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比特币二层网络全面解析：原理、类型与发展现状
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。在比特币生态的技术发展中,二层建设是重中之重。本文总结了比特币二层的基础知识,希望能抛砖引玉,促进这个领域的发展。
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:这是区块链的数据存储和执行指令特点,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。
去中心化:这是区块链的架构特性,去中心化程度和容错性由拜占庭将军理论支持。去中心化程度是区块链安全性的重要指标。
安全性:由架构特性产生的内部需求和用户需要的外部需求共同组成。从微观层面由密码学技术保证,从宏观层面由去中心化架构保证。
计算能力:区块链的一个主要功能是计算能力。一般用是否图灵完备来考察。
性能:在计算能力相同的情况下,性能是考察区块链的另一项主要能力。一般用TPS来衡量。
存储:区块链有存储数据的功能。目前基本都在区块内存储,更专业的区块外链上存储还在发展中。
隐私:要求在计算和存储过程中保持数据生产者和使用者的权限范围。这基本上是由使用者的外部需求驱动的。
这些特性大多受不可能三角形制约,如DSS猜想(去中心化、安全性、可扩展性)和CAP原理(一致性、可用性、分区容错性)。
1.2 二层建设的作用
二层建设要扩展一层系统的不足,在二层上完成一层系统不适合完成的事情。主要是:
总结为增加容量、降低成本、定制特性三个维度。
1.3 为什么要做分层设计?
分层设计是处理复杂系统的手段和方法论,通过划分多个层次结构并定义各层关系和功能,实现系统的模块化、可维护性和可扩展性。
分层设计的优点:
分层模块化设计是技术领域处理功能庞大、需多人协作、不断改进项目的有效方法。
2. 比特币Layer2的几种建设思路
比特币的二层建设有三种主要路线:
哪种方案更好?可用总锁仓价值TVL作为衡量标准,TVL高的方案更优。随时间和技术发展,最优方案会变化。
对于比特币的二层网络定义:只要依托比特币网络,建立技术关联,一些特性优于比特币一层网络,都算比特币的二层网络建设。
2.1 基于链的二层建设
早期的比特币模仿链做了多种探索,如"Colorcoin"、"MasterCoin"等;各种扩容的比特币模仿链,如BCH、BSV、BTG;以及各种侧链技术都是基于链的扩展建设案例。
以太坊也可视为基于比特币的改进探索。以太坊对比特币的改进以及以太坊二层的发展,给了比特币基于链的二层网络发展参考。
比特币中基于链的二层建设主要包含两种链类型:
基于链的二层建设优点:
缺点:
判断:基于链结构的二层可能会存在众多项目,在各垂直领域存在一个或多个二层,满足不同应用需求。其价值由上层应用数量和总价值决定。
2.2 基于分布式系统的二层建设
一些二层建设是基于分布式系统的,结构和框架不是区块链结构,而是基于Channel的分布式系统。闪电网络是典型代表。
分布式系统的二层建设分为两类:
基于分布式的二层建设优点:
缺点:
判断:基于Channel的分布式结构二层可能只存在几个并行项目,原因:
这类系统要求设计和理念更开放,能容纳更多人和团队参与。
2.3 基于中心化系统的二层建设
如Ordinals这样的中心化索引结构,或某些功能节点的索引器是中心化结构的,也是一种二层建设思路。
这种建设思路较少被认可,因二层过于中心化,对一层网络扩展非常有限。中心化结构二层各种区块链基础特性都要依赖一层网络,二层只作简单计算和统计功能。
优点:
缺点:
判断:基于中心化结构的二层可能只存在较少项目,甚至是阶段性存在。在基于链式结构和Channel的分布式结构成熟后,大多数中心化结构二层建设可能消亡,或只留少数特殊场景使用。
3. 二层建设的相关事物
3.1 一层和二层的连接技术
比特币本身技术发展,如修改OP_RETURN、Taproot、Schnorr签名、MAST、Tapscript等都应为连接一层和二层目的而设计。常见连接区块链一层和二层网络的技术有:
考察一层与二层连接技术的指标:
3.2 参考冯诺依曼结构看区块链发展
区块链这个"世界计算机"可与传统计算机的冯诺依曼结构对比分析。冯诺依曼结构计算机的五大部件:运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。区块链系统中也存在相似部件。
几个对比:
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
4.2 比特