为什么比特币扩容选择2MB？

编者按：关于扩容路线、隔离见证、2M硬分叉、闪电网络的争论由来已久。 近日，社区有人提出“终结者计划”，扩容问题再次引起轩然大波。 比特币扩容问题是如何产生的？ 为什么选择2MB进行扩容？ 硬分叉方案可行吗？ 本文节选自《区块链：从数字货币到信用社会》一书（中信出版社），作者为比特大陆软件研发总监潘志彪。

这些年来，随着比特币的蓬勃发展，比特币的交易数量不断增加，而单个区块的大小最大限制为1MB，因此区块的可用空间显得越来越小。 如图所示，2015 年块大小中位数翻了一番，从 1 月的 292KB 快速增长到 12 月的 749KB。

比特币区块大小（来源：blockmeta.com）

扩容问题在2015年受到了充分的关注和讨论。2015年6月前后，BIP100、BIP101、BIP102、BIP109、BIP248等多项扩容计划相继出台（表）。

编号

扩张计划

BIP100

矿工投票并在 Coinbase 交易中写入新的区块提案上限值。 新值在当前基础上有20%的浮动空间。 全网80%算力参与即可激活新规模。

BIP101

从 2016 年开始，限制将立即提高到 8MB比特币系统扩容方案，然后每两年翻一番，直到 2036 年，届时区块大小限制将达到 8.2GB。

BIP102

卷限制一次从 1MB 增加到 2MB。

BIP103

每个特定周期增加 4.4%，相当于年增长率 17.7%，直到 2063 年 7 月，那时容量约为 1.4GB。

BIP109

可激活全网75%算力，大小限制提升至2MB。

BIP248

大小限制在 2016 年提高到 2MB，在 2018 年提高到 4MB，在 2020 年提高到 8MB。

尽管提出了各种方案，但基本上可以分为两类：长期调控派和短期搁置派。 长期学是有理想有章可循的，一口气敲定了就不折腾了。 典型代表是BIP101/103。 定下成长规律，不再调整。 短期派认为，未来不可预测，固定规则过于简单粗暴，无法解决问题。 他们希望立下几年的短期计划比特币系统扩容方案，暂时避开，搁置到未来。 代表是BIP100，但由于投票过程复杂，后来简化为BIP102/109等，而BIP248则推迟到2020年，近几年干脆翻了一番。

2015年6月以来，经过6个多月的大规模反复讨论，目前的长治校基本宣告失败。 2015年12月Pieter Wuille在比特币香港扩容大会上提出Segregated Witness后，扩容问题甚至简化为只升级到2MB，但又陷入了实施时间点的争论。

一个看似简单的扩容技术问题，让比特币社区花了半年多的时间，召开了数次全球技术大会，私下里打了无数场仗，仍然没有一个明确的结论。 其背后深层次的原因在于，区块上限值的提高并不能真正解决比特币扩容的问题。

扩展问题

总的来说，按照对比特币网络的理解，有两个划分：清算系统和现金系统。

结算系统

比特币区块链是一个全球性的、分布式的、容量有限的、昂贵的系统。 每笔交易的价值内容是不同的。 当区块容量不够时，我们应该确保高价值的交易被包含在区块中。 高价值交易有意愿也有能力支付足够高的网络费用以获得足够高优先级的区块。

随着比特币的繁荣，交易的数量会越来越大，而有限的区块容量会让低价值的交易（比如发送 1 美分）永远不会进入区块，因为低价值的交易无法支付高额的网络费用。 然后网络退化为清算系统，低价值内容的交易被驱逐出去，这些交易被第三方记账系统所取代。

在出现之前，第三方记账系统主要是链下钱包提供商。 用户信任第三方钱包平台并在其中存入比特币。 同一平台用户之间的转账只会带来账户余额的变化，不会产生比特币交易。

现金系统

现金系统意味着所有的交易都应该进入区块，所以当区块容量不够时，应该及时增加区块大小限制来扩展系统。 交易的阻塞可能会在短时间内发生，但从长远来看，所有的交易都应该能够进入区块。 每个人都享受着比特币系统带来的巨大便利和优势。

扩展尺寸的选择

我们做一个简单的估算，假设每笔交易的大小为512字节，手续费单位为0.0004/KB。 那么就有如下形式：

事务/秒

单块体积

块费

年度大宗交易量

1个

0.3MB

0.12比特币

15GB

3个

0.9MB

0.36比特币

47GB

10

3MB

1.2比特币

150GB

100

30MB

12比特币

1.5TB

1,000

300MB

120比特币

15TB

10,000

3GB

1,200 比特币

150TB

100,000

30GB

12,000 比特币

1,500TB

根据VISA 2015年的记录，全年共产生920.64亿笔支付交易，相当于比特币网络数据：

事务/秒

单块体积

块费

年度大宗交易量

2,920

897MB

358比特币

47TB

如果区块大小限制提高到30MB，最大的问题不是CPU算力的瓶颈，而是区块的传输和存储。

30MB的区块可能会导致全网孤块率和空块率急剧上升，而每年1.5TB的区块链数据输出量也超过了大部分节点机器的硬盘容量。 以1.5TB的数据量为基础，区块链浏览器、钱包服务商等可能会扩容10倍，达到15TB，远远超出目前普通机器/数据库的磁盘容量。

诚然，这些数据对于一个中立的系统来说不是很有挑战性，但是对于一个全球分布的系统来说，它们是非常具有挑战性的。 会大大削弱节点数量，提高开发和接入门槛，让比特币中心化。

在扩容争论的最后，还是首选2MB，这样升级过程更可控，风险更小。