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一文梳理比特币二层网络的基础知识体系

2024.02.22

作者:付少庆,SatoshiLab,万物岛BTC工作室,Waterdrip

比特币铭文的兴起,给比特币生态带来了新的生机,让更多的人开始重新关注比特币,也有人说是打开了比特币生态的潘多拉魔盒。在比特币生态众多技术发展中,比特币二层建设是重中之重。针对这个方向,我借鉴一些网络上的知名文章,和多位朋友的交流,以及我们团队在Web3产品设计与开发中所探索的经历,总结了一篇比特币二层的基础知识文章。这种方式便于总结和学习,也因为个体认知的局限性,希望能抛砖引玉,吸引更多人完善相关思路,让这个领域得到更好的发展。

区块链的世界是以比特币为开局,以比特币生态为终局。(水滴资本大山老师的一个总结,我个人很认同。)以太坊也是比特币的一种侧链技术探索。

在本文中我们会混合使用“二层建设”或“二层网络建设”,通常“二层网络建设”的词语相对狭义,二层建设是一个更广泛的概念。但为了适应业内通常讨论的一层网络,二层网络等常用说明,我们也会使用“二层网络建设”的概念,这两个词语在本文中是一个概念。

1.常见二层Layer2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。我们先从了解区块链系统的基础特性开始。

1.1 区块链的基础特性和基础需求

本文使用Vitalik提出的一个概念:区块链是一台“世界计算机”。我们从这个角度来理解区块链的多种特性会更清晰。在后面章节,我们还会依据计算机中的冯诺依曼结构来分析这个“世界计算机”发展的可能性。

我们先总结一些基础特性:

注释:

为了维护区块链这台“世界计算机”的正常运转而产生的需求称为内部需求;

为了满足使用这台“世界计算机”的用户的需求称为外部需求。

公开透明:这是区块链这台“世界计算机”的数据存储和执行指令特点,同时也是需要全球众多分布式节点共同参与计算的内部需求特性。这个特点正好满足了使用者对于数据的知情权,是这台“世界计算机”本身的内部协作要求和使用者的外部需求的共同结果。后面提到的隐私特性是满足使用者的外部需求,同时又不破坏这台“世界计算机”本身的协作要求。

去中心化:这个特性是这台“世界计算机”的架构特性,去中心化的程度和容错性,在理论上都是由拜占庭将军理论(协作者中有可能不诚实的情形,即不遵守协议的情形)在支持。非拜占庭将军系统从理论上都不是区块链系统,我们稍后会看到二层建设中的非区块链系统的两种情况。去中心化的程度是区块链安全性的一个重要指标,也是某些特性的基础。

安全性:安全性是由这台“世界计算机”的架构特性产生的内部需求和使用者需要的外部需求的共同组成。从微观层面安全性由密码学相关的技术来保证,从宏观层面上由架构的去中心化来保证,从而使得不会因为微观数据的伪造,或宏观架构的破坏而影响这台“世界计算机”的安全性。

计算能力:区块链这台世界计算机的一个主要功能是计算能力。衡量这个指标,我们一般用是否图灵完备来考察。一些链为了保持自己的主要特性,是故意设计成图灵不完备的。例如,比特币网络,中本聪不仅让其代码指令不图灵完备,而且在发展中还故意删减了一些指令集,从而保持其稳定性和安全性。所有的图灵完备技术都是为了扩展区块链的计算能力。从分层设计的思想看,简单的系统更适合做底层。

性能:在计算能力相同的情况下,性能是考察区块链这个世界计算机的另一项主要能力。一般都用TPS,即每秒处理的事务数量来衡量的。

存储:区块链被描述为“世界计算机”,那么它一定有一个存储功能,就是将数据记录下来的能力。目前基本都在区块内存储,更专业的区块外的链上存储还在发展中。

隐私:隐私是“世界计算机”中的一个细分需求,即要求在计算和存储的过程中保持数据生产者和使用者的权限范围(我们把抗审查性也放在隐私部分)。这基本上是由使用者的外部需求驱动的。

还有个综合指标可扩展性,一般是指整个架构的可扩展性,这个特性影响多数的基础特性,在架构层面,系统的可扩展性是一个很重要的指标。其他还会有一些连接能力,或其他一些特定场景的能力,在这里不过多的讨论,遇到这些特殊的场景时,再详细分析。

在这些区块链的基础特性中,大都由不可能三角形在制约相互的发展关系。例如,DSS猜想即去中心化(Decentralization,D)、安全性(Security,S)和可扩展性(Scalability,S)。如下图所示:

一文梳理比特币二层网络的基础知识体系

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