Bitcoin如何處理可伸縮性問題？

了解Bitcoin的可伸縮性挑戰

Bitcoin的設計優先考慮權力下放，安全性和不變性，但是這些原則是取捨，尤其是在交易吞吐量中。 Bitcoin的基層，稱為Bitcoin區塊鏈，受其塊大小和塊時間的限制。每個塊的尺寸為1兆字節（MB） ，大約每10分鐘開採一次。該約束將網絡限制在每秒處理大約7個交易（TPS） 。相比之下，像Visa這樣的傳統支付系統可以每秒處理數千筆交易。隨著對Bitcoin交易的需求增加，這種限制會導致網絡擁塞，更高的費用和更長的確認時間。這些問題對於所謂的可伸縮性三元素至關重要，在該問題中，提高可伸縮性通常會損害權力下放或安全性。

隔離見證人（segwit）：一層升級

Bitcoin的可伸縮性最重要的改進之一是2017年8月激活了隔離證人（SEGWIT）。 SEGWIT通過修改Bitcoin交易的結構來解決可擴展性。它通過將（或分離）簽名數據（見證數據）與主要交易數據分開來做到這一點。這種變化有效地增加了可以適合單個塊的交易數量，而不會增加塊大小限制。關鍵機制是，在Segwit引入的新塊重量系統下，證人數據的重量較低，允許塊持有更多的交易數據，同時保持在400萬個重量單位限制範圍內（實際上相當於4 MB）。 Segwit的好處包括：

• 每個塊的交易能力增加
• 由於更有效的塊空間使用率，交易費用降低
• 固定交易可延展性，這是閃電網絡的先決條件
• 通過更好的簽名編碼，可以更有效地利用塊空間

用戶和錢包必須支持Segwit，以利用這些改進。從啟用SEGWIT的地址發送的交易（以'BC1'或3'開頭）受益於較低的費用和更快的確認。

閃電網絡：鏈縮放解決方案

Lightning網絡是在Bitcoin頂部構建的一層--TWO協議，通過將大多數交互從主要區塊鏈移出，可以快速，低成本的交易。它通過在參與者之間創建雙向支付渠道來運行。一旦通過鏈交易打開通道後，用戶就可以在不廣播到Bitcoin網絡的情況下進行無限數量的即時交易。僅當頻道關閉時，該渠道的最終狀態才能在鏈上解決。

要使用閃電網絡，用戶必須：

• 安裝與閃電兼容的錢包（例如，鳳凰城，Satoshi的錢包或Eclair）
• 通過將Bitcoin發送到區塊鏈上的Multisig地址來資助付款渠道
• 在網絡內進行即時對等交易
• 關閉頻道以解決主鏈上的最終餘額

該網絡使用哈希時鎖定合同（HTLC）來啟用多個啤酒花的付款，即使沒有直接渠道，也可以進行交易。閃電網絡通過減少區塊鏈上記錄的交易數量的數量大大提高了可伸縮性，如果廣泛採用的話，可以在整個網絡上實現數百萬TPS 。

大小的辯論和替代建議

多年來，關於如何擴展Bitcoin的辯論導致了各種建議。最有爭議的之一是Bitcoin現金（BCH） ，該現金在2017年從Bitcoin分叉，將塊大小提高到8 MB （後來進一步增加）。支持者認為，較大的塊將允許每個塊更多的交易，從而直接增加吞吐量。但是，較大的塊需要更多的存儲和帶寬，可能會導致集中化風險，因為較少的節點可以負擔得起完整的節點。

其他建議還包括塊重量增加，動態塊尺寸和替代共識機制，但是由於對分散和安全性的擔憂，這些建議尚未採用。 Bitcoin社區通常有利於維持網絡核心原則的保守變化。結果，擴展工作更多地集中在層 - 第二解決方案和效率提高，而不是增加基層塊大小。

未來的升級和提高效率

Bitcoin繼續通過軟叉和協議升級來發展，這些升級提高效率而不改變基本塊大小。一種這樣的升級是Taproot ，於2021年11月被激活，可增強隱私，減少交易數據規模並降低費用。 Taproot使用Schnorr簽名和Merkelized抽象語法樹（MAST）將多種交易類型結合到單個簽名格式中。這減少了複雜交易所需的數據量，從而釋放了塊空間以進行更多交易。

開發的另一個領域是客戶端塊過濾（例如中微子）和緊湊型塊繼電器，從而改善了節點性能並減少帶寬的使用情況。這些優化有助於維持權力下放，同時支持較高的交易量。對盟約和ELTOO的研究（一種簡化的通道更新機制）可能會進一步提高將來的可擴展性，儘管它們需要仔細實施以避免意外後果。

常見問題

每秒可以處理的最大交易數量Bitcoin是多少？ Bitcoin在正常條件下，每秒可以處理大約7個交易。通過採用SEGWIT ，由於更有效的阻滯空間使用情況，這可能會增加到10-15 TP 。實際數字根據交易大小和網絡條件而變化。

交易費用與可伸縮性有何關係？當網絡被擁擠且阻止空間有限時，用戶競標更高的費用以優先考慮其交易。該費用市場是可伸縮性約束的直接結果。諸如Segwit和Lightning之類的解決方案通過增加容量或移動交易來減少費用。

誰能運行閃電網絡節點？是的，任何人都可以通過安裝LND，C-Lightning或Eclair等兼容軟件來運行閃電節點。用戶需要一個Bitcoin完整節點（可選但建議），靜態IP或TOR地址以及一些Bitcoin來資助頻道。運行節點支持網絡分散化並允許直接通道管理。

為什麼Bitcoin不增加塊大小來求解可伸縮性？增加的塊大小可能會導致更高的硬件要求運行完整的節點，從而冒著集中化的風險。較大的塊需要更多的帶寬和存儲，可能排除資源有限的用戶。 Bitcoin社區優先考慮權力下放和安全性，而不是基本層膨脹的三層解決方案。