比Taproot更有用？深入探讨Mainchain的工作原理和技术特点

近日，由于比特币生态 NFT、BRC-20 等陆续火爆导致比特币网络越来越拥堵，BRC-20 代币和 Ordinals NFT，一夜之间将排名第一的区块链变成了更笨重的以太坊版本。

在 2021 年 11 月签署网络 Taproot 升级的核心开发人员和矿工怎么也不会想到，比特币现在面临许多困扰以太坊多年的相同问题，包括骗人的模因币和垃圾币、猴子图片的 NFT 占用区块空间和飞涨的易费用。

一度被誉为比特币解决拓展性等问题的「杀手锏」之一的闪电网络是什么？发展到现在都暴露了哪些不如？通过闪电网络比特币未来升级又将获得哪些启发？为什么 Adam Back 博士会把 Drivechain 看作是比 Taprrot 更好的技术？

闪电网络（Lighting Network）是什么？

闪电网络Lighting Network，是一个链下服务方案，它不发送任何货币，而是在第二层级中进行账本的变更并随后在第一层级中完成结算，从而避免数千次的、实际的链上资金交易。

根据闪电网络浏览器中的数据显示，目前闪电网络已搭建3639个节点，形成通道12289条，网络容量达114.83个BTC。

通过将资金发送到由多方掌管密钥的多重签名地址，闪电网络构建起一个支付渠道。收付双方之间的交易在链下完成，无论这个交易渠道关闭时的余额是多少，这些余额都会被如数发回用户的钱包。这就是双向支付渠道的工作原理。闪电网络是一个典型的双向支付渠道网络，通过这个网络，用户可以与自己的承包商进行定期支付或每月结算。

闪电网络的目的是实现安全地进行链下交易，其本质上是使用了哈希时间锁定智能合约来安全地进行0确认交易的一种机制，通过设置巧妙的‘智能合约’，完善链下通道，使得用户可以在闪电网络上进行0确认的交易。

闪电网络是比特币的 Layer2 扩展解决方案，旨在促进比特币效率和更低的 gas 费。自 2015 年成立以来已经取得了长足的进步，在过去几年中获得了广泛的采用。

什么是比特币 Taproot 升级？

Taproot 是一个软分叉，它改进了比特币的脚本以增加隐私、效率和网络处理智能合约的能力。它被认为是自 2017 年 SegWit 升级以来最重要的比特币升级。

Taproot 升级包括 3 个不同的比特币改进提案 (BIP)，包括 Taproot、Tapscript 及其核心——称为 Schnorr 签名的新数字签名方案。Taproot 旨在为比特币用户带来多项好处，例如增强交易隐私和降低交易费用。它还将使比特币能够执行更复杂的交易，并可能扩大其用例以与以太坊竞争，特别是在智能合约功能和支持网络上的去中心化金融（DeFi）和 不可替代令牌（NFT）方面。

Taproot 提案于 2018 年 1 月由比特币核心开发人员 Greg Maxwell 首次公布。2020 年 10 月，在 Pieter Wuille 创建拉取请求后，Taproot 被合并到比特币核心库中。为了全面部署升级，节点运营商必须采用 Taproot 的新共识规则。它最终得到了 90% 矿工的支持，并于 2021 年 11 月 14 日在区块 709,632 上正式激活。

Taproot 是如何工作的？

有 3 个 BIP 协同工作以实现 Taproot 升级。每个 BIP 都以不同的方式影响和补充另一个。

Schnorr 签名 (BIP340)

Schnorr 签名促进了一种更快、更安全的方式来验证比特币网络上的交易。它由德国数学家和密码学家 Claus Schnorr 开发的密码签名方案组成 。在众多优势中，Schnorr 签名主要以其生成短签名的简单性和效率而闻名。

Schnorr 签名的主要优势之一是它们能够在复杂的比特币交易中使用多个密钥并生成一个唯一的签名。这意味着交易中涉及的多方签名可以“聚合”到一个 Schnorr 签名中。这称为签名聚合。

事实上，Taproot 可以隐藏比特币脚本运行的事实。例如，使用 Taproot 花费比特币可以使闪电网络通道中的交易、点对点交易或复杂的智能合约变得无法区分。任何监控其中一项交易的人只会看到点对点交易。不过值得注意的是，这并没有改变初始发送者和最终接收者的钱包将被暴露的事实。

主根 (BIP341)

Taproot 是 Taproot 升级得名的地方。它建立在 2017 年 SegWit 升级的基础上，并使用 Merkelized Alternative Script Tree (MAST) 来扩展比特币区块链上的交易数据量。

集成 MAST 后，可以减少所需的脚本和验证量，因为单个 MAST 交易可以代表多个脚本。所以当一个复杂的比特币交易被发送到 MAST 时，Merkle 树并不是处理交易所必需的。MAST 只允许将交易的执行条件提交到区块链，而不是完整的细节。这可以大大减少存储在网络上所需的数据量。它不仅为比特币区块链提供了更大的可扩展性和更高的效率，还为比特币用户提供了更大的隐私。

Tapscript（BIP342）

Tapscript 是对比特币脚本的编码语言升级，为其他 2 个 BIP 让路。它是操作码的集合，用于指定如何执行的交易指令。随着区块中更多的可用空间，它有望为新功能提供更大的灵活性，并有可能在未来帮助比特币网络支持和创建智能合约。

2023 年，闪电网络在采用和发展方面继续发展。许多企业和个人用户现在都在使用闪电网络来处理比特币转账，并且闪电网络节点和通道的数量一直在稳步增加。

在过去几年中，闪电网络经历了显著增长和广泛采用，闪电网络已经能够大幅扩展其容量。

目前，闪电网络中锁定了 5400 多个比特币。闪电网络中的比特币容量是指在任何给定时间可以通过该网络进行转移的比特币总量。然而，总容量不是固定的，并且随着更多节点加入网络而不断扩展。

Taproot 的激活提升比特币网络的功能，以促进快速可靠的交易。在 Taproot 之前，比特币协议仍处于 Layer 1 开发阶段，而以太坊等其他协议已经在 Layer 2 和 DApps 中抢先一步。升级后，比特币开启了部署智能合约的道路，并有可能扩展其用例以覆盖未来趋势的 NFT 和 DeFi 市场。 

随着比特币网络以更低的费用变得更高效，它可以激励更多的交易和更广泛的采用。此外，用户可以保留自己的交易隐私，使BTC在市场上与其他隐私币相比更具竞争力。

尽管闪电网络能够解决主链性能不足造成的一些问题，但它仍然有很多缺陷被人诟病，主要体现在以下几点：

技术复杂开发进程慢：闪电网络白皮书诞生于2015年，至今仍停留在测试网阶段，无法大规模使用，比特币的主链拥堵问题仍然无法缓解。

网络效应难以建立：对于一个网络来说，用户越多网络的价值也就越大，而闪电网络的复杂性提升了搭建闪电网络节点的门槛，用户难以形成规模效应。

节点的中心化倾向：按照闪电网络的设计，受成本与各种因素的影响，闪电网络的节点会演变成几个大节点连接的网络，目前排名第一的节点dead.cash占全网15.5%的容量。虽然这些大型节点对网络无法控制，但从技术上讲，它们可以被视为中心转账机构，监管机构可以很方便的介入审查。

安全问题：闪电网络测试网上线后，曾发生了几起丢币的事件。此外，它也违背了中本聪点对点的电子现金系统的初衷，通过主链交易的结构是比特币地址-比特币地址，而通过闪电网络交易则是BTC-LNBTC-LNBTC-BTC这样一个过程。

闪电网络使立即转移少量比特币成为可能，而且费用可以忽略不计，但是由于闪电网络并不是独立于比特币网络之外的，而是基于比特币网络开发的第二层，所以在无法在根本上承载日益增长的应用需求，寻找新的可行的扩展方案迫在眉睫。

比特币闪电网络是一种二层解决方案，旨在通过离链交易实现快速、低成本的小额支付，以下是比特币闪电网络的一些优点和缺点。

优点：

1. 快速交易确认：闪电网络允许在链下进行快速的交易，不需要等待比特币主链的区块确认。这意味着交易可以几乎实时地完成，而无需等待几分钟或更长时间的确认。

2. 低成本交易：由于闪电网络的交易是在链下进行的，交易费用往往较低。小额支付不需要支付高昂的比特币主链交易费用，从而降低了交易成本。

3. 扩展性和吞吐量：通过在闪电网络上进行多次交易，可以减少对比特币主链的负载压力。这可以提高比特币网络的吞吐量，允许更多的交易在短时间内处理。

4. 隐私性增强：闪电网络可以提供更高的交易隐私性，因为只有最终结算交易才会记录在比特币主链上，中间的交易详情不会完全公开。

缺点：

闪电网络是比特币二层技术的代表性应用之一，它通过建立双向支付通道，让用户可以在不用在每笔交易中都与比特币主链交互的情况下进行交易。闪电网络的交易速度非常快，能够实现秒级的交易确认，并且手续费非常低，甚至可以做到几乎零手续费。从交易的层面去追溯，那么闪电网络似乎已经解决了这个问题，但闪电网络（Lightning Network）并不适合制作应用程序，它只是一种允许用户之间更快、更便宜地传输BTC的方式，同时减少BTC矿工的收入。

需要注意的是，比特币闪电网络仍然是一个相对新的技术，仍在不断发展和改进中。随着技术的成熟和采用的增加，一些缺点可能会得到解决或减轻。而Adam Back 博士

认为：Drivechain 可以說比 Taproot（一种用于Ordinal NFT 的 BTC Layer2 技术）更好~

比特币的 Drivechain 是一种侧链技术，旨在通过在比特币网络上运行侧链，扩展比特币的功能和应用。Drivechain的基本思想是将比特币作为区块链的底层，通过锁定比特币来创建侧链，从而实现比特币和侧链之间的双向互操作性。

Drivechain 的主要优势在于可以通过侧链来实现比特币未实现的功能和应用，同时不会影响比特币的安全性和去中心化特点。

Drivechain 的设计还提供了一种新的比特币扩容方案，因为它可以在侧链上实现更高的交易吞吐量和更短的确认时间，而不会影响比特币网络的安全性和稳定性。此外，Drivechain 还可以通过比特币的共识机制来保障侧链的安全性和可靠性，从而增强侧链的信任度。

比特币协议的 Drivechain 和 Sidechain 升级都是由 LayerTwo Lab 的创始人 Paul Sztorc 所创建，他自2011年以来一直是顶级比特币的OG研究员和开发人员，也是耶鲁大学的经济学家。

Drivechain 在比特币上实现了无许可 Sidechain，允许任何人在自己的 Sidechain 上开发任何 Token、智能合约、DApp 和其他新的概念。每个侧链的开发人员可以确定链的区块大小、每个块的分钟数以及任何参数。一切都可以根据开发人员的喜好进行调整。我们可以理解成 Drivechain 为比特币二层技术的发展提供了清晰的方向和标准。

那么 Mainchain 的工作原理是怎样的呢？

首先 LayerTwo Labs 将在2023年硬分叉BTC，并创建一个新的 PoW 区块链。 这个硬分叉的 PoW 区块链将被称为 Mainchain。 Mainchain (MC) 将从第一天开始预装所有 Drivechain 升级（BIP300 和 BIP301）

 此外，LayerTwo Labs 将在 Mainchain 硬分叉期间推出七个自己开发完善的 Sidechain（将它们视为“去中心化应用程序”或 DApp）。 项目团队、开发人员和任何人无需许可地在 Mainchain（第 1 层）上创建 Sidechains（第 2 层），以试验他们的任何想法和概念。

在此期间所有 BTC 地址都将 1:1 收到 Mainchain 代币。 Mainchain 将遵循所有与BTC相同的规则：2100 万枚代币总供应量，每个区块 10 分钟，区块奖励每四年减半，并使用与 BTC 相同的 PoW 共识模型。

也就是说 现有的所有可以挖 BTC（SHA256算法）的挖矿设备都可以挖 Mainchain。 早期，由于Mainchain 挖矿难度降低，即使是过时的设备（GPU、老式 ASIC 矿机）也可以挖到 MC，并且收益不错（获得更多的 MC 区块奖励）。

Mainchain 将是唯一可以通过Sidechain 支持任何概念和想法的PoW 链。 我们打算开发 Mainchain，使 Mainchain 上可以存在数十万个 Sidechains。 在这些 Sidechains 中，有些可能成为 独角兽或者杀手级应用 ——人们乐于一次又一次使用的大量采用的去中心化应用程序。

 随着时间的推移，Mainchain 成为一个蓬勃发展的生态系统，受到 Sidechain 用户的喜爱并得到大量矿工的支持（甚至他们可能已经从 BTC 转换为 MC）， 在Mainchain (MC) 价格及其 Sidechains 生态系统成功的压力下，BTC 矿工可能最终投票支持 BIP300 和 BIP301 协议激活升级。

所以，总结下来，Mainchain 将拥有以下创新特性的二层网络：

1.Drivechain ( BIP300 ) 是由 LayerTwo Labs 创始人兼首席执行官 Paul Sztorc 自 2013 年以来创建和开发的 BTC 协议的升级版。Drivechain 允许开发人员通过连接到 BTC 网络的 Sidechains 创建他们想要的任何区块链应用程序；

2.将 Sidechains 视为第 2 层，将 BTC 视为 Layer1；

3.在 Sidechains 上，开发人员可以完全自由地、无需许可地发行 Token 、智能合约、区块大小、共识模型（PoW、PoS）、用例、DApp、UX 和 UI、功能和规则，没有任何限制；

4.BTC 矿工将定期从每个Sidechains 收取费用，而不需要额外的硬件或成本；

5.Sidechains 上的故障不会以任何方式损害 Layer1 BTC，对BTC 矿工来说总是有益无害；

6.通过 Sidechains 的无尽创新应用 = BTC 矿工收取更多交易手续费= 更多挖矿激励 = 增加哈希率 = 从而提高 BTC 价格

Drivechain 为比特币开辟了更多的应用场景和创新机会,而Mainchain 将众多应用场景和创新机会集为一体，推动了比特币二层网络的繁荣。通过Mainchain，可以构建更复杂的支付通道、智能合约和去中心化应用程序，扩展比特币的功能和用途。这有助于推动比特币生态系统的发展，吸引更多的项目方、开发者和用户参与。

总的来说，Mainchain 为比特币提供了更高的扩展性、可编程性、更低的交易成本、更丰富的想象力，并促进了比特币的实际应用和生态系统的多样化发展。这对于推动加密行业的发展是具有里程碑意义的一大步。

参考链接：https://link3.cc/layertwolabs

注：

1.什么是零知识证明：https://zh.wikipedia.org/zh-hans/%E9%9B%B6%E7%9F%A5%E8%AF%86%E8%AF%81%E6%98%8E

什么是环签名

https://www.jinse.com/blockchain/241175.html