看不懂区块链分叉，怎敢自称技术“老司机”
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比特币现金（BCH）在北京时间2018年11月16日凌晨实现了一次软件升级。与以往数次软件升级不同的是，这一次升级的前后伴随着大量的争议和激烈的对抗，对立的双方甚至以“战争”的姿态投入到这个过程中。现在网上已经有不少文章对此做了介绍，其中既有对事件过程的直击播报[1]，也有对事件背景的深刻分析和解读[2]。 本文试图从技术角度分析一下，在区块链节点软件升级的过程中会发生什么情况，为什么会出现分叉，以及出现分叉之后区块链的走向。 为什么会分叉？ 节点软件承载着共识算法，当部分节点的软件升级到新版之后，由于互相之间的共识算法不完全一致，在面对新挖出的区块时，会按照各自共识算法的要求做出取舍，把自己认为合法的区块纳入主链。于是在区块链网路里就会出现不同的主链，各自被一部分矿工节点所拥护并在其上开挖新块，这就是分叉。 本文只讨论这种由于共识算法差异所产生的分叉，至于因网络传播速度差异等原因导致的分叉则不在讨论范围内。 不一致的共识算法之间可能存在着一定的兼容性，不同的组合情况决定了分叉最后的归宿。 新旧版本软件之间兼容性的各种情况 以下内容可能会比较拗口，为了方便表达，先定义两个简称—— 旧版块：旧版软件挖出的新区块 新版块：新版软件挖出的新区块
YA：任何版本都会承认版本升级前的历史 YB：任何版本都会承认自己挖出的新区块 YC：旧版软件接受新版块（具有前向兼容性） ND：旧版软件不接受新版块（不具有前向兼容性） YE：新版软件接受旧版块 NF：新版软件不接受旧版块 注：前向兼容性（forward compatibility）是指当一个软件推出新版本之后，以前的旧版软件仍然能够接受并处理新版软件输出的数据。比如用Word 2013保存的文件能够用Word 2011打开并继续编辑。 为什么有时候兼容有时候不兼容？ 旧版软件对新版块的兼容性（YC/ND）往往是版本升级本身的内容决定的，比如扩容（区块尺寸从8M调整为32M），这时候新版块在旧版软件看来就是非法的（ND）；而像升级后禁用某个操作码，这时候新版块在旧版软件看来是合法的（YC）。 新版软件对旧版块的兼容性（YE/NF）有可能是版本升级本身的内容所决定，比如扩容，这时候旧版块在新版软件看来就是合法的（YE）；而像升级后禁用某个操作码，这时候旧版块在新版软件看来是非法的（NF）。但NF也可能只是一种升级策略上的选择，比如希望强制升级，这一点后文会有论述。 4种升级场景中不同软件版本所面临的局面 这4种场景对比着看，是有对称性的： S1和S4正好是相反的场景。S1是两个版本互相接受，一起愉快地玩耍；S4是两个版本互相不接受，各玩各的。 S2和S3这一对，如果抛开新版/旧版之间的传承关系，就当作是甲、乙两个独立的版本来看待，其实是同一种情形，一个版本单向地接受另一个版本。 设甲接受乙，而乙不接受甲，那么： ? 使用甲版本的矿工节点 两个分叉对于他来说都是合法的，他会接受最长链作为自己工作的新起点。 挖出的新区块只能被同类矿工节点（同样使用甲版本）接受。如果网络内同类节点数量（不是算力！）不占优势，则挖出来的新区块无法有效传播，就无效了。 ? 使用乙版本的矿工节点 两个分叉中只能接受其中一个作为自己工作的起点。所有同类矿工节点只能顽固地坚守在这一个分叉上。 如果网络内同类矿工节点算力占优势，最终会替掉另一叉。 只要自己不放弃，无论如何自己这叉不会消失，已付出的工作量会保持有效。 硬分叉与软分叉的区别 S2和S3同样是产生了分叉，为什么一个软一个硬呢？可以这么理解，正是因为有了“新/旧”的对比，才导致了这种区别，旧版软件的前向兼容性是两者的分水岭[3]。当部分节点升级到新版之后，产生了分叉，分叉的软和硬是站在旧版节点的立场上来说的。 S2场景下，旧版节点会认为两个分叉都是合法的，按照以往的逻辑同等看待两个分叉，哪个长就接受哪个，所以这个分叉是“软”的。 S3场景下，有一个分叉是不合法的，旧版节点肯定不会接受它，所以这个分叉是“硬”的。 当使用旧版软件的矿工节点面临硬分叉的时候，他就不得不做一个艰难的决定：是坚守自己的版本还是更新到新版本。比如当初BCH与btc分道扬镳的时候，一部分矿工选择了坚守在原来那条链上，继续运行BTC；而另一部分则选择更新到新版本，转而接受另一条链，这意味着进入了一个新的分叉币世界。 当然，硬分叉之后，哪一条链能够继续享有原来的名字，这就不是技术问题了，而是社区的认可（交易所的认可）决定的。比如BCH从BTC分叉出来的时候，BTC这个名字被原来的那条链继续享有，分叉出来的就是BCH；而BCH历史上几次重要的硬分叉，都是分叉出来的链沿用BCH这个名字，原本的链则被弃用了；BCH刚刚完成的这次硬分叉，目前看基本结论是吴忌寒阵营ABC版本产生的新链能够继续享有BCH这个名字，而CSW阵营的BSV版本则坚守在原链上，反倒沦为分叉币，那个分叉币发展如何还有待观察，但大概率是不会享有BCH这个名字了。 两种硬分叉的区别 S3与S4两种场景，站在旧版节点的立场上来说，都是不接受新版块，所以都是硬分叉。但对于新版节点而言，是否能够接受旧版块，结果是不同的。 作为硬分叉的主导者，他的目的是推广新版软件，希望尽快结束过渡期。基于这种诉求，ND+NF（新版软件不接受旧版块）会比ND+YE（新版软件接受旧版块）更有优势。 NF还是YE（新版软件是否接受旧版块）？前面提到，这个事情可能取决于软件升级本身所涉及的内容，但有时候升级所发生的改变并不排斥旧版块（比如扩容），那么是否接受旧版块就可以是一个策略选择。升级（硬分叉）的主导者往往与新版软件的提供者是一体的，他们可以在新版软件中设置对自己有利的安排。 设想一种极端情况，假定吴忌寒希望支持ABC团队完成一次硬分叉升级，吴控制的矿池调集了占BCH全网50%的算力启用了新版软件，其他所有矿工节点暂时停留在旧版软件上。 如果新版软件选择了YE方式，吴矿池虽然有50%的概率率先挖出新块，但没有人替他传播，只有他自己在这个叉上工作，而其他节点都在挖另一个叉，一旦那个叉长度占优，吴矿池会接受那个叉继续工作，实际上就是把自己前面的工作报废掉了。 为了保证不浪费，就要确保自己的独特叉永远长度占优（保持超过全网50%的算力），等待局势发生变化（更多的矿工节点升级到新版）。 而如果新版软件选择NF方式，就简单很多了，吴矿池不会接受另一个分叉，一心一意挖自己的叉，其算力占全网算力的比重低一些也不会导致自己这个叉被吃掉，可以更从容地等待变化来临。 所以，从主导者的角度来看，尤其是投入算力支持的主导者，选择NF会让升级过程更简单，更干脆，减少变数，避免经济损失。当然，这也是一条不归路，虽然自己在这个叉上投入的工作量会一直保持有效，但如果这个分叉最终被市场抛弃，那么一切投入都会归零。 BCH在2018年11月16日实施的这次升级包含两项更新： 1）对区块内交易增加规范交易排序（CTOR）； 2）增加两个操作码（OP_CHECKDATASIG和OP_CHECKDATASIGVERIFY）。 简单分析不难判断，第1条是YC+NF的，第2条是ND+YE的，综合下来就是ND+NF的，所以这是一次属于S4场景的硬分叉。 既然这样，分叉后两条链各行其道，谁也不会“吃掉”谁，为什么还要不惜血本调集大量算力进行这种隔空搏杀呢？我想这里面可能有两个原因： 一个是要争夺BCH的冠名权。分叉之后，哪条链才是正宗的BCH，哪条是分叉币？一般惯例是“最长链”胜出。目前看吴阵营已经达到了预期的目的。（注：这里的最长链指的是最大累积难度，而不是单纯指区块链的高度） 另一个就是“护法”。这次硬分叉的反对方CSW来势汹汹，放言要对新链进行攻击。新链初生，江湖地位不稳，所以调集算力进行保护是有必要的。不过截至目前，据称在新链上并未发现明显的被攻击迹象。随着新BCH地位稳固，被社区广泛接受，CSW再要实名发起攻击就要承担更多的社会压力了。 |
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