文章目錄

• [北大肖臻-區(qū)塊鏈技術與應用筆記]第八節(jié)課——BTC 分叉
• • • state fork
    • protocol fork
    • • 硬分叉（hard fork）
      • • block size limit
      • 軟分叉（soft fork）
      • • 實際中情形
        • • 給某些目前協(xié)議中沒有規(guī)定的域增加新的含義
          • 增加新的功能
      • 總結
    • 參考資料

[北大肖臻-區(qū)塊鏈技術與應用筆記]第八節(jié)課——BTC 分叉

state fork

如果兩個節(jié)點差不多同時挖到一個區(qū)塊，這兩個區(qū)塊都是掛在當前的區(qū)塊上的，不同節(jié)點先收到的區(qū)塊不同，就會各自沿著先收到的區(qū)塊往下擴展，這種時候就會出現(xiàn)臨時性的分叉，稱為state fork，即由于對區(qū)塊鏈當前的狀態(tài)有意見分歧而產(chǎn)生的分叉。

分叉攻擊（forking attack）也屬于state fork，只不過這種意見分歧是人為造成的，這種情況也稱為deliberate fork。

protocol fork

要修改比特幣協(xié)議需要軟件升級，在去中心化的系統(tǒng)中，沒辦法要求所有的結點都升級軟件

假設大部分節(jié)點升級了軟件，少部分節(jié)點沒有升級（可能是沒來得及升級，也可能是不同意協(xié)議的修改），這種分叉稱為protocol fork，即對比特幣協(xié)議產(chǎn)生了分歧，使用不同版本的協(xié)議而產(chǎn)生的分叉。

在protocol fork中，根據(jù)對協(xié)議修改的內容的不同，又可以分為硬分叉和軟分叉。

硬分叉（hard fork）

如果對比特幣協(xié)議增加一些新的特性，擴展一些新的功能，這時候沒有升級協(xié)議的那些結點是不認可這些新特性的，認為它們是非法的。

block size limit

硬分叉的一個例子就是比特幣中的區(qū)塊大小限制。

比特幣限制每個區(qū)塊不超過1M，這樣算下來大約最多能容納4000個交易。而平均10分鐘產(chǎn)生一個區(qū)塊，算下來大約平均每秒只能寫入7個交易。

有的人就認為區(qū)塊太小了，限制了交易上鏈的速度。

假設軟件更新了，將區(qū)塊大小的限制從1M提高到4M，假設大多節(jié)點更新了軟件以支持這個協(xié)議。節(jié)點的“多數(shù)”和“少數(shù)”不是按照賬戶數(shù)目來算的，而是根據(jù)算力來算的，上面那句話是假設系統(tǒng)中擁有大多哈希算力的節(jié)點都更新了軟件。

當系統(tǒng)運行起來。假設新節(jié)點挖出一個區(qū)塊，這個區(qū)塊是比較大的，但舊節(jié)點是不認可這個區(qū)塊的，不會沿著這個區(qū)塊繼續(xù)往下挖，而是繼續(xù)沿著之前的區(qū)塊往下挖下一個區(qū)塊。

舊的節(jié)點不認可大的區(qū)塊，小的區(qū)塊新舊節(jié)點都認可。

假定大多節(jié)點都是新節(jié)點，即更新了軟件支持新的協(xié)議，因為“大多數(shù)”即是其算力更強，新節(jié)點的新區(qū)塊的分叉很快就比舊節(jié)點的分叉長了

對新節(jié)點而言，上下兩條鏈都是合法鏈，但因為只會去擴展最長合法鏈，所以還是會沿著上面的鏈往下挖。因為只是約束了大小不到4M就可以，新節(jié)點也可能挖出一些大小不到1M的區(qū)塊

這樣的區(qū)塊是新舊節(jié)點都承認的，但上面這條鏈上有舊節(jié)點認為不合法的區(qū)塊，所以舊節(jié)點始終不會去擴展這條鏈，還是繼續(xù)沿著下面這條鏈往下挖

這樣的分叉是永久性的，只要這些舊節(jié)點不更新軟件，這樣的分叉就不會消失。比特幣網(wǎng)絡中，會有部分很保守的人，像這樣的協(xié)議更新勢必會有一些節(jié)點不同意，產(chǎn)生硬分叉。

出現(xiàn)硬分叉之后，出現(xiàn)了兩條平行運行的鏈，兩條鏈上的BTC也是不相干的，各挖各的礦。在某條鏈上的出塊獎勵，對于認可這條鏈為最長合法鏈的節(jié)點而言是有效的，對認可另一條鏈的則是無效的，而分裂之前產(chǎn)生的BTC則是在兩條鏈上都認可的。從這個意義上來看，硬分叉可以認為是產(chǎn)生了新的一種加密貨幣。

在硬分叉后設置chain ID，來標識這兩條鏈為兩條獨立的鏈

軟分叉（soft fork）

如果對比特幣協(xié)議加了一些限制，使得原本某些合法的交易或區(qū)塊，在限制后的新協(xié)議中變得不合法，那么形成的分叉是軟分叉。

假設對軟件進行更新：使區(qū)塊大小變小，從1M變?yōu)?.5M。假設大多節(jié)點是新節(jié)點，即已經(jīng)更新了協(xié)議，區(qū)塊限制為0.5M；少部分節(jié)點是舊節(jié)點，仍然認定區(qū)塊限制為1M。

這時，新節(jié)點挖出的區(qū)塊，舊節(jié)點會認為是合法的（因為在1M以內）；但是舊節(jié)點挖出的區(qū)塊，新節(jié)點很可能不認為是合法的（因為很可能不在0.5M內）：

因為新節(jié)點占了大部分算力，所以很可能先挖到某個區(qū)塊，出現(xiàn)上圖的情況。這時舊節(jié)點觀察到上面那條是最長合法鏈，就會放棄自己的分叉，接著上面的鏈繼續(xù)挖。

某個時刻，舊節(jié)點先于新節(jié)點挖出一個區(qū)塊，將其上鏈：

這個區(qū)塊大于0.5M，新節(jié)點不認，會繼續(xù)擴展上一個合法的區(qū)塊。

所以在這種情況下，會持續(xù)出現(xiàn)軟分叉，只要舊節(jié)點不更新協(xié)議，挖出的區(qū)塊就一直無法上鏈。相比硬分叉，軟分叉即是非永久存在的分叉，只會臨時存在一段時間。

實際中情形

給某些目前協(xié)議中沒有規(guī)定的域增加新的含義

這種情況下即是當前協(xié)議中未限制的一些域，被賦予了新的規(guī)則。一個例子就是鑄幣交易的CoinBase域，沒人規(guī)定也沒人檢查。前面學習挖礦難度時，提到這個域可以作為extra nonce來使用，比如拿出前8個字節(jié)來和nonce一起調整，以增大挖礦的搜索空間。

CoinBase即便拿出了前8個字節(jié)，后面還是有很長的可調整空間。有人就提出將其作為UTXO（未花費的交易輸出）的根哈希值，因為目前這個UTXO集合只是每個全節(jié)點自己在維護，目的就是快速查找，判斷交易合法性，這個集合的內容沒有寫到區(qū)塊鏈里。

Merkle proof可以證明某個交易存在于某個區(qū)塊中，那么如何證明某個賬戶A中有多少錢？全節(jié)點可以在本地的UTXO集合里算一下，即找到UTXO中所有轉賬給A的交易的輸出，加在一起。

但如果是輕節(jié)點呢？例如手機上的比特幣錢包。輕節(jié)點要去請求全節(jié)點，全節(jié)點返回結果給它，如何證明全節(jié)點返回給輕節(jié)點的是正確的呢？輕節(jié)點自己沒有維護一個UTXO集合，所以是證明不出來的。

因此有人提出將UTXO中的交易也組織成一個Merkle Tree，將其根哈希值寫在鑄幣交易的CoinBase域里面，而鑄幣交易中的此內容也會隨著影響交易的Merkle Tree的根哈希值，這在輕節(jié)點里是保存了的。所以在這種方式下就可以像Merkle proof的方式一樣證明賬戶里有多少錢，需要提供UTXO的Merkle Tree對應位置的哈希。

增加新的功能

P2SH（Pay to Script Hash）形式的交易腳本，最開始的比特幣系統(tǒng)中是沒有的，是后來通過軟分叉的方式加進去的。

總結

硬分叉特點：只要系統(tǒng)中半數(shù)以上（算力）的節(jié)點更新了軟件，就不會出現(xiàn)永久性的分叉。這類分叉為軟分叉

軟分叉特點：必須系統(tǒng)中所有（算力）的節(jié)點都更新了軟件，才不會出現(xiàn)永久性的分叉。

參考資料

1、【區(qū)塊鏈學習筆記】10：比特幣系統(tǒng)中的分叉

總結

以上是生活随笔為你收集整理的[北大肖臻-区块链技术与应用笔记]第八节课——BTC 分叉的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。