比特币扩展性难题与链上扩容方案
比特币作为第一个成功的加密货币，其底层技术架构在设计之初并未充分考虑到日后庞大的交易量，因此面临着著名的“扩展性问题”。 这主要源于比特币区块大小的限制以及其缓慢的出块时间。 为了应对这一挑战，社区提出了多种链上扩容方案，试图在不改变比特币核心协议的前提下，提升其交易处理能力。
比特币区块大小限制与链上扩容的必要性
比特币的设计中，区块大小被限制在1MB左右（实际上是1MB的区块权重限制，具体计算方式较为复杂），这意味着每个区块能够容纳的交易数量是有限的。 随着比特币的普及，交易量迅速增长，区块空间变得越来越拥挤，导致交易确认时间变长，交易费用也随之水涨船高。 这种状况严重影响了比特币的可用性和作为日常支付手段的潜力。
为了解决这一问题，许多开发者和社区成员开始探索链上扩容方案，也就是通过改进比特币协议本身，来增加其交易处理能力。 这类方案的核心目标是提高区块容量或优化交易结构，从而在相同的时间内处理更多的交易。 例如，增加区块大小是最直接的想法，但同时也引发了关于中心化风险、网络带宽压力等方面的争议。
隔离见证 (SegWit) 的突破
隔离见证 (SegWit) 是一个重要的链上扩容方案，于2017年激活。 它通过将交易签名（也称为“见证数据”）从交易主体中分离出来，有效地增加了每个区块可容纳的交易数量。 签名数据通常占据交易大小的很大一部分，将其隔离后，可以腾出更多的空间来存储实际的交易信息。
SegWit的主要优点包括：
- 增加区块容量： 通过将签名数据移出主区块，SegWit 允许在一个区块中包含更多的交易。
- 修复交易延展性： SegWit 解决了比特币长期存在的交易延展性问题，这使得闪电网络等二层解决方案的实现成为可能。 交易延展性指的是交易ID可以被改变，但是交易本身的内容不变。 这给一些智能合约和二层网络带来了安全风险。
- 为未来的升级奠定基础： SegWit 为后续的升级，例如 Taproot 和 Schnorr 签名，铺平了道路。
虽然 SegWit 的采用率一直在稳步提高，但并非所有比特币用户都使用了 SegWit 地址。 因此，其扩容效果仍然受到一定限制。 比特币扩展性解决方案 需要多方面的共同努力。
Schnorr 签名与 Taproot 的隐私增强
Schnorr 签名是一种更为高效和安全的数字签名方案，相比于比特币最初使用的 ECDSA 签名算法，它具有以下优势：
- 更小的签名体积： Schnorr 签名产生的签名数据更小，有助于进一步提升区块容量。
- 更高的安全性： Schnorr 签名在密码学上被证明具有更高的安全性。
- 多重签名聚合： Schnorr 签名可以实现多重签名聚合，将多个签名合并成一个签名。
Taproot 是一个对比特币脚本功能的重大升级，它结合了 Schnorr 签名和默克尔化抽象语法树 (MAST) 技术。 Taproot 的主要目标是提升比特币的隐私性和灵活性。
Taproot 的主要优点包括：
- 隐私性增强： Taproot 允许复杂的智能合约隐藏在普通的支付交易中，从而提高交易的隐私性。
- 降低交易费用： Taproot 可以将复杂的智能合约交易压缩成更小的体积，从而降低交易费用。
- 智能合约的灵活性： Taproot 使得比特币可以支持更复杂的智能合约，例如，原子互换等。
Taproot 于 2021 年成功激活，标志着比特币在隐私性和智能合约能力方面迈出了重要一步。
比特币现金 (BCH) 分叉：激进的区块扩容尝试
比特币现金 (BCH) 是一个通过硬分叉从比特币主链分离出来的加密货币。 BCH 的主要目标是通过大幅增加区块大小来解决比特币的扩展性问题。 BCH 最初将区块大小限制增加到 8MB，后来又多次增加，目前已经达到了 32MB 或更高。
BCH 的支持者认为，更大的区块大小可以容纳更多的交易，从而降低交易费用和提高交易速度。 然而，BCH 也面临着一些问题：
- 中心化风险： 大区块更容易导致矿池中心化，因为只有大型矿池才有能力处理如此庞大的数据。
- 网络带宽压力： 大区块会给网络带宽带来更大的压力，尤其是在带宽有限的地区。
- 共识分裂： BCH 的分叉导致比特币社区的分裂，一部分人支持比特币，一部分人支持 BCH。
BCH 的出现代表了一种激进的链上扩容尝试，但其效果和长期可持续性仍然存在争议。虽然BCH在短期内确实能够处理更多的交易，但其潜在的中心化风险和网络压力也不容忽视。
