以扩容解决方案 Stacks 为例，深入研究比特币扩容的关键点。

撰文：F.F，LBank Labs 研究团队

简述

目前，dApps 和 Web3 的创新正在引发比特币更多的关注。然而，我们预计这种观念将发生改变。Web3 仍处于早期阶段。作为最大、最强的加密货币，比特币仍然是开发者、企业家和初创企业的坚实基础。它的极简主义方法限制了功能以保持网络简单，强大，安全和无需信任。虽然有限的吞吐量、缺乏智能合约功能和非图灵完备性是有代价的，但这些取舍使比特币在过去的几年中经受住了风风雨雨。

在经历了 Ordinals 之后，我们期待比特币的复兴，其中建设者文化将推动加密货币的改进。我们可能会看到更多的扩容解决方案与比特币相辅相成，形成一个强大的模块化网络。

因此，我们推出了「比特币扩容的复兴」系列。在这个系列中，我们将逐一分析当前的扩容解决方案，探索各种可能性，并且找到最有希望的继承比特币并提供更大表现力的解决方案。

在第一篇文章中，我们将描述扩容需求的起源，比特币扩容的现状，并提供我们的分析框架以及对扩容解决方案关键点的看法。然后，我们将以最受讨论的扩容解决方案 Stacks 为例，深入研究比特币扩容的关键点。

比特币扩容的文艺复兴

在其漫长的历史中，比特币的角色经历了重大变化，从最初被用于全球支付转变为在最近一个周期被视为数字黄金。然而，其底层架构大部分保持不变。虽然许多项目试图使比特币更具可编程性，但其中很少有被比特币社区接受的。这是因为社区认为比特币应该保持干净和简单，坚持其原始设计。随着以太坊的开销日益增加并向结算层迁移，以及模块化设计的崛起，比特币从一开始就确定了其角色。更加计算密集的工作应该被委托给上层，类似于以太坊中 Layer 2 的工作方式。

尽管比特币存在扩容问题，但直到今年的 Ordinals 铭刻之前，社区中很少有人讨论这些问题。在 Ordinals 和 Brc20 期间，由于待处理的交易在内存池中积压，并且交易费用增加，比特币网络经历了前所未有的拥堵。比特币用户认识到需要一种扩容解决方案，既能有效地处理积压的交易，又不会影响安全性。此外，比特币需要增加对区块空间的需求，以便在区块奖励逐渐趋近于零的情况下维持系统的繁荣。

回顾 DeFi Summer 的早期阶段，它导致以太坊拥堵，并促进社区创建替代的 Layer 1 和 Layer 2 解决方案。这些著名的 Layer 2 解决方案是在过去两年内里从零开始构建的。目前，Layer 2 的总锁定价值（TVL）为 100 亿美元，相当于以太坊市值的 5%。就市值而言，Layer 2 的总市值已经达到了 10%。如果我们期望比特币的扩容解决方案与以太坊类似，那就意味着有一个规模为 1000 亿美元的蓝海市场。然而，著名的 Lightning Network 在其历史最高点时仅达到 5000 个比特币，而其他扩容解决方案的规模远小于闪电网络。比特币仍有未被挖掘的潜力，随着新项目的出现，比特币的优势变得越来越大。

Layer2 市值（来源：CoinGecko）

扩容市场格局

从上述角度看，比特币扩容市场在稳定之前似乎还有很长的路要走。目前，还没有任何一个实体在市场上占据主导地位，在比特币扩容或提高 BTC 资本效率方面，还有许多有趣的途径值得探索。这就是为什么我们决定深入研究这个市场，以确定哪些解决方案在未来可能最终占据主导地位。

然而，必须承认以太坊的 Layer 2 解决方案在比特币的背景下可能并不实用。以太坊能够验证 Layer 2 中的状态转换，但比特币只能确保签名的有效性。因此，比特币的扩容解决方案将需要更复杂的创新和修改，以适应比特币的特定需求。因此，从以太坊迁移到比特币的一些方案可能并不合理，并且在这个情况下「Layer2」这一词也可能不适用。

下面的比特币扩容赛道版图将解决方案分为 Meta-protocols、Layer2s、Sidechains 和 Cross-Chain Bridges。此外，还有其他定义，如 Sovereign rollups、TAP、zk-rollups、Ark、Drive Chains、Space Chains、Soft Chains 等。虽然这种格局提供了比特币社区内正在发生的事情的全面概述，但我们不得不承认其分类可能并不完全准确，我们也不会深入探讨这些术语的技术细节。

比特币图谱（来源：推特）

我们应该关注这些解决方案的目标，是提高比特币的支付速度，如 Lighting Network；还是提升比特币的资金效率，如以太坊中的 wBTC；或是为比特币添加更多功能，如 Ordinals；亦或是在比特币上实现智能合约，如 DLS。在我们的「比特币扩容的复兴」系列中，我们将逐一研究每一种方案，并根据其扩容目的将它们分类如下：

1. 为比特币添加原生功能，如「Ordinals」。
2. 提高支付速度，如 Lightning Network。
3. 提高 BTC 的资本效率，如 wBTC。
4. 在比特币上实现智能合约功能，如 DLS。

此外，一些解决方案（如：Lighting Network）已将其业务从支付扩展到在比特币原生层上发行代币（如 Ordinals）。因此，在我们的分类中，它们可能属于多个类别。

一旦我们明确了分类原则，我们就会关注潜在解决方案的可行性和安全性。正如我们之前看到的，大多数比特币用户并不认可他们的扩容方案。这至少有两个原因，首先，比特币用户是加密世界中对安全最敏感的群体。他们不会轻易相信新的扩容方案。其次，一些扩容协议依赖于中心化的一方，并不像他们声称的那样强大。从某种意义上说，只有那些表现其安全性的协议才能得到比特币用户的信任，从而为他们自己的资产搭建桥梁。

1. 从我们的角度来看，所有这些解决方案都需要解决三个问题：
2. 可信地读取比特币状态
3. 可信地写入比特币状态
4. 比特币的托管

不同的协议在处理这些问题时会引入不同的安全假设。许多协议借助新的层读取或写入比特币的状态，而比特币一般由中心化托管人或可信实体联盟管理和委托。根据木桶原理，最薄弱的一层决定了解决方案的安全级别。

案例：Stacks

在本文中，我们将分析 Stacks，它是目前讨论最广泛的扩容解决方案之一。Stacks 是建立在比特币之上的层，旨在处理比特币主网不堪重负时的流量溢出。目前，它在市值和总锁定价值（TVL）方面都处于市场领先地位。在下面的章节中，我们将介绍 Stacks 的架构、设计理念、安全假设和综合生态系统。

架构和安全假设

说到架构，Stacks 依靠节点同时运行比特币和 Stacks Layer。Stacks 不像 RSK 那样使用合并挖矿，它有自己的矿工和挖矿流程，也有自己的经济价值和基于代币价值的安全性。尽管如此，Stacks 仍然遵循比特币的不可改变性，并保持与比特币类似的区块生产速度。

PoX

为了整合这两个层，Stacks 引入了一种名为「转账证明」（PoX）的新共识机制，它与「权益证明」（PoS）类似，但有一些归属设计。PoX 矿工通过花费 BTC 竞标，并以竞标加权的随机概率成为领导者，从而从 Stacks 层获得 STX 代币。之后，矿工们可以投注 STX 以赚回 BTC。

让我们仔细看看 PoX 的收益 - 成本分析来确定矿工维护网络的动力。根据 OnStack 和 Blockchain.com 的统计，在过去的 100 个区块中，矿工总共花费了 0.927 BTC，获得了 111,538 STX。在目前的市场情况下，这相当于投入约 27,161 美元，赚取 67,592 美元，无论矿工的运营成本如何，这都是一个有利可图的挖矿机会。

PoX 统计数据（来源：OnStack）

矿工 SP2DW8DZXJCYDEVX0NN9R1A203GWHCSMGBQS3A64X 在过去的 100 个区块中获得了最多的区块奖励，共花费 3,890,950,000 Sats（38.9 BTC）铸币 2,513,000 STX。根据目前的市场行情，这相当于投入约 1,139,770 美元，收益 1,522,878 美元。这些统计数据表明，PoX 在历史上可以获取不错的收益，最近时间段的收益甚至更好，这可能是由于网络上的矿工数量有限导致。

PoX 矿工统计（来源：OnStack）

Stacking

将 STX 分配给矿工后，矿工和普通用户可以质押流通的 STX 提供给，以赚取 BTC 奖励。这些奖励的资金来自矿工通过 PoX 转账的 BTC。在这样的经济模型下，矿工可以以较低的成本开采 STX 而获益，而用户则可以通过抵押 STX 赚取 BTC。

根据 Stacking Club 数据，每个定投周期大约持续两周。在第 63 个周期中，共有 3.39 亿 STX 质押，赚取了 2.79945 BTC。这意味着年收益率（APY）约为 9%，是一个不错的赚取 BTC 的策略。

Stacks 数据（来源：Stacking Club）

xBTC

截至目前，关于 BTC 保管如何在 Stacks 中运作的讨论还不多。事实上，Stacks 并没有自己的解决方案。相反，他们依赖于由 Wrapped 提供的第三方服务的跨链桥。xBTC 将作为 Stacks 上的原生代币，用于各种应用，类似于以太坊上的 wBTC。此外，xBTC 还将充当 PoX 和 Stacks 协议之间的桥梁。目前，xBTC 的储备约有 156 BTC。

xBTC 储备（来源：Wrapped）

Clarity 虚拟机

Stacks 还引入了一种新的语言来实现智能合约的开发，并声称将为比特币增加这一功能。Clarity VM 是 Stacks 虚拟机的执行层。

不过，需要注意的是，这并不是比特币的原生智能合约层。考虑到共识、质押服务和 xBTC，整个架构与使用 Solidity 构建合约的以太坊并无二致。

在当前的市场环境下，创造一种新的语言可能并不明智。Clarity 可能会成为开发者的负担。例如，在研究「Counter」合同样本时，其语法与主流语言 Solidity 有很大不同。此外，Clarity 还缺乏可用的教育资源和材料。

Plain Test(define-data-var count int 0)(define-public (add-number (number int)) (let ( (current-count count) ) (var-set count (+ 1 number)) (ok (var-get count)) ))(add-number 5)

Gaia

如前所述，Stacks 只存储比特币的哈希值。比特币更像是一个数据验证层。然而，数据可用性并不是从比特币继承而来的。

为了解决这个问题，Stacks 通过使用 Stacks 和名为 Gaia 的链外 DA 解决方案，实现了混合 DA 解决方案，后者是云软件提供商的中枢服务和存储资源。具体来说，交易元数据和 BNS 存储在 Stacks 区块链上，而用户应用数据则存储在 Gaia 上。从本质上讲，Gaia 是一种经济高效的 KV 数据库，可以高效、安全地存储数据。

重点

上文介绍了目前正在使用的 Stack 系统的初始版本。我们的分析框架揭示了以下内容：

• 读取：Stacks layer 上的智能合约可以访问比特币状态，并可通过标准比特币交易激活。这是因为 Stacks 节点也运行比特币节点，作为共识的一部分，它们渴望读取和索引比特币状态。
• 写入：Stacks 只能证明它们可以在锚定区块中存储哈希值。然而，在将其视为比特币编程层之前，还有一些工作要做。
• 比特币托管：来自 Wrapped 的 xBTC
• 安全假设：这是一个独立于比特币的安全协议，有额外的安全假设。比特币网络仅作为数据有效性层，与比特币的安全一致性不高。

1. Stacks 共识层和 DA 层只有 5 名矿工。
2. 跨链桥可能会受到攻击。
3. 链 DA 可能会出现单点故障。

Nakamoto 升级和 sBTC

Nakamoto 是 Stacks 的重大版本升级，解决了之前提到的一些问题。它将为 Stacks 层引入两大升级：快速区块和 sBTC。

快速区块

Stacks 目前产生区块的速度与比特币相同，即每 10 分钟产生一个区块。为了解决这个问题，Stacks 正在开发快速区块，在两个比特币区块之间产生大约每 5 秒产生一个微区块。

除 PoX 共识外，Stacks 还将引入类 BFT 法定人数签名机制，允许 Stacks 矿工选择区块生产的领导者。

PoX 下的原始区块被称为「结算区块」，它将在每个比特币区块中产生。结算区块不包含任何新的交易，只是结算比特币链上最近的快速区块序列。结算区块的矿工有动力将最长的快速区块序列包含在比特币上进行结算。

从用户的角度来看，Stacks 更快的区块生成意味着更快的确认，Stacks 层上的所有交易最终都会在后台结算到比特币上。

sBTC

Stacks 试图用自己的解决方案 sBTC 来解决桥接资产的问题。该解决方案由比特币主网上多签名地址中实际持有的比特币提供 1:1 的支持。

在 Peg-In 模式下，用户可以向比特币链上的 P2SH 地址发送 BTC，该钱包由 Stacker 控制，阈值由其所代表的锁定 STX 的价值决定。在 Peg-Out 模式下，Stacks 阈值部分通过从钱包 / 脚本向所需的比特币地址转移所需的 BTC 数量来完成挂钩输出。在紧急情况下，Stacks 从矿工处收到的部分 PoX 付款会被转用于满足 Peg-Out 请求，以确保最终满足所有未完成的 Peg-Out 请求。

Peg-Out 采用阈值签名机制：只要有 70% 的 STX 在 Peg-Out 上签名，就能保持有效性；只要至少有 31% 的叠加 STX 没有在未经授权的 Peg-Out 上签名，就能保持安全性（BTC 不会被盗）。

sBTC 机制（来源：Stacks）

为了鼓励原始 PoX 参与者完成使命，他们可以锁定或质押 STX，并执行 Peg-Out 签名和其他共识关键任务。作为回报，他们可以根据所质押的 STX 按比例获得 BTC 奖励。

为了提高 sBTC 的资本效率，Stacks 还计划在 Stacks 层上引入 Rollup。这将使用户在通过 sBTC 使用比特币作为资产的同时，还能享受到 Rollup 和欺诈证明（如隐私和可扩展性）的好处。Stacks 上的 Rollup 比直接在比特币 L1 上的 Rollup 要实用得多。然而，第三层的卷积还有很长的路要走。

但 sBTC 的经济机制有一定限制。Stacks 的完全稀释市值目前约为 10 亿，这意味着 sBTC 最多只能持有 7 亿 BTC 资产。一旦容量超过 70%，STX 的 Stakers 就有动机窃取 BTC 并让整个系统崩溃。

重点

• 读取： 与 Nakamoto 升级之前一样。
• 写入：没有关于阈值签名的更多细节。多年来，这一直是比特币和加密货币领域的一个难题，因为它解决了一个棘手的难题。
• 比特币托管：基于经济机制的 sBTC。
• 安全假设：与 Nakamoto 之前相比，引入了更多安全假设。

1. 用于快速区块生产的 BFT 共识层
2. 70% 的叠加器份额是 sBTC 的基石。

生态系统和统计

目前，Stacks 拥有最大、最全面的扩容解决方案生态系统。其中包括钱包、DeFi、NFT、权益质押甚至社交平台。虽然无法在此一一列举，但我们将重点介绍每个类别中的一些代表性协议。

Stacks 生态系统（来源：Stacks）

钱包

Hiro 钱包是比特币和 BTC L2s 应用程序（如 Stacks）广泛认可和值得信赖的钱包。它可以通过 Chrome、Firefox 和 Brave 浏览器扩展以及 MacOS、Windows 和 Linux 桌面应用程序访问。对于 Stacks 用户，Hiro Wallet 提供了一种安全且对用户友好的方式来连接 Stacks 应用程序，而桌面用户也可以通过单独或在一个池中锁定 STX 来放心地参与 Stacking。

定标

Stacking 指的是在 Stacks 系统中质押 STX ，类似于流行的「LSD」。PoS 链上的普通 Staking 服务与 Stacks 的主要区别在于，前者提供的是原生代币利息，而在 Stacks 中，利息是以 BTC 的形式支付的。

Stacking Club 提供了有关 Rollup 的基本统计数据。有多个协议提供 Stacking 服务，包括 Planbetter, Xverse Pool, staking 和 InfStones.

DeFi

DeFi 为 Stack 生态系统提供了流动性和支持。根据 DefiLlama，Stacks 的总锁定价值（TVL） 已达到 2383 万，超过了许多不活跃的 L1。

Stacks DeFi TVL（来源：DefiLlama）

其中 ALEX 占据了近 80% 的市场份额。ALEX 是一站式 DeFi 中心，提供桥接、交换、发射台、彩票，甚至还有 BRC20 订单簿。如前所述，Stacks 生态系统中有 156 个流通的 xBTC，而 ALEX 控制了其中约 100 个，相当于 300 万美元。另一个值得注意的协议是 Arkadiko，它不仅提供交换，还提供借贷，为生态系统贡献了 500 万 TVL。

NFT

在今年年初出现 Ordinals 趋势之前，NFT 生态系统的重点主要是原生 NFT 市场。然而，许多平台，如 Gamma 等许多平台现已开始支持 Ordinals 登录和市场。这种情况可能表明包括 Stacks 在内的 NFT 行业缺乏创新。

其他

我们还在 Stacks 上发现了一些有趣的协议。 CityCoins 是一个实验性协议，它为每个城市发行代币，并可能以某种方式获得社会共识。 Sigle 是一个安全、开源的写作平台，面向 Web3 领域的内容创作者，包括 NFT 项目和加密货币分析师。

估值

根据 CoinMarketCap 的数据，截至 2023 年 8 月 2 日，Stacks 的价格约为 0.6059，与 2021 年 11 月 16 日的历史最高价 3.61 相比，跌幅高达 83%。到 2050 年，STX 的未来供应量将达到约 18.18 亿 STX，完全稀释后的市值约为 11 亿美元。在代币分配方面，没有任何实体持有超过 10% 的流通 STX 供应量，即使是早期投资者 / 实体一般也持有不到 5%。

我们将 Lightning Network 纳入其中仅供比较，因为其他扩容方案的规模还不足以与 Stacks 相提并论。负责开发 Lightning Network 的公司 Lightning Labs 已获得五轮共计 8250 万美元的融资。他们最近的一轮融资是 B 轮融资，于 2022 年 4 月 5 日获得 7000 万美元。不过，该公司没有透露最新的估值。按照 B 轮融资出售 5% 股权的保守估计，该公司的估值可能达到 14 亿美元。

2022 年 4 月，另一家公司 Lightspark 完成了由 a16z 和 Paradigm 领投的一轮融资。他们以近 10 亿美元的估值筹集了约 1.73 亿美元，几乎与 Lightning Labs 同时完成。假设 Lightning Labs 与 Lightspark 相比，因为早期贡献溢价 10 亿，估值在 20 亿，根据两种假设的中值， Lightning Network 目前的估值约为 17 亿美元。

此外，按照 2023 年 8 月 2 日的 BTC 价格（即 29479 美元）计算，Lightning Network 中锁定了约 4950 BTC，因此锁定的总价值（TVL）为 1.4592 亿美元。比较 Mcap/TVL 比率，Stacks 似乎比 Lightning Network 闪电网络高出近三倍。

我们认为，Stacks 的估值高于预期，主要是因为其经济设计提供了一定支撑 — 可以通过质押 STX 美元来赚取 BTC— 有助于减轻矿工的抛售压力。毕竟，没有其他解决方案可以提供一个有吸引力的选择，以赚取近 10％ 的 BTC 年利率。此外，Stacks 还存在一些二级市场溢价。

总结

总的来说，我们把 Stacks 定义为比特币的一个 layer，但它并不完全是 layer2、侧链或跨链桥。这是因为很难将 Stacks 归类为 Layer2 Rollup 或侧链。虽然所有 Stacks 层的智能合约和交易都会在比特币区块链上结算，但在当前版本中，它们保留了自己的原始数据，并有独立的安全假设。Stacks 层并不完全符合侧链的定义，因为共识在比特币 L1 上运行，遵循比特币的最终性，并在 L1 上发布数据 / 哈希值。

在我们的框架内，Stacks 是对当前版本 BTC 资本效率的提升。尽管 Nakamoto 进行了升级，但其基本性质基本没有变化，因为它继续以新的桥接资产为基础。不过，它并没有为比特币提供智能合约功能。

在处理比特币扩容的关键问题时，Stacks 也存在一些缺陷。读取状态的最直接解决方案是运行全节点，但代价很大。此外，堆栈中目前只有 5 个矿工，很容易被 2 个恶意节点摧毁。在 Stacks 的设计中，「比特币写入」问题仍未得到解决，仍然模棱两可。关于跨链资产的托管，sBTC 的安全性建立在 STX 的经济模型之上。

Stacks 的积极意义在于它提供了一个强大的经济模型，鼓励矿工维护网络。此外，从 Stacks 中获得的利润也吸引了普通用户，因为他们可以质押 STX 来赚取 BTC。

根据 Stacks 的研究结果，比特币扩容的文艺复兴似乎需要更多的开发者来应对其技术挑战。令人鼓舞的是，Ordinals 的引入重新点燃了比特币的开发者文化。在随后的文章中，我们将探讨这些协议，不管是旧协议的复苏或新协议的出现。

参考资料

OKX Dev Docs

Building on Bitcoin: a Comparison of Bitcoin Projects

Sip-001

sbtc.pdf

Stacks Docs

Stacks Learning Resources

Stacks - DefiLlama

Blog

Onstacks Explorer

Stacks Explorer by Hiro

STX Mining Basics | Onstacks Documentation

Node Operation