# 比特幣二層網路的基礎知識體系比特幣銘文的興起爲比特幣生態帶來了新的生機,讓更多人重新關注比特幣。有觀點認爲這打開了比特幣生態的潘多拉魔盒。在比特幣生態的技術發展中,二層建設至關重要。本文總結了比特幣二層的基礎知識,希望能引發更多人完善相關思路,推動這個領域的發展。有觀點認爲,區塊鏈世界以比特幣爲開局,以比特幣生態爲終局。以太坊也可視爲比特幣的一種側鏈技術探索。本文中"二層建設"和"二層網路建設"視爲同一概念,後者相對狹義,前者更廣泛。爲適應業內常用說法,文中也會使用"二層網路建設"。## 1. 二層Layer2的使命爲理解比特幣二層建設需要解決的基本問題,我們先從區塊鏈系統的基礎特性開始。### 1.1 區塊鏈的基礎特性和需求我們用Vitalik提出的概念:"區塊鏈是一臺世界計算機"來理解區塊鏈的多種特性。後面還會用計算機的馮諾依曼結構來分析這個"世界計算機"的發展可能性。區塊鏈的基礎特性包括:- 公開透明:區塊鏈的數據存儲和執行指令特點,也是分布式節點協作的內部需求。滿足了使用者對數據的知情權。- 去中心化:區塊鏈的架構特性,程度和容錯性由拜佔庭將軍理論支持。是安全性的重要指標。- 安全性:由架構特性產生的內部需求和使用者需要的外部需求共同組成。微觀由密碼學保證,宏觀由去中心化保證。- 計算能力:主要功能之一,通常用圖靈完備性衡量。部分鏈爲保持特性故意設計成非圖靈完備。- 性能:在計算能力相同情況下的主要能力指標,通常用TPS衡量。- 存儲:記錄數據的能力,目前主要在區塊內存儲。- 隱私:在計算和存儲過程中保持數據權限範圍的需求,包括抗審查性。這些特性多受"不可能三角形"制約,如DSS猜想(去中心化、安全性、可擴展性)和CAP原理(一致性、可用性、分區容錯性)。### 1.2 二層建設的作用二層建設主要用於擴展一層系統的不足,完成一層系統無法完成的事情。主要作用包括:- 擴展基礎能力:公開透明、去中心化、安全性、計算能力、性能、存儲、隱私等- 降低成本:一層網路執行事務的綜合成本較高- 定制特性:針對某些應用調整各種特性的實現度總結爲**增加容量、降低成本、定制特性**三個維度。二層建設會權衡各種基礎能力,可能降低或丟棄某些特性以換取其他特性的顯著提高。### 1.3 爲什麼要做分層設計?分層設計是處理復雜系統的方法論,通過劃分層次結構實現模塊化、可維護性和可擴展性。對龐大的協議體系,分層設計有以下優點:1. 各層獨立,只需關注層間接口2. 靈活性好,單層變化不影響其他層3. 結構可分割,各層可採用最合適技術 4. 易於實現和維護5. 促進標準化分層模塊化設計是技術領域處理復雜、多人協作、持續改進項目的有效方法。## 2. 比特幣Layer2的幾種建設思路比特幣的二層建設主要有三種路線:1. 基於鏈的擴展路線:類似EVM的二層,是區塊鏈結構2. 基於分布式的路線:以閃電網絡爲代表,是分布式結構 3. 基於中心化系統的路線:以中心化索引爲代表,是中心化結構前兩種方式各有特點,已有使用和探索的產品。第一種因以太坊的發展,參考案例較多。第二種難度較大,發展較慢。第三種有爭議,但也可視爲二層擴展。目前沒有最優方案,需通過市場檢驗,看哪種方案的總鎖倉價值(TVL)更高。隨時間和技術發展,最優方案會變化。只要依托比特幣網路,建立技術關聯,部分特性優於一層網路,都可視爲比特幣二層網路建設。即消耗BTC作爲gas,以BTC爲底層資產,擴展比特幣性能的系統都算二層建設。### 2.1 基於鏈的二層建設早期比特幣模仿鏈做了多種探索,如"彩色幣"、各種擴容分叉鏈、側鏈等。以太坊也可視爲比特幣的改進探索。以太坊的發展爲比特幣基於鏈的二層提供了參考。各種Rollup方案、跨鏈方案、消息通道技術等,使以太坊生態蓬勃發展。但這只是二層建設的一種方式,還需其他技術完善整個生態。比特幣基於鏈的二層主要包含兩種鏈類型:1. 兼容EVM的帳戶模型:如以太坊、Polygon、BSC、Arbitrum等2. 類比特幣的UTXO模型:如Nervos CKB、Chia等基於鏈的二層建設優點:- 保持區塊鏈大多數基礎特性- 解決圖靈完備問題 - 顯著降低交易費用- 在一定程度上擴展一層網路能力- 技術實現相對容易,已有較多探索案例- 上層應用遷移便捷缺點:- 仍受區塊鏈限制,性能提升有限- 可能降低安全性- 需要二層上的二層(Layer3/4)進一步擴展預計會出現衆多基於鏈的二層項目,在各垂直領域存在多個二層,滿足不同應用需求。其價值將由上層應用數量和總價值決定。### 2.2 基於分布式系統的二層建設這類二層不是區塊鏈結構,而是基於Channel的分布式系統。閃電網絡是典型代表。分布式系統二層分爲兩類:1. 只完成價值傳遞:如閃電網絡2. 完成價值傳遞和圖靈完備計算:如RGB這類二層難度較大,涉及通道內總價值容量、事務嚴謹性、防二次消費等問題。發展較慢,成熟案例不多。在Channel上實現圖靈完備計算更具挑戰性。如RGB協議通過客戶端驗證、一次性密封實現分布式系統上的圖靈完備計算。已有案例包括:閃電網絡、RGB等。以太坊的Raiden Network、Plasma也屬此類。基於分布式系統的二層優點:- 系統更去中心化- 可容納無數節點- 隱私性和抗審查能力更好- 理論上具有無限擴展性和極高性能缺點:- 技術實現復雜- 路由算法、價值拆分與封裝算法復雜- 缺少工程實現經驗和基礎設施- 實現圖靈完備系統極具挑戰預計只會存在少數幾個並行項目,因其無限擴展能力和技術難度。這類系統要求設計和理念更開放,能容納更多人參與。基於此類二層的應用開發團隊也會推動二層發展。### 2.3 基於中心化系統的二層建設如Ordinals的中心化索引結構,或某些功能節點的索引器。這種思路較少被認可,因過於中心化,對一層網路擴展有限。基於中心化系統的二層優點:- 系統非常成熟,有大量可用案例和優化方案- 完全圖靈完備- 性能卓越缺點:- 二層極度中心化- 所有區塊鏈基礎特性都依賴一層網路預計只會存在少量項目,可能是階段性存在。隨基於鏈和分布式結構的二層成熟,大多數中心化二層可能消亡,僅留少數特定場景使用。## 3. 二層建設的相關事物### 3.1 一層和二層的連接技術比特幣本身的技術發展(如OP_RETURN修改、Taproot、Schnorr籤名、MAST、Tapscript)應主要用於連接一層和二層,而非過多開發功能。常見連接技術包括:- 跨鏈技術- 隔離驗證技術 - 側鏈技術- State Channel技術- Plasma技術連接技術的好壞可參考以下指標:- 一層能否對二層交易做驗證- 一層資產能否在二層崩潰時順利逃生- 連接技術是否降低系統某些特性### 3.2 參考馮諾依曼結構看區塊鏈發展既然區塊鏈是"世界計算機",可與傳統計算機的馮諾依曼結構對比分析。區塊鏈系統發展規律與傳統計算機類似,目前處於類似286之前的階段,還在擴充處理能力和存儲能力,能做的事情有限。對比傳統計算機與"世界計算機"發展:1. CPU擴展類比當前一層和二層計算能力與吞吐量擴展2. 存儲器擴展從競爭鏈上空間到使用專業區塊鏈存儲3. 輸入輸出設備類比預言機,在上層應用中需求更多4. 特殊鏈和功能類比GPU、專用設備卡等5. 鏈上應用和上層應用類比操作系統與應用軟件的演化6. 應用從金融逐步擴展到更廣泛領域,類似傳統計算機從科研軍事到企業家庭個人## 4. 當前比特幣的Layer2建設情況### 4.1 已運行的比特幣二層項目1. 閃電網絡(Lightning Network):基於分布式的二層建設 - 2015年提出,2018年全面實施 - 特點:快速、低成本、可擴展 - 通過支付通道實現鏈下交易 - 面臨穩定性、路由算法、用戶界面等挑戰2. Liquid:基於鏈的二層建設 - 2015年由Blockstream推出的側鏈解決方案 - 特點:快速交易確認、交易私密性、高吞吐量 - 採用Confidential Transactions技術和Federated Peg技術3. Rootstock(RSK):基於鏈的二層建設 - 2015年提出,2018年正式上線 - 特點:與比特幣雙向錨定、支持智能合約 - 爲比特幣生態提供類似以太坊的功能4. RGB:基於分布式+圖靈完備的二層建設 - 起源於2016年,由LNP/BP標準協會開發 - 特點:可擴展、保密的智能合約系統 - 基於客戶端驗證和一次性密封概念5. Stacks:基於鏈的二層建設 - 2013年提出,2017年進行ICO - 特點:去中心化身份驗證、存儲和智能合約功能 - 採用"Stacking"共識機制6. 其他新興項目: - B² Network:基於ZK-Rollup的比特幣二層網路
比特幣二層網路全解析:擴容、降費與生態藍圖
比特幣二層網路的基礎知識體系
比特幣銘文的興起爲比特幣生態帶來了新的生機,讓更多人重新關注比特幣。有觀點認爲這打開了比特幣生態的潘多拉魔盒。在比特幣生態的技術發展中,二層建設至關重要。本文總結了比特幣二層的基礎知識,希望能引發更多人完善相關思路,推動這個領域的發展。
有觀點認爲,區塊鏈世界以比特幣爲開局,以比特幣生態爲終局。以太坊也可視爲比特幣的一種側鏈技術探索。
本文中"二層建設"和"二層網路建設"視爲同一概念,後者相對狹義,前者更廣泛。爲適應業內常用說法,文中也會使用"二層網路建設"。
1. 二層Layer2的使命
爲理解比特幣二層建設需要解決的基本問題,我們先從區塊鏈系統的基礎特性開始。
1.1 區塊鏈的基礎特性和需求
我們用Vitalik提出的概念:"區塊鏈是一臺世界計算機"來理解區塊鏈的多種特性。後面還會用計算機的馮諾依曼結構來分析這個"世界計算機"的發展可能性。
區塊鏈的基礎特性包括:
公開透明:區塊鏈的數據存儲和執行指令特點,也是分布式節點協作的內部需求。滿足了使用者對數據的知情權。
去中心化:區塊鏈的架構特性,程度和容錯性由拜佔庭將軍理論支持。是安全性的重要指標。
安全性:由架構特性產生的內部需求和使用者需要的外部需求共同組成。微觀由密碼學保證,宏觀由去中心化保證。
計算能力:主要功能之一,通常用圖靈完備性衡量。部分鏈爲保持特性故意設計成非圖靈完備。
性能:在計算能力相同情況下的主要能力指標,通常用TPS衡量。
存儲:記錄數據的能力,目前主要在區塊內存儲。
隱私:在計算和存儲過程中保持數據權限範圍的需求,包括抗審查性。
這些特性多受"不可能三角形"制約,如DSS猜想(去中心化、安全性、可擴展性)和CAP原理(一致性、可用性、分區容錯性)。
1.2 二層建設的作用
二層建設主要用於擴展一層系統的不足,完成一層系統無法完成的事情。主要作用包括:
總結爲增加容量、降低成本、定制特性三個維度。二層建設會權衡各種基礎能力,可能降低或丟棄某些特性以換取其他特性的顯著提高。
1.3 爲什麼要做分層設計?
分層設計是處理復雜系統的方法論,通過劃分層次結構實現模塊化、可維護性和可擴展性。對龐大的協議體系,分層設計有以下優點:
分層模塊化設計是技術領域處理復雜、多人協作、持續改進項目的有效方法。
2. 比特幣Layer2的幾種建設思路
比特幣的二層建設主要有三種路線:
前兩種方式各有特點,已有使用和探索的產品。第一種因以太坊的發展,參考案例較多。第二種難度較大,發展較慢。第三種有爭議,但也可視爲二層擴展。
目前沒有最優方案,需通過市場檢驗,看哪種方案的總鎖倉價值(TVL)更高。隨時間和技術發展,最優方案會變化。
只要依托比特幣網路,建立技術關聯,部分特性優於一層網路,都可視爲比特幣二層網路建設。即消耗BTC作爲gas,以BTC爲底層資產,擴展比特幣性能的系統都算二層建設。
2.1 基於鏈的二層建設
早期比特幣模仿鏈做了多種探索,如"彩色幣"、各種擴容分叉鏈、側鏈等。以太坊也可視爲比特幣的改進探索。
以太坊的發展爲比特幣基於鏈的二層提供了參考。各種Rollup方案、跨鏈方案、消息通道技術等,使以太坊生態蓬勃發展。但這只是二層建設的一種方式,還需其他技術完善整個生態。
比特幣基於鏈的二層主要包含兩種鏈類型:
基於鏈的二層建設優點:
缺點:
預計會出現衆多基於鏈的二層項目,在各垂直領域存在多個二層,滿足不同應用需求。其價值將由上層應用數量和總價值決定。
2.2 基於分布式系統的二層建設
這類二層不是區塊鏈結構,而是基於Channel的分布式系統。閃電網絡是典型代表。
分布式系統二層分爲兩類:
這類二層難度較大,涉及通道內總價值容量、事務嚴謹性、防二次消費等問題。發展較慢,成熟案例不多。
在Channel上實現圖靈完備計算更具挑戰性。如RGB協議通過客戶端驗證、一次性密封實現分布式系統上的圖靈完備計算。
已有案例包括:閃電網絡、RGB等。以太坊的Raiden Network、Plasma也屬此類。
基於分布式系統的二層優點:
缺點:
預計只會存在少數幾個並行項目,因其無限擴展能力和技術難度。這類系統要求設計和理念更開放,能容納更多人參與。基於此類二層的應用開發團隊也會推動二層發展。
2.3 基於中心化系統的二層建設
如Ordinals的中心化索引結構,或某些功能節點的索引器。這種思路較少被認可,因過於中心化,對一層網路擴展有限。
基於中心化系統的二層優點:
缺點:
預計只會存在少量項目,可能是階段性存在。隨基於鏈和分布式結構的二層成熟,大多數中心化二層可能消亡,僅留少數特定場景使用。
3. 二層建設的相關事物
3.1 一層和二層的連接技術
比特幣本身的技術發展(如OP_RETURN修改、Taproot、Schnorr籤名、MAST、Tapscript)應主要用於連接一層和二層,而非過多開發功能。
常見連接技術包括:
連接技術的好壞可參考以下指標:
3.2 參考馮諾依曼結構看區塊鏈發展
既然區塊鏈是"世界計算機",可與傳統計算機的馮諾依曼結構對比分析。
區塊鏈系統發展規律與傳統計算機類似,目前處於類似286之前的階段,還在擴充處理能力和存儲能力,能做的事情有限。
對比傳統計算機與"世界計算機"發展:
4. 當前比特幣的Layer2建設情況
4.1 已運行的比特幣二層項目
閃電網絡(Lightning Network):基於分布式的二層建設
Liquid:基於鏈的二層建設
Rootstock(RSK):基於鏈的二層建設
RGB:基於分布式+圖靈完備的二層建設
Stacks:基於鏈的二層建設
其他新興項目: