比特币共识层两年未变，今年可能会有这些升级

两年多以来，比特币的共识层一直保持不变。自2017年8月“隔离见证”（SegWit）启动以来，比特币一直没有进行硬分叉或软分叉协议升级，这是迄今为止比特币维持无共识分叉最长的一段时间。

不过，这种状态可能很快就会结束：几个向后兼容的软分叉目前正在开发中。乐观地说，如果他们能从比特币生态系统中获得足够的支持，其中一些可能会在2020年激活。

本文罗列了那些可能是比特币在新的一年……或者在新的十年里进行的协议升级。

Schnorr/Taproot/Tapscript

许多密码学者认为Schnorr签名是该领域中最好的密码签名类型。它们提供了很强的准确性，不受延展性的影响，验证速度相对较快，而且可能最有趣的是，可以进行数学运算。对比特币来说，其中一个优势是：几个签名可以聚合成一个签名，例如，这可以在经济上刺激增强隐私的CoinJoin交易。

在比特币协议中加入Schnorr签名的计划已经进行了一段时间了。但在过去的一年里，致力于Schnorr签名方案的开发人员，比如Blockstream的开发人员Pieter Wuille、Jonas Nick和Xapo的Anthony Towns，透露了更加雄心勃勃的计划。Schnorr签名将成为软分叉协议升级Taproot的一部分，这是由Bitcoin Core贡献者Gregory Maxwell提出的协议升级，它本身的灵感来自于一个更老的方案，称为MAST（Merkelized Abstract Syntax Tree）。

比特币可以被锁定，仅限在几种不同的条件下使用，比如要求时间锁（timelocks），即需要几个参与者提供的秘密号码才能解锁这些比特币。通过MAST，各个不同的条件都被哈希并包含在默克尔树（Merkle Tree）中：一个紧凑的加密数据结构。这些币会被锁在默克尔树的最后一个哈希里，也就是默克尔根（Merkle Root）。要花费这些币，你只需要告知你最终使用的情况。这些币可能被解锁的其他方式将永远被隐藏起来。

Taproot则是基于一个有趣的部署：无论多么复杂，几乎任何MAST结构都可以（或应该）包括一个条件，允许所有参与者就结果达成一致，并一起签署一个结算交易。这种“协作结算”将覆盖所有其他条件。

Taproot利用这种部署并利用Schnorr签名使协作结算看起来像一个常规交易。简单来说，协作结算将使用一个聚合签名来完成，它看起来就像一个普通签名。在这个过程中，MAST结构完全不对外界公开！这有利于隐私和效率。

Taproot可能还会附带一个升级版的比特币编程语言Tapscript，后续在比特币编程语言中添加新功能（“操作码”）也会变得更加容易。

虽然开发人员仍在讨论部署细节，但Taproot似乎没有太大的争议。

“大共识清理”

The Great Consensus Cleanup（大共识清理）是由Square Crypto开发者Matt Corallo提出的软分叉。与大多数协议升级（包括本文所列的其他升级）不同的是，“大共识清理”并不打算用新功能或新的可能性来丰富比特币。相反，正如其名字暗示的那样，这个软分叉将移除比特币协议中的一些边缘情况漏洞。

这些漏洞具有很强的技术性，而且“杂草丛生”。例如包括需要大量处理能力才能验证的边缘交易类型、用于升级部分协议的冗余技巧，以及比特币难度调整算法中的一个弱点。人们知道这些漏洞已经有一段时间了，但是人们普遍认为利用这些漏洞代价太大而无利可图，或者当这些漏洞发生时相对容易对付。不过，修复这些漏洞会让比特币变得更健壮一些，同时也会让比特币开发变得更容易一些。

反对“大共识清理”的主要理由可能是，从理论上讲，某些升级可能会让某些现有的币（UTXOs）无法使用。尽管这种UTXOs根本不可能存在，但我们不可能确切地知道它们是否存在。一些人认为，让这些币无法花费是一种风险，从原则上讲，这种风险永远不应该冒。

“Noinput类别”

比特币交易包含密码签名，用于证明公钥的所有者确实希望在特定的交易中使用相应的比特币。但并不是整笔交易都被签署，对交易的哪一部分签名是由一种叫做“sighash标志”的东西来指示的。

Blockstream的开发者Christian Decker和Xapo的Towns提出了一类新的sighash标志，包含了SIGHASH_NOINPUT、SIGHASH_ANYPREVOUT和SIGHASH_ANYPREVOUTANYSCRIPT，它们提供了类似的解决方案，因此我们将所有这些都称为“Noinput类别”。

如果Noinput类别中的sighash标志包含在一笔交易中，就代表着输出（交易的“接收”部分）和其他一些交易数据将被签名，但不包括输入（交易的“发送”部分）。如果不对输入进行签名，即使在对交易进行签名之后，也可以换成不同但兼容的输入。

通常情况下，不会有其他兼容的输入。签名仍然对应于一个公钥，而这个公钥只对应于一个特定的币（或者一部分）。换成随机输入会破坏这样的连接并导致交易无效。

但也有一些输入是可以交换的例外。值得注意的是，一种名为Eltoo的新型闪电网络支付通道协议的比特币交易，可能需要将它们的输入交换为另一个兼容的输入。这将大大简化执行支付通道的方式。最值得注意的是，漏洞和其他诚实的错误不会导致一个通道所有的资金损失，而且用户可以使用更少的备份数据。

Noinput类别的主要缺点是，如果使用不当，特别是SIGHASH_NOINPUT可能是不安全的。SIGHASH_ANYPREVOUT和SIGHASH_ANYPREVOUTANYSCRIPT解决了这个问题（并使其与Taproot兼容），但代价是增加了复杂性。有些人还建议OP_CHECKTEMPLATEVERIFY（见下文）或OP_cat（可以通过Tapscript重新启用已被禁用的操作码）也可以达到类似的目标。

OP_CHECKTEMPLATEVERIFY

OP_CHECKTEMPLATEVERIFY（CTV），曾被称为OP_SECURETHEBAG，是由Bitcoin Core贡献者Jeremy Rubin提出的一种新的操作码。它的主要优势是，可以帮助缓解比特币在高峰时段的网络拥堵和费用，有效提高网络吞吐量。

更具体地说，CTV将在某种程度上把一笔比特币交易分成两笔。交易的“发送”部分将包括输入，基本上就是币的来源地址。交易的“接收”部分包括输出，基本上就是币被发送到的地址。

这两部分将通过“发送”交易中包含的“提交输出”（committed output）的特殊输出相互绑定。提交输出将包含一个加密哈希：一个看似随机但相对较短的数字短字符，作为唯一的序列号，将其链接到“接收”交易。在“发送”交易中“发送”的币只能由“接收”交易“接收”。

关键在于，“发送”和“接收”这两部分交易都被广播到网络中，两者有重要的区别。“发送”交易包括一笔相对较大的费用，以确保快速确认。“接收”交易包括相对较低的费用，这意味着可能需要一段时间才能确认。

等待低费用交易的确认对交易的接收方来说应该不是什么大事。一旦“发送”交易被确认，就将确保所有的钱都到了“接收”交易。这些资金被固定在区块链中，除了发放给接受者外不能有其他用途。

如果接收方确实需要加快“接收”交易的速度，例如，因为他们必须重新花费这些币，他们可以直接从未经确认的“接收”交易中支出资金。如果新交易的费用足够高，那么“接收”交易和新交易都会很快得到确认。更有趣的是，CTV可以将“接收”交易分割成更小的交易，称为树支付（Tree Payment），以此来提高效率。

反对CTV的主要理由可能是，可能有更好或更简单的方法来完成相同的目标。一些人还认为Noinput类别或OP_cat就可以做到。

驱动链BIP

侧链是“锚定”在比特币区块链上的区块链，允许比特币有效地在比特币区块链和侧链之间来回移动。一旦币到了侧链上，它们就会遵守侧链的协议规则。举个例子，我们可以设置包含隐私功能的“Zcash侧链”，包含智能合约的“以太坊侧链”，或者低费用区块链的“大区块侧链”。

目前已经存在一些侧链，最知名的是Blockstream的Liquid和RSK Labs的RSK。这些都是“联盟侧链”：比特币的区块链和侧链之间的连接是由该领域知名公司组成的“联盟”管理的。他们控制了比特币区块链上的一个多签名地址，并通过集体签名来“移动”比特币。

驱动链（Drivechains）将由比特币矿工来保护：也就是比特币区块链的矿工。将资金从侧链“转移”回主链，需要在一段较长的时间内获得大量的算力。此外，驱动链需要联合挖矿，这意味着比特币区块链上的算力也保护了这条侧链。

为了实现这一点，Tierion开发人员Paul Sztorc和CryptAxe提出了两个软分叉。第一个被称为Hashrate Escrows，它将在比特币的区块链合约中锁定资金（将其“移动”到侧链），只有在算力投票够多的时候才能解锁资金（将资金“移动”到比特币区块链）。第二个软分叉叫做Blind merge Mining，它将使侧链获得与比特币区块链相同的算力。

驱动链的争议在于它可能会给比特币矿工更多的权力。一些人还建议使用Noinput类别来实现Blind merge Mining。