区块链与密码学全民课堂第1-6讲:分叉大战

分叉主要包含软分叉和硬分叉两种。如果比特币升级后,新的代码逻辑向前兼容,即新规则产生的区块仍然会被旧节点接受,则为软分叉;如果新的代码逻辑无法向前兼容,即新产生的规则产生的区块无法被旧节点接受,则为硬分叉。

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【本课堂内容全部选编自PlatON首席密码学家、武汉大学国家网络安全学院教授、博士生导师何德彪教授的《区块链与密码学》授课讲义、教材及互联网,版权归属其原作者所有,如有侵权请立即与我们联系,我们将及时处理。】

1.6 比特币的分叉

我们日常在用的手机APP,系统更新犹如家常便饭,偶尔还会上几个新功能。而这看似简单的更新在比特币系统中却是难上加难,为什么呢?

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软件由于方案优化、BUG修复等原因进行升级是一种非常常见的现象。如手机应用等传统软件,升级非常简单,只需厂商发布,用户接受升级即可。

但是对于比特币这种去中心化的系统,升级是非常困难的,需要协调网络中每个参与者。软件升级意味着运行逻辑的改变,但是在比特币中,升级必然会导致不同节点在一定时间内运行不同的版本,于是就会产生分叉。

分叉主要包含软分叉和硬分叉两种。如果比特币升级后,新的代码逻辑向前兼容,即新规则产生的区块仍然会被旧节点接受,则为软分叉;如果新的代码逻辑无法向前兼容,即新产生的规则产生的区块无法被旧节点接受,则为硬分叉。

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图:软分叉/硬分叉示意图

下面我们就来看看什么是软分叉和硬分叉。

1.6.1 软分叉

软分叉由于向前兼容,新旧节点仍然运行在同一条区块链上,并不会产生两条链,对整个系统影响相对较小。到目前为止,比特币发生过多次软分叉,BIP-34,BIP-65,BIP-66,BIP-9。

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此处以BIP-34为例,简单说明软分叉的过程。在旧版本中,存在一个无意义的字段"coinbase data”,矿工不会去验证该字段的内容。BIP-34升级的新版本则要求该字段必须包含区块高度,同时将版本信息由“1”修改为“2”。该升级共包含三个阶段。

第一阶段-矿工将版本号修改为“2”,此时所有矿工验证区块时,按照旧的规则验证,即不关心“coinbase data”字段内容,所有矿工不论以新规则还是旧规则打包区块,均可以被整个网络接受。

第二阶段-如果最新产生的1000个区块中,版本号为“2”的区块个数超过75%时,则要求版本号为“2”的矿工必须按照新的规则打包区块,升级的矿工收到版本号为“2”的区块时,只会接受“coinbase data”字段包含区块高度的区块,对于版本号为“1”的区块,仍然不校验该字段并接受。

第三阶段-如果最新产生的1000个区块中,版本号为“2”的区块个数超过95%,则升级的矿工只接受版本号为“2”的区块,并会对“coinbase data”字段进行校验,版本号为“1”的区块则不被接受,以此来逼迫剩余少量矿工进行升级。

软分叉虽然对系统的影响较小,但是为了保证向前兼容,不能新增字段,只能在现有数据结构下修改,即可升级的内容非常有限。同时,因为这些限制,软分叉一般升级方案比较复杂,复杂的方案往往更容易产生BUG,并且可维护性很差。

比特币科普之“第一次”分叉

凡是都有第一次,让我们看看比特币第一次分叉是怎么回事儿呢?

第一次软分叉

比特币的第一个软分叉协议升级后禁用了协议特性的OP_RETURN。从技术上讲,这是一个UASF,但在早期,实际上只是中本聪在制定协议规则。升级没有导致区块链分叉。

第一次硬分叉

比特币的第一次硬叉协议升级增加了一个新功能OP_NOP,而且也是由中本聪指定的。然而,并不是所有人都认为这次升级实际上是一个硬分叉。从结果来看,它没有导致区块链分叉。

1.6.2 硬分叉

硬分叉就像议会表决一样,会出现“吵翻天”的情况。

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硬分叉相比软分叉则会“暴力”很多,由于不向前兼容,旧版本矿工无法验证新版本的区块而拒绝接受,仍然按照旧的逻辑只接受旧版本矿工打包的区块。而新版本产生的区块则会被新版本矿工接受,因此新版本矿工保存的区块会和旧版本矿工保存的区块产生差别,即会形成两条链。

硬分叉修改余地很大,方案设计比较简单,但是如果整个网络中有两种不同的意见,就会导致整个生态的分裂。

当前比特币影响最广泛的硬分叉事件即为2017年8月1日的硬分叉,比特币由一条链分叉产生一条新的链“比特现金(Bitcoin Cash,BCH)“。这是一场开发者与矿工之间没有硝烟的战争!

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下面我们就来还原这次事件的原委。

这次硬分叉的起因是开发者与矿工在比特币扩容方案上的分歧。比特币区块大小为1MB,按照每10分钟一个区块的速度,全球每秒只能完成大约7笔交易。比特币发展初期,1MB的区块足够打包出块间隔内产生的所有交易,但是在比特币如此火爆的今天,这种处理速度显然达不到要求。

为了解决以上问题,经过社区讨论,最终形成了两个改进方案,分别是扩容方案和隔离见证方案。

扩容方案的想法比较直接,既然现在因为区块太小而导致交易处理速度低下,那就直接扩大区块的容量,使其能容纳更多的交易。原来1MB不够用,那么就扩成2MB、8MB,甚至直接扩到32MB.

隔离见证方案的想法是,将交易分为两部分,一部分是交易信息,另一部分是见证信息,这两部分信息分开进行处理。好比一辆车太小,要搭车的人太多,于是让车上所有人将背包和行李放在另一辆跟着的货车上,这样原来的车就可以容纳更多的人了。

支持扩容方案的主要是矿工们。采用扩容方案,矿工可以在每个区块中包含更多的交易,从而获取更多的手续费,然而若使用隔离见证的扩容方案,小额的交易将不通过区块确认,矿工的手续费收益会大幅降低,因此矿工更倾向于支持扩容方案。

隔离见证方案的支持者主要是比特币开发团队的部分核心成员。他们认为,扩容方案是一个“扬汤止沸”的方案,毕竟不可能无限制地对区块的容量进行扩大。同时,区块的变大会使得挖矿的门槛提高,从而降低普通矿工的参与度,导致比特币系统的去中心化程度减弱。

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2016年2月和2017年3月,争议双方两次进行商讨,希望双方“握手言和”,接受一个折中的方案。该方案中,区块容量将会被扩大到2MB,同时也对比特币部署隔离见证的方案。但是,由于期间有参与方反悔或者反对,导致最终没有达成共识,这也给“硬分叉”埋下了导火索。

在2017年8月1日,比特大陆投资的矿池ViaBTC团队,采用比特大陆提出的UAHF(用户激活的硬分叉)方案,挖出了第一个区块,对比特币区块链进行了硬分叉。自此,与比特币竞争的分叉币比特币现金诞生。比特币现金区块链的区块容量达到了8MB,且没有采用隔离见证方案。可以说这是一次矿工的胜利。

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硬分叉后称为比特币现金(BCH),随后比特币黄金(BTG)、比特币钻石(BCD、超级比特币(SBTC)等密码货币出现。

全民课堂第1-6讲今天就上到这里啦,下一期我们将聊聊比特币的后继者们,盘点其他密码货币的来龙去脉,敬请期待!

本文转载自https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzUzNTg2ODg5MQ==&mid=2247487578&idx=1&sn=0c13eb1696c1f8cc88471221b1981815&chksm=faffb4eecd883df8f8dd8e3808426fc14aaf15d0aee5a9361c29cfafe746d4fc3d47d1558da6&scene=178&cur_album_id=1411898566347735044#rd

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