区块链扩容是什么？

一、为何要扩容？

一般我们所理解扩容是什么呢？即当某个容器或承载物不足以支撑或承载现有事物需求时，我们通过扩大容器的容量或承载物的体积来满足日益增长的需求，从而缓解当前容器或承载物所受压力的一种手段。区块链扩容也是如此，在比特币诞生之初比特币创始人中本聪并没有特意限制区块的大小，区块最大可以达到32MB，当时平均每个区块大小为1~2KB。

有人认为区块链大小上限过高容易造成计算机资源的浪费，还容易发生DDOS攻击（至于什么是DDOS攻击不懂的可以参读此文DDoS攻击方式和原理），因此为了保证比特币系统的安全与稳定，中本聪决定临时将区块大小限定在1MB。

那时比特币用户少，交易量也没有那么大，并不会造成区块拥堵，然而2013年至今随着比特币价格的直线上升，用户越来越多因此造成比特币网络拥堵，用户交易费用上升的问题逐渐涌现出来。到现在，比特币区块链上最高时有几十万笔交易积压，比特币的平均交易费用比
2010 年 9 月上涨了 376 倍，每秒 7 笔交易的处理速度已经明显无法满足用户需求，比特币社区开始探索讲解给比特币扩容”。

二、讲解扩容？

即通过修改比特币底层代码，从而达到提高交易处理能力的目的。

比特币扩容本身发展和设计方案有两种，即第一层和第二层扩容技术。

· 第一层扩容技术即改进区块链自身，把区块链自身变得更快、容量变得更大，总的来说就是改变区块链共识部分的内容。

· 第二层扩容技术目的是把计算移到链下，即通过侧链的技术加以解决问题。

三、关于扩容的相关协议

1.BIP100

2015 年 6 月，由前 Bitcoin core 开发员兼 Bitpay 员工 Jeff Garzik 提出，他建议移除 1MB 区块上限，保留
32MB 的限制，在这个基础上增加一个浮动的块大小限制，矿工们通过代码（‘BV’+BlockSizeRequestValue into coinbase
scriptSig, e.g）来投票决定区块的大小。协议中规定连续 12000 个区块中 90%的矿工投票同意就可以激活该方案。

2.BIP102

2015 年 6 月 23， Jeff Garzik 又提出 BIP102，这个协议很简单，他建议 一次性将区块扩大到 2MB。只要主链中有超过
95%的区块表示支持该协议就能够被激活。值得注意的是 Jeff Garzik 2014 年离开 bitcoin core，2015 年 10 月创立
Bloq。

3.BIP101

2015 年 6 月，由前 bitcoin core 首席开发员兼比特币基金首席科学家 Gavin Andresen 提出，他建议 将区块的初始大小设为
8MB，之后随时间变化而线性改变区块大小 。

起始时间戳为 2016-01-11 00：00：00 UTC（1452470400），每 63,072,000 秒 （两年，忽略闰年） 增大一次区块，直到
2036 – 01 – 06 00：00 UTC（2083190400）。区块最大可增加到 8,192MB。

该协议的激活方式是，在主链中连续 1000 个区块中有 750 块使用 BIP101 规定的版本号（0x20000007）。激活时间为第 750
个区块产生的时间戳，并且有两周的缓冲时间。

4.BIP109

2016 年 1 月，Gavin Andresen 又提出了 BIP109 方案。该方案建议将比特币区块增加到 2MB，并且当支持算力超过
75%时被激活。协议规定，矿工将区块的版本号设置为 0x10000000 以示支持。

5.BIP103

2015 年 7 月 21，由 bitcoin core 开发者，Blockstream 联合创始人 Pieter Wuille 提出，他建议
将区块上限设为最近 11 个区块大小的中位数，或者利用代码
GetMaxBlockSize（pindexBlock->pprev->GetMedianTimePast（）） 来控制区块的大小 ，从 2017
年 1 月到 2063 年 7 月，每 97 天调整一次，幅度不超过 4.4%。

6.BIP105

2015 年 8 月 21，由 bitcoin core 开发员 BtcDrak 提出，他建议区块以现有 1MB
为起点，矿工每创建一个块他们通过投票决定增加或者减少这个块的大小 ，最大幅度是当前区块的 10%。期望增加区块大小的矿工投票时需要额外提高挖矿的难度。

7.BIP106

2015 年 8 月 24，由比特币开发者 Upal Chakraborty 提出，建议 每 2000 个区块为周期动态调整大小 。如果
90%的区块达到了上限的 90%, 区块体积扩大两倍，如果 90%的区块小于上限的 50%, 则区块体积减半。

8.BIP141（隔离见证）

2015 年 12 月，由 Ciphrex 的联合创始人兼首席技术官 Eric Lombrozo， 比特币技术爱好者 Johnson Lau 和
BlockStream 的联合创始人 Pieter Wuille 提出，他们都是 bitcoin core 的开发员。他们建议
移除比特币交易过程中的签名字段，将交易和签名分离开，这样就可以在不扩大区块大小的情况下实现变相扩容”，也称为技术性扩容方案。在持续两周时间里有
95%的算力在区块数据中发出 bit1 支持信号，该方案将被执行。

9.BIP148（用户激活软分叉）

由于BIP141一直被矿工阵营反对，为了推进隔离见证的升级，2017年3月，由自称Shaolinfry”的匿名社区成员提出，他建议将由矿工决定是否进行升级更改比特币网络，转向由用户、交易所、支付处理商等来决定。该协议将原本由算力决定的锁定信号交给由全网节点来决定
。约定激活日期为 8月1日，如果在8月1日前现有的隔离验证没有激活，升级了 BIP148 的节点将会拒绝没有发送 bit1
信号的区块。该方案被认为是扩容问题中最激进和最具争议的一个。

10.BIP91

为了避免在 8 月 1 日出现比特币分叉的局面，2017 年 5 月，由比特币开发者 blockstream 的支持者 James Hilliard
提出一个兼容性的新方案BIP91。该协议实质上是一个兼容 BIP141 的 BIP148 方案，但是激活阀值在 80%。如果
80%的算力在持续两天内支发出支持信号，它就会被锁定。该协议可以使得无论通过 BIP91 还是 BIP148 升级后的节点互相兼容，能够同时接受 bit1 和
bit4 的信号。意味着无论 core 阵营支不支持纽约共识，只要纽约共识的签署算力（超过了
80%）支持该方案，那么比特币的分裂就暂时能够被避免。该协议也是目前最有望执行的方案。

四、扩容结局

比特币现在分裂成为大区块Bitcoin
Cash（BCH），和隔离见证。隔离见证现在是市场上公认的比特币。而大区块币被冠名为比特现金。可以预见的往后的发展方向，比特币将会以链下交易为主。包括闪电网络、侧链。这两个新东西目前不成熟，但是被很多人寄于厚望的。

比特币将会大量发展隔离见证交易，并在隔离见证的基础上做更多的衍生技术。最有可能是以技术推动比特币往前发展。

比特现金将会以链上交易为主，重点发展货币功能，以降低交易摩擦为主要方式，以获利更广泛的链上用户量为主要发展方向。

目前区块链的应用大多还是围绕着虚拟货币投资。如果想要让区块链技术得到真正的落地，当务之急就是解决其吞吐量问题。直白地讲就是，如果我使用加密数字货币进行实物支付，从我完成付款到卖家确认已收到我转账之间需要等待多长时间!

放在中心化网络中，支持交易的扩容已经有很多成功的案例。比如：美国的Visa，阿里双十一支付系统。但是放到去中心化网络中，这个就似乎变得并不容易了。

到底都熟知的比特币网络每秒最多只能处理7笔交易，其他交易只能排队等待。这大大阻碍了提高比特币用于实物交易的流通性。

关于区块链的扩容技术，大体上可以分为两派：链上扩容和链下扩容。

那这个链上和链下到底有什么差别呢?这里我举个形象的例子：

假设现有区块链区块是一个最大负载为1000kg的电梯，每3分钟一班。链上扩容指的是直接修改区块链的底层参数，比如区块容量上限等。我现在将电梯的最大负载改成4000kg，从前电梯一次只能载8个人，现在变成了32个。同时电梯的频率从之前的3分钟一班提高至1分钟一班。这样在相同的时间段内，可以乘上电梯的人数就扩大了4*3=12倍。

线下扩容指的是不直接改动区块链本身，而是在其上方添加一层来做交易相关的验证操作。该层只有当需要一些必要的信息时才会同真正的区块链进行交互。类比到电梯的例子，链下扩容就是保持电梯原来的所有参数不变，并在该电梯边新搭建起一个扶梯。每个人在上扶梯之前都需要将自己的身份证号码写在电梯内的一张纸上。只要身份证号码出现在这张纸上的人就会被认为已经到达了上面。

根据上面描述的内容，链上扩容是存在技术瓶颈的——区块容量不能无限大，出块速度间隔不可无限小。而链下扩容确实存在着无限的可探索空间。