏈特性主要依賴一層網路。

3. 二層建設的相關事物

3.1 一層和二層的連接技術

常見的連接技術包括:

• 跨鏈技術
• 隔離驗證技術
• 側鏈技術
• State Channel技術
• Plasma技術

不同二層結構適用的連接技術有所不同。衡量連接技術的指標包括:一層是否能驗證二層交易、資產是否能在二層崩潰時逃生、是否會降低系統某些特性等。

3.2 參考馮諾依曼結構看區塊鏈發展

區塊鏈作爲"世界計算機"可以類比傳統計算機的馮諾依曼結構:

• CPU(運算器和控制器)對應一層和二層的計算能力擴展
• 存儲器對應鏈上存儲空間的擴展
• 輸入輸出設備對應預言機
• 特殊鏈和功能類似GPU等專用部件
• 鏈上應用類似早期還未分離操作系統和應用軟件的階段

區塊鏈應用也會從金融領域逐步擴展到更廣泛的領域。

4. 當前比特幣的Layer2建設情況

4.1 已經運行的比特幣二層項目

1. 閃電網絡:基於分布式的二層建設,提供快速低成本交易。

2. Liquid:基於鏈的側鏈方案,提供快速私密交易。

3. Rootstock(RSK):基於鏈的智能合約平台,提供類似以太坊的功能。

4. RGB:基於分布式+圖靈完備的二層建設,支持復雜智能合約。

5. Stacks:去中心化計算平台,提供身分驗證、存儲和智能合約功能。

6. 其他新項目:如B² Network、BEVM、Dovi、Map Protocol等,主要是基於鏈的二層建設。

4.2 比特幣二層建設的發展分析

1. 原有項目:需充分發揮積累優勢,吸引更多應用。

2. 新進入項目:可利用後發優勢,快速解決輕量級需求。

3. 無積累項目:可通過社區共識積累用戶和資金。

4. 上層應用:隨二層發展,從金融應用擴展到更多領域。

Web3.0時代剛剛開始,需要持續探索和建設。把握新技術、新發展,不斷調整和參與建設的團隊終將在某個領域有所收獲。