区块链（一）——比特币的扩容与分叉

比特币扩容不是指增发比特币，而是增加交易量上限。

比特币有一个著名的“每秒 7 笔交易的上限”。 这个数字是这样得出的：共识算法会保证每10分钟左右挖出一个1MB大小的区块，每笔交易大约需要250字节，所以，每个区块大约可以放4000笔交易，除以10分钟，比特币交易上限约为每秒7笔交易。

如果一个全球交易系统的交易上限是7笔/秒，那么可以很明确的断定这个交易系统的体验很差——交易速度太慢了！ 随着比特币成为全球区块链基础设施，以每秒处理7笔交易的速度，数十万甚至数百万笔交易积压成为常态，使得一些交易需要数天才能完成！

要扩展容量，您需要升级软件。 集中式软件的升级非常简单，只需更换一个软件版本，然后重启即可。 但是对于去中心化的区块链技术来说，“更换一个软件版本”是什么意思呢？ 仔细想想就会知道，对于去中心化的分布式软件来说，“更换软件版本”是非常复杂的，这意味着：所有的分布式节点必须停止软件的原始版本，然后一致地升级软件，最后启用新版软件。

对于比特币这样的全球非许可系统（Permisionless Blockchain）来说，所有分布式节点不可能“一致性升级软件”，那么在这样的系统中软件升级会产生什么结果呢？ 结果是区块链分叉（Fork），其中一些节点使用新软件比特币区块大小，而其他节点仍然使用旧软件。

面对昂贵的软件升级，区块链社区如何看待比特币扩容？

最容易想到的是，能不能修改比特币成本非常高的 PoW 共识算法？ 毕竟，比特币被限制在每秒 7 笔交易的最根本原因是 PoW。 但是，采用新的共识算法扩容的提议早就被比特币社区否决了，因为PoW仍然是经过实践检验的最安全的算法，PoW已经是整个区块链技术的标志system和Cornerstone，如果采用“比特币换共识算法”这一最根本的技术手段来扩容，只要新算法出现任何风险，不仅比特币会崩盘，整个区块链生态都面临崩溃的危险坍塌。

另外一个容易想到的是，block size 能不能扩大？ 如果区块大小从1M扩大到1G，那么交易速度大概会提升1000倍。 然而，这种解决方案在技术上是不可行的。 比特币的安全模型其实是有一个前提的——要求“新区块在全网迅速扩散，全网算力公平竞争挖矿”。 全网传输新区块存在较大延迟比特币区块大小，全网算力不是公平竞争。 过大的区块会导致“当其他算力还没有收到区块时，最先拿到区块的节点已经计算过的极端情况”，比特币的安全模型也会在这种情况下崩溃.

研究人员计算了比特币的区块大小上限，认为在比特币共识算法不变的情况下，比特币的区块大小上限为4M。 所以，比特币区块从 1M 升级到 4M 总是有可能的，对吧？ 事实上，这种解决方案是不可行的。 将比特币区块从 1M 升级到 4M，带来的好处只是将交易上限从每秒 7 笔交易提高到每秒 27 笔交易，但是这在各方面都需要非常高的成本。 比特币分叉，这样做得不偿失。

说到这里，大家应该已经有了基本的结论。 为了保持高安全性，比特币的主体结构不能被修改。 在比特币的底层结构没有发生根本性变化的情况下，比特币的低交易限额是比特币技术的固有特征。 这个特性和比特币的高安全性是一枚硬币的两个方面。 可以想办法在比特币主体结构之外。