Đánh giá các giải pháp mở rộng quy mô gốc của Bitcoin: SegWit và Taproot

Tác giả: Chakra; Bản dịch: 0xjs@金财经

Bitcoin là blockchain có giá trị thị trường cao nhất, an toàn nhất, phi tập trung nhất và sớm nhất trên thế giới. Tuy nhiên, các giao dịch mỗi giây (TPS) thấp và khả năng lập trình hạn chế của nó thường bị chỉ trích là gây khó khăn cho việc hỗ trợ các ứng dụng quy mô lớn, cản trở nghiêm trọng sự phát triển của hệ sinh thái Bitcoin. Với tư cách là người xây dựng hệ sinh thái Bitcoin, bài viết này sẽ giúp bạn hiểu về quá khứ, hiện tại và tương lai của các giải pháp mở rộng quy mô Bitcoin.

Bài viết này là bài viết đầu tiên trong loạt bài viết về khả năng mở rộng Bitcoin, chủ yếu giới thiệu các giải pháp mở rộng gốc đã được triển khai trước đây trên mạng chính Bitcoin. Bài viết tiếp theo sẽ thảo luận về các giải pháp mở rộng quy mô ngoài chuỗi với khả năng mở rộng cao hơn. Giữ nguyên.

Tăng giới hạn kích thước khối

Năm 2010, Satoshi Nakamoto đã giới thiệu giới hạn kích thước khối 1 MB trong lõi bitcoin. Hạn chế rõ ràng này không thay đổi trong hơn mười năm.

Thật thú vị, Satoshi Nakamoto không giải thích công khai lý do tại sao ông đề xuất giới hạn kích thước khối. Giới hạn này bị “ẩn” trong PR của việc hợp nhất mã và không được giải thích chi tiết. Một vài năm sau khi Satoshi Nakamoto rời đi, cộng đồng trở nên chia rẽ sâu sắc về vấn đề giới hạn kích thước khối và nhu cầu về các khối lớn hơn đã làm dấy lên cuộc thảo luận rộng rãi.

Khối càng lớn thì càng có thể chứa được nhiều giao dịch. Giả sử thời gian đồng thuận không thay đổi thì khối càng lớn thì TPS càng cao.

Tại sao TPS lại quan trọng đến vậy? Bởi vì dưới giới hạn khối 1 MB và quy mô giao dịch tại thời điểm đó, số lượng giao dịch có thể hoàn thành mỗi giây chỉ từ 3-7, còn lâu mới đủ cho các ứng dụng quy mô lớn và không thể hiện thực hóa “ngang hàng” của Bitcoin. hệ thống tiền điện tử ngang hàng” “Vision.

Tuy nhiên, các khối lớn hơn cũng mang lại nhiều mức độ vấn đề khác nhau.

Trước hết, các khối lớn hơn có yêu cầu cao hơn về phần cứng như lưu trữ, tính toán và băng thông, dẫn đến chi phí vận hành cho các nút đầy đủ tăng lên. Dữ liệu giao dịch lịch sử của Bitcoin mở rộng nhanh chóng, đòi hỏi các nút đầy đủ mới phải dành nhiều thời gian hơn để đồng bộ hóa với mạng. Những yêu cầu này làm giảm sự sẵn lòng của người dùng trong việc vận hành các nút đầy đủ, do đó làm giảm mức độ phân cấp.

Thứ hai, khối càng lớn thì thời gian đồng bộ hóa giữa các nút càng lâu và khả năng xảy ra các khối mồ côi càng lớn, dẫn đến việc tổ chức lại khối thường xuyên hơn, tăng rủi ro phân nhánh và giảm đáng kể tính bảo mật.

Vấn đề này sau này được Vitalik gọi là tam giác bất khả thi của blockchain, tức là blockchain không thể đạt được sự phân cấp, khả năng mở rộng và bảo mật cùng một lúc. Các khối lớn hơn cung cấp khả năng mở rộng lớn hơn, nhưng với chi phí phân cấp và bảo mật ít hơn.

Điều quan trọng nhất là, việc sửa đổi giới hạn kích thước khối yêu cầu một hard fork, yêu cầu tất cả các nút trong toàn bộ mạng phải được nâng cấp cùng lúc, nếu không sẽ khiến mạng bị chia tách. Đây không phải là một lựa chọn tốt cho Bitcoin vì nó dựa vào sự đồng thuận phi tập trung. Dưới ảnh hưởng của Satoshi Nakamoto, việc tránh hard fork dường như đã trở thành một nguyên tắc thực tế đối với Bitcoin.

Thật không may, sự chia rẽ đã xảy ra. Bất chấp sự thiếu đồng thuận trong cộng đồng, một số thợ mỏ và nhà phát triển đã thay đổi giới hạn kích thước khối trong ứng dụng khách, cuối cùng dẫn đến một nhánh mạng. Năm 2016, Bitcoin Classic đã áp dụng BIP 109, giới hạn kích thước khối lên 2 MB; vào năm 2016, ứng dụng khách Bitcoin XT đã áp dụng BIP 101, tăng kích thước khối lên 8 MB. Tuy nhiên, đại đa số người khai thác và người dùng vẫn sử dụng cái mà ngày nay chúng ta gọi là mạng chính Bitcoin.

Những nỗ lực nhằm tăng kích thước khối một cách rõ ràng thông qua hard fork đã thất bại.

SegWit

Nếu hard fork không được chấp nhận, liệu soft fork có phải là giải pháp không? SegWit là một trong những cách tiếp cận như vậy.

Nhân chứng là thông tin xác thực mở khóa UTXO. Trong một thời gian dài, nhân chứng đã được đặt vào trường tập lệnh đầu vào của UTXO để hoàn tất giao dịch. Tuy nhiên, cách tiếp cận này có những vấn đề tiềm ẩn như sự phụ thuộc vòng tròn, tính linh hoạt trong giao dịch của bên thứ ba và tính linh hoạt trong giao dịch của bên thứ hai.

Ngay từ năm 2011 , các nhà phát triển đã nhận thấy vấn đề này và đề xuất giải pháp Segregated Witness (SegWit), giúp tách nhân chứng khỏi dữ liệu giao dịch khác. Tuy nhiên, đề xuất hard fork vào thời điểm đó đã không nhận được sự ủng hộ và phải đến đề xuất về hard fork SegWit vào năm 2015, việc sáp nhập cuối cùng mới đạt được.

Làm cách nào SegWit đạt được khả năng tương thích ngược thông qua các soft fork? Điều này chủ yếu bao gồm hai khía cạnh sau:

1. Các nút phiên bản mới có thể nhận ra và chấp nhận các khối cũng như giao dịch do các nút phiên bản cũ tạo ra.

2. Mặc dù các nút phiên bản cũ không thể nhận ra các quy tắc và tính năng mới được giới thiệu bởi phiên bản mới, nhưng chúng vẫn coi các khối do phiên bản mới tạo ra là hợp lệ.

Soft fork SegWit cho phép các giao dịch mới sử dụng các tập lệnh đầu vào trống và thêm trường nhân chứng vào cấu trúc khối để lưu trữ nhân chứng. Vì Bitcoin Core nâng cấp trước hỗ trợ các tập lệnh đầu vào trống nên các nút phiên bản cũ sẽ không từ chối các khối do phiên bản mới tạo ra. Ngoài ra, bằng cách sử dụng trường phiên bản, các loại giao dịch cũ hơn vẫn có thể được sử dụng và các nút sẽ xử lý chúng khác nhau tùy thuộc vào phiên bản.

Các tiện ích mở rộng trong SegWit It được triển khai dưới dạng trọng số. Trọng số của byte chứng kiến ​​là 1 và trọng số của các byte dữ liệu khác là 4, do đó giới hạn trọng lượng tối đa của mỗi khối ở mức 4 triệu. Tại sao lại gán các trọng số khác nhau cho các loại dữ liệu khác nhau? Một ý tưởng thông thường là dữ liệu nhân chứng chỉ đóng vai trò xác minh khi sử dụng và không cần phải lưu trữ trong kho lâu dài nên chi phí tương đối thấp và trọng lượng cũng thấp.

Đây thực sự là The giới hạn kích thước khối được tăng lên một cách ngụy trang. Giới hạn trên của kích thước khối theo lý thuyết được nâng lên 4 MB (hoàn toàn do dữ liệu chứng kiến). Đánh giá từ cấu trúc khối cũ, điều này vẫn tuân thủ giới hạn ban đầu của Satoshi Nakamoto là không quá 1 MB cho mỗi khối.

Taproot

Sử dụng mã hoạt động Bitcoin như OP_IF, chúng tôi có thể đặt các điều kiện phức tạp cho tập lệnh chi tiêu Bitcoin, chẳng hạn như khóa thời gian, đa chữ ký, v.v. Tuy nhiên, các điều kiện chi tiêu phức tạp thường yêu cầu nhiều đầu vào và chữ ký để xác minh, do đó làm tăng tải khối và giảm tốc độ giao dịch, đồng thời làm lộ tất cả các điều kiện thanh toán, dẫn đến rò rỉ quyền riêng tư.

Taproot sử dụng MAST để Để nâng cao Bitcoin, người dùng sử dụng Merkle Trie để thể hiện điều kiện chi tiêu. Mỗi nút lá đại diện cho một tập lệnh chi tiêu. Trong quá trình chi tiêu, chỉ cần cung cấp tập lệnh được thực thi thực tế và Đường dẫn Merkle tương ứng mà không tiết lộ các điều kiện khác. Điều này làm giảm mức tiêu thụ không gian khối và cải thiện quyền riêng tư.

Bản nâng cấp Taproot cũng giới thiệu các chữ ký Schnorr, có tính chất đồng hình bổ sung, cho phép tổng hợp chữ ký và xác minh hàng loạt, nhờ đó tăng tổng số giao dịch mỗi giây (TPS). Ưu điểm chữ ký tổng hợp của chữ ký Schnorr giúp đơn giản hóa đáng kể logic xác minh các giao dịch đa chữ ký. Trước đây, chữ ký ECDSA yêu cầu nhiều chữ ký được gửi trên chuỗi để khớp với tập lệnh, trong khi chữ ký Schnorr chỉ yêu cầu một chữ ký tổng hợp ngoài chuỗi duy nhất được gửi trên chuỗi, giảm việc sử dụng không gian trên chuỗi cho thanh toán nhiều chữ ký .

Bằng cách kết hợp chữ ký Schnorr với MAST và sử dụng khái niệm Trả tiền theo hợp đồng (P2C), mã hợp đồng phức tạp được gửi thông qua gốc MAST để điều chỉnh và tạo ra một tiêu chuẩn hỗ trợ khóa công khai Bitcoin thanh toán bằng chữ ký Schnorr duy nhất.

Điều thú vị là, vì chữ ký đơn và nhiều chữ ký của chữ ký Schnorr trông giống nhau trên chuỗi, nên logic của các tập lệnh phức tạp, nhiều chữ ký và chữ ký đơn không thể phân biệt được trên chuỗi, điều này càng nâng cao Quyền riêng tư.

< /p>

Kết luận

Các giải pháp về khả năng mở rộng của Bitcoin phản ánh nỗ lực cải thiện hiệu suất trong khi vẫn duy trì tính phân cấp và bảo mật.

Ban đầu, việc tăng kích thước khối được coi là giải quyết trực tiếp vấn đề tỷ lệ giao dịch thấp, nhưng nó gây ra các vấn đề liên quan đến chi phí nút và phân nhánh mạng, đặt ra thách thức cho sự đồng thuận của cộng đồng.

Sự ra đời của SegWit đánh dấu một bước tiến lớn, tối ưu hóa công suất khối thông qua các soft fork, đảm bảo khả năng tương thích ngược và tránh các hard fork gây chia rẽ.

Sau đó, Taproot đã cải thiện hơn nữa khả năng mở rộng và quyền riêng tư thông qua chữ ký MAST và Schnorr, giảm không gian giao dịch và cải thiện hiệu quả xác minh. Quan trọng hơn, Taproot có thể triển khai lập trình tập lệnh phức tạp trên Bitcoin, mở đường cho những nỗ lực mở rộng trong tương lai.

Những phát triển này nêu bật bước đi thận trọng và sáng tạo của Bitcoin hướng tới một mạng lưới mạnh mẽ và có thể mở rộng hơn, điều này rất quan trọng đối với tương lai của nó với tư cách là một hệ thống thanh toán toàn cầu.

Tuy nhiên, tác động của những kế hoạch mở rộng này là chưa đủ để hiện thực hóa tầm nhìn về một "hệ thống tiền điện tử ngang hàng".