比特币技术发展与新技术应用

1. 比特币原有技术的主要探索与冲突

比特币的原有技术存在大规模应用与应有能力的冲突。早期这些被视为比特币本身的问题,但随着技术发展,许多问题得到更清晰的答案。本文列出相关问题及其产生与解决过程,展示这些问题与技术的关联性,以及比特币主链与相关"测试链"的变化。

比特币的技术一直被不同项目与团队探索(包括以太坊),但比特币主网上的变化一直不够明显,直到Taproot等技术出现,推动了Ordinals协议等产生,进入新的发展高潮。从整体看这些发展过程与相关技术,我们能看到它们之间的联系,可推测出更多发展方向与整体架构。

1.1 比特币的脚本语言与几次删减指令

比特币的编程语言是一种逆波兰范式的脚本语言,没有循环语句和条件控制语句(后来Taproot&Taproot Script扩充了这部分能力)。因此,比特币脚本语言不是图灵完备的,有一定局限性。

这些局限性避免了比特币网络受到DOS攻击,但也使比特币网络无法运行复杂程序。后来发展的一些区块链系统为解决具体问题,直接改变了这点。如以太坊使用的语言就具备图灵完备性。

比特币历史上有多次删减指令的事件发生。删减指令不仅考虑安全性,从分层设计的思想看也很合理,这样做能让底层协议更基础更稳定。中本聪可能一开始就意识到这个问题,才主动删减指令。

这也造成了一个事实,只有比特币适合作为一层网络。从经济学视角和技术视角分析,有产生比特币替代链的可能性。但从比特币的基本特点和分层设计角度,几乎只有比特币能作为一层网络基础设施,即使有替代链也是一个1.5层的产物。在一层网络这个层面,真品只有比特币,能有一些替代作用的链最多是A货。

1.2 比特币分叉历史、原因与意义

除了删减指令问题,另一个导致比特币硬分叉的是区块大小之争。BTC创立初期没有限制区块大小,但为解决恶意交易问题,中本聪在2010年9月12日主持了一次软分叉,添加了区块体积不得超过1MB的限制。中本聪指出这种限制是临时性的,未来可以逐步提高区块限制以满足扩容需求。

随着比特币流行,网络拥堵和确认时间增长问题愈发严重。2015年Gavin Andresen和Mike Hearn提议将区块上限提高至8MB,但遭到部分核心开发者反对。这场争论最终在议题和参与范围均出现扩大化。

比特币的分叉是一种发展探索,试图通过自身改变来满足更多需求。其中包括用户需求、矿工需求、投资人需求、开发者需求等。

1.3 比特币发展中的几个典型探索

中本聪离开后,继承人Gavin Andresen主导建立了Bitcoin Core和Bitcoin基金会。在此期间,针对BTC的可扩展性探索一直存在,尤其是在资产发行领域。

Colored Coins(染色币)

染色币设想通过给比特币特定部分添加特殊标注来代表更广泛的资产和价值。实现上出现了两类:基于OP_RETURN和基于nSequence字段。

MasterCoin(OMNI)

MasterCoin建立了完整的节点层,通过扫描比特币区块来维护状态模型数据库。这种设计可提供比Colored Coins更复杂的功能,如创建新资产、去中心化交易所等。

CounterParty

Counterparty使用OP_RETURN将数据存储至BTC网络。资产不以UTXO形式存在,而是通过OP_RETURN载入信息表明资产转移。

1.4 比特币的不完美与分层协议

比特币系统的不完善主要表现在几个方面:

1. UTXO账户系统
2. 非图灵完备的脚本语言
3. 挖矿中心化、扩展性问题等

从分层协议角度看,比特币因要处于最基础底层,这些特点反而是作为一层网络应该具有的。分层设计是处理复杂系统的方法论,有利于系统模块化、可维护和可扩展。

2. 比特币发展中的重要新技术

2.1 OP_RETURN

OP_RETURN是一个脚本操作码,用来终止脚本并返回栈顶值。在比特币历史上,OP_RETURN功能被多次修改,现主要用作在账本上存储数据的方法。它使网络用户可以存储任意格式的数据。

2.2 Segwit隔离见证

隔离见证将比特币区块中交易的数据结构稍加修改,解决了transaction malleability问题,减少了Merkle proof传输数据量,并变相增加了区块容量。它为比特币能力扩容奠定基础,使后续Taproot等技术得以实现。

2.3 Taproot、Schnorr、MAST、Taproot Scripts

Taproot是隔离见证的第二个版本,由BIP340、341、342组成。它引入了Schnorr签名,实现了MAST来优化交易数据存储,并通过Tapscript扩充了比特币原生脚本能力。

这些技术大大扩展了比特币的功能:

• Schnorr签名提高了效率和隐私性
• MAST优化了复杂脚本的存储
• Taproot Scripts扩充了脚本语言能力

2.4 Ordinals、Inscriptions、BRC-20等协议

Ordinals协议为每个聪分配唯一编号,并通过铭文在聪上刻录信息。这为比特币带来了新的NFT标准。

BRC-20是在Ordinals基础上创建的可替代代币标准。它通过在铭文中写入JSON文本来部署代币合约、铸币和转移代币。

其他新兴协议如Atomicals、Runes、BTC stamps等,都在不同方面探索比特币网络的新应用可能。

3. 新技术的使用方法和未来发展

3.1 新技术的使用方法

比特币技术发展本质上是区块扩容与能力扩容。区块扩容使用简单,能力扩容较复杂,这导致目前主要应用集中在探索区块扩容后的使用场景。

未来会有更多能力扩充的案例产生,如BEVM等项目开始探索一层和二层的连接技术。能力扩充的边界应该主要在于作为比特币一层与二层的连接技术,而不应过于复杂化。

3.2 未来发展的需求

近期需求主要集中在资产发行和管理方面。随着技术发展,这些应用会逐步从以太坊等网络转移到比特币生态,主要在二层进行。

长远来看,未来Web3.0时代的大规模应用将基于比特币生态构建。建设路径可分为短期、中期、长期三个阶段:

• 短期:主网新技术应用和简单二层建设,扩充基本能力
• 中期:完善二层建设,满足金融和信任应用需求
• 长期:大规模生态建设,实现真正的Web3.0时代