Bitcoin如何处理可伸缩性问题？

了解Bitcoin的可伸缩性挑战

Bitcoin的设计优先考虑权力下放，安全性和不变性，但是这些原则是取舍，尤其是在交易吞吐量中。 Bitcoin的基层，称为Bitcoin区块链，受其块大小和块时间的限制。每个块的尺寸为1兆字节（MB） ，大约每10分钟开采一次。该约束将网络限制在每秒处理大约7个交易（TPS） 。相比之下，像Visa这样的传统支付系统可以每秒处理数千笔交易。随着对Bitcoin交易的需求增加，这种限制会导致网络拥塞，更高的费用和更长的确认时间。这些问题对于所谓的可伸缩性三元素至关重要，在该问题中，提高可伸缩性通常会损害权力下放或安全性。

隔离见证人（segwit）：一层升级

Bitcoin的可伸缩性最重要的改进之一是2017年8月激活了隔离证人（SEGWIT）。SEGWIT通过修改Bitcoin交易的结构来解决可扩展性。它通过将（或分离）签名数据（见证数据）与主要交易数据分开来做到这一点。这种变化有效地增加了可以适合单个块的交易数量，而不会增加块大小限制。关键机制是，在Segwit引入的新块重量系统下，证人数据的重量较低，允许块持有更多的交易数据，同时保持在400万个重量单位限制范围内（实际上相当于4 MB）。 Segwit的好处包括：

• 每个块的交易能力增加
• 由于更有效的块空间使用率，交易费用降低
• 固定交易可延展性，这是闪电网络的先决条件
• 通过更好的签名编码，可以更有效地利用块空间

用户和钱包必须支持Segwit，以利用这些改进。从启用SEGWIT的地址发送的交易（以'BC1'或3'开头）受益于较低的费用和更快的确认。

闪电网络：链缩放解决方案

Lightning网络是在Bitcoin顶部构建的一层--TWO协议，通过将大多数交互从主要区块链移出，可以快速，低成本的交易。它通过在参与者之间创建双向支付渠道来运行。一旦通过链交易打开通道后，用户就可以在不广播到Bitcoin网络的情况下进行无限数量的即时交易。仅当频道关闭时，该渠道的最终状态才能在链上解决。

要使用闪电网络，用户必须：

• 安装与闪电兼容的钱包（例如，凤凰城，Satoshi的钱包或Eclair）
• 通过将Bitcoin发送到区块链上的Multisig地址来资助付款渠道
• 在网络内进行即时对等交易
• 关闭频道以解决主链上的最终余额

该网络使用哈希时锁定合同（HTLC）来启用多个啤酒花的付款，即使没有直接渠道，也可以进行交易。闪电网络通过减少区块链上记录的交易数量的数量大大提高了可伸缩性，如果广泛采用的话，可以在整个网络上实现数百万TPS 。

大小的辩论和替代建议

多年来，关于如何扩展Bitcoin的辩论导致了各种建议。最有争议的之一是Bitcoin现金（BCH） ，该现金在2017年从Bitcoin分叉，将块大小提高到8 MB （后来进一步增加）。支持者认为，较大的块将允许每个块更多的交易，从而直接增加吞吐量。但是，较大的块需要更多的存储和带宽，可能会导致集中化风险，因为较少的节点可以负担得起完整的节点。

其他建议还包括块重量增加，动态块尺寸和替代共识机制，但是由于对分散和安全性的担忧，这些建议尚未采用。 Bitcoin社区通常有利于维持网络核心原则的保守变化。结果，扩展工作更多地集中在层 - 第二解决方案和效率提高，而不是增加基层块大小。

未来的升级和提高效率

Bitcoin继续通过软叉和协议升级来发展，这些升级提高效率而不改变基本块大小。一种这样的升级是Taproot ，于2021年11月被激活，可增强隐私，减少交易数据规模并降低费用。 Taproot使用Schnorr签名和Merkelized抽象语法树（MAST）将多种交易类型结合到单个签名格式中。这减少了复杂交易所需的数据量，从而释放了块空间以进行更多交易。

开发的另一个领域是客户端块过滤（例如中微子）和紧凑型块继电器，从而改善了节点性能并减少带宽的使用情况。这些优化有助于维持权力下放，同时支持较高的交易量。对盟约和ELTOO的研究（一种简化的通道更新机制）可能会进一步提高将来的可扩展性，尽管它们需要仔细实施以避免意外后果。

常见问题

每秒可以处理的最大交易数量Bitcoin是多少？ Bitcoin在正常条件下，每秒可以处理大约7个交易。通过采用SEGWIT ，由于更有效的阻滞空间使用情况，这可能会增加到10-15 TP 。实际数字根据交易大小和网络条件而变化。

交易费用与可伸缩性有何关系？当网络被拥挤且阻止空间有限时，用户竞标更高的费用以优先考虑其交易。该费用市场是可伸缩性约束的直接结果。诸如Segwit和Lightning之类的解决方案通过增加容量或移动交易来减少费用。

谁能运行闪电网络节点？是的，任何人都可以通过安装LND，C-Lightning或Eclair等兼容软件来运行闪电节点。用户需要一个Bitcoin完整节点（可选但建议），静态IP或TOR地址以及一些Bitcoin来资助频道。运行节点支持网络分散化并允许直接通道管理。

为什么Bitcoin不增加块大小来求解可伸缩性？增加的块大小可能会导致更高的硬件要求运行完整的节点，从而冒着集中化的风险。较大的块需要更多的带宽和存储，可能排除资源有限的用户。 Bitcoin社区优先考虑权力下放和安全性，而不是基本层膨胀的三层解决方案。