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【BTC】分叉

news 2025/10/31 11:39:52

一、分叉的定义与原因

二、硬分叉

2.1 硬分叉后的加密货币与社区分裂

三、软分叉

一、分叉的定义与原因

分叉指原来的一条链分成两条链。其产生原因多样，比如挖矿时两个节点几乎同时挖到矿，都可发布区块，会出现临时性分叉，即 state fork；分叉攻击也属于 forking attack，不过这是人为故意造成的分歧；另外，比特币协议改变时，由于去中心化系统无法保证所有节点同时升级软件，部分节点未升级或不同意协议修改，也会导致分叉，这种叫 political fork。

在该部分内容中，老师详细讲解了比特币系统中分叉的定义，以及从不同角度产生分叉的原因，具体如下：

分叉的定义：老师明确指出，在比特币系统中，分叉指的是原本的一条区块链，现在分裂成了两条链，这种现象就被叫做分叉。
分叉产生的原因：
- 挖矿导致的临时性分叉（state fork）：在挖矿过程中，如果有两个节点差不多在同一个时候挖到了矿，按照规则，这两个节点都可以发布区块。在这种情况下，就会出现一个临时性的分叉，老师将这种分叉称为 state fork。例如，在正常的挖矿竞争中，两个幸运的节点几乎同时计算出了符合要求的新区块，它们分别将自己挖到的区块广播到网络中，此时就会形成两条不同的链，这便是 state fork 的情况。
- 分叉攻击导致的分叉（deliberate fork）：老师提到之前讲过的分叉攻击例子，分叉攻击也属于 state fork 的一种类型。不过与普通的 state fork 不同，分叉攻击中的意见分歧是故意造成的，是人为干预的结果，所以有时候也将其称为 deliberate fork。比如，某些恶意攻击者为了达到特定目的，如获取更多利益或破坏系统稳定，故意制造分叉情况，干扰正常的区块链运行。
- 比特币协议改变导致的分叉（political fork）：当比特币的协议发生改变时，就需要进行软件升级。然而，在一个去中心化的系统里，升级软件时无法保证所有的节点同时都升级软件。假设大部分节点进行了软件升级，而少数节点因为各种原因没有升级，比如还没来得及升级，或者不同意对协议的修改（社区中部分人不支持协议的改动），那么这时就会出现分叉。这种由于对比特币协议产生分歧，使用不同版本协议而造成的分叉，老师将其称为 political fork。例如，当比特币社区讨论对某个关键协议进行修改时，一部分节点按照新协议升级了软件，而另一部分节点坚持使用旧协议，从而导致区块链分裂成两条链。

二、硬分叉

对比特币协议增加新特性、扩展新功能时，如果旧节点不认可新特性，认为其非法，就会产生硬分叉。以比特币区块大小限制为例，有人认为 1 兆的限制影响交易吞吐量并增加延迟，假设将区块大小限制从 1 兆增加到 4 兆，多数算力节点更新软件认可 4 兆，少数旧节点仍认为是 1 兆。新节点挖出的 4 兆大区块旧节点不认可，旧节点挖出的小于 4 兆的区块新节点认可，但因多数算力在新节点，新节点会沿大区块所在链继续挖，旧节点则沿自己认可的链挖，若旧节点不更新软件，分叉将永久存在。

在这部分内容中，老师详细讲解了硬分叉的概念、产生的原因、具体的例子、节点对不同区块的认可情况、分叉后的结果以及硬分叉名称的由来，具体如下：

硬分叉的概念：当对比特币协议增加一些新的特性、扩展新的功能时，那些没有升级软件的旧节点会不认可这些新特性，认为这些特性是非法的，此时就对比特币协议的内容产生了意见分歧，从而导致硬分叉。
硬分叉产生的原因：主要是由于对协议进行了较大的改动，增加新特性和功能，使得新旧节点对协议的理解和执行出现差异。
硬分叉的例子：以比特币中的区块大小限制为例，比特币规定每个区块最多为 1 兆。但有些人认为这个限制太小，影响了比特币的吞吐量（throughput），增加了交易延迟。经计算，1 兆约为 100 万个字节，一个交易差不多 250 个字节，这样一个区块大约能容纳 4000 个交易，而平均每 10 分钟产生一个区块，换算下来每秒大约处理 7 笔交易，与信用卡公司（如 Visa、Master Card）以及很多电商网站的每秒交易量相比，这个吞吐量非常低。所以有人提出要增加区块大小限制，假设发布一个软件更新，把区块大小限制从 1 兆增加到 4 兆。

节点对不同区块的认可情况：假设大多数节点（按照算力计算，即系统中拥有大多数哈希算力的节点）更新了软件认可 4 兆的区块大小限制，少数节点没有更新仍认为是 1 兆。新节点挖出的比较大（如 4 兆）的区块，旧节点是不认可的，所以旧节点不会从这个区块往下继续挖；而旧节点挖出的区块，新节点是认可的，因为新节点规定的是不能超过 4 兆，小于 4 兆的区块符合要求。
硬分叉后的结果：新节点认为上下两条链都是合法的，但上面包含大区块的链是最长合法链，所以新节点会继续沿着这条链挖，并且由于新节点算力足够多，会使这条链变得越来越长；旧节点则认为下面的链才是合法的，上面的链无论有多长都是非法的，所以旧节点会沿着下面的链挖。虽然新节点也可能挖出一些大小不到 1 兆的区块，这些区块是新旧节点都认可的，但由于上面的链存在非法的大区块，旧节点不会认上面的链。

硬分叉名称的由来：只要这部分旧节点不更新软件，这个分叉就不会消失，这种分叉是永久性的，所以将其称为硬分叉（hard fork）。同时，老师还提到比特币社区中有些人比较保守，不同意提高区块大小限制，而且区块大小也不是越大越好，因为比特币系统底层是 P2P 网络，传播主要采用 flooding 方式，对带宽消耗大，带宽是瓶颈。

2.1 硬分叉后的加密货币与社区分裂

硬分叉后变成两条平行运行的链，有各自的加密货币，分叉前的加密货币在两条链上都认可，会出现类似一个拆成两个的情况，如以太坊分叉出 ETH 和 ETC，社区也会因对协议修改的分歧而分裂。分叉后若不采取措施，两条链会相互影响，后来通过分叉后的链各加一个chain id 将两条链分开，就解决了这个问题，相当于把分叉后的两条链完全独立运作，互不影响。

在 “硬分叉后的加密货币与社区分裂” 这部分内容中，肖臻老师结合实际例子，详细阐述了硬分叉后加密货币的变化以及社区的分裂情况，具体如下：

硬分叉后加密货币的情况：出现硬分叉后，原本的一条链会变为两条平行运行的链，且彼此拥有各自的加密货币。对于挖矿奖励，在各自的链上都是被认可的，两条链都会继续向下扩展。以比特币硬分叉为例，分叉后产生的两条链会分别发展，各自的矿工在自己认可的链上挖矿并获得相应奖励。
分叉前加密货币的处理：分叉之前的加密货币，按道理会变成上下两条链都认可的情况，即原本的一个加密货币会拆分成两个。例如以太坊分叉的例子，最初的以太坊（ETH）在经历一次事件后发生了分叉，产生了以太坊经典（ETC）。其中 ETC 是保留了原来协议的链，而 ETH 是经过调整（有人攻击 ETH 上的智能合约 The DA，以太坊社区将黑客偷到的钱重新分配退回给投资者）后的链。分叉前的一个以太币，在分叉后实际上变成了两个，分别存在于 ETH 和 ETC 两条链上。
社区的分裂：硬分叉会导致社区分裂，社区中的成员会因对协议修改的意见分歧而分成不同阵营。一部分人认为某一条链才是正统、未经过篡改的，而另一部分人则持有相反观点。例如在比特币或以太坊的硬分叉事件中，社区成员对于协议的修改存在争议，最终导致不同群体支持不同的链，按照各自认可的规则继续运行和发展。
分叉后两条链的相互影响及解决措施：在分叉刚完成时，如果不采取一些措施，两条链会相互影响。因为原本是一条链，账户、私钥等在分叉初期是相同的，而两条链运行的协议不同，账户余额等也应不同。曾出现过实际案例，如在 ETH 和 ETC 分叉后，有人将一条链上的交易在另一条链上回放，导致意外情况发生（如原本只想在 ETH 链上转账，结果在 ETC 链上也进行了转账，使得接收方收到两笔钱）。为解决这个问题，后来在两条链上各加了一个chain id将它们分开，目前以太坊分裂的链已不存在此类问题。

三、软分叉

对比特币协议加限制，使原来合法的交易或区块在新协议中可能变得不合法，进而引起软分叉。例如将区块大小从一兆变小到 0.5 兆，新节点挖的小区块旧节点认可，旧节点挖的大区块新节点不认，但最终旧节点会迁移到新节点的链上，软分叉是临时性的。

肖臻老师在讲解软分叉部分时，从软分叉的出现情况、举例说明、实际案例以及软分叉特点总结等方面进行了详细阐述，具体内容如下：

软分叉的出现情况：当对比特币协议增加一些限制后，原本合法的交易或合法的区块，在新的协议中可能变得不再合法，这种情况就会引起软分叉。
软分叉的举例说明：以区块大小调整为例，假设有人发布软件更新，将区块大小从 1 兆变小为 0.5 兆。此时存在新节点和旧节点，大多数是新节点，新节点认为区块大小限制是 0.5 兆，旧节点仍认为是 1 兆。分叉后，新节点开始挖不超过 0.5 兆的小区块，旧节点可能挖出大区块。新节点挖出的小区块旧节点认可，而旧节点挖出的大区块新节点不认，新节点会认为旧节点挖出的是非法链，新节点会按照比特币协议扩展最长合法链，即沿着自己挖出的小区块的链继续扩展。最终，旧节点看到新节点的链成为最长合法链后，会放弃自己所在的分叉，切换到新节点的链上。这表明软分叉是临时性的，如果旧节点不更新软件，它们挖出的大区块可能会白挖，且即便切换到新链后，若再次挖出不被新节点认可的大区块，仍可能出现问题，会再次出现临时分叉，旧节点可能会面临挖矿成果不被认可的情况，但系统不会产生永久性的分叉。

实际中可能出现软分叉的情况：
- 赋予新含义和规则：给某些目前协议中没有规定的部分增加一些新的含义，赋予它们新的规则。例如 coin base 域，在每个发布的区块里有一个铸币交易（coin base transaction），其中的 coin base 域原本用途未规定且无人检查。在挖矿难度方面，曾将其前 8 个字节用于增加挖矿时的搜索空间（与 block header 里的 nes 结合，使搜索空间从二的 32 次方提升到二的 96 次方），而该域不止 8 个字节，剩余字节有人提议作为 utxo 集合的根哈希值。因为 block header 不便再修改，而这个域正好无人使用，将 utxo 集合组织成一棵默克尔树，其根哈希值写入 coin base 域，最终网上传递时会传递到 block header 里的根哈希值中。这样，若有人发布软件更新规定 coin base 域按此要求填写，多数节点升级软件，少数节点未更新，此时产生的分叉就是软分叉。因为新节点发布的区块旧节点认为合法（旧节点不管其中内容），但旧节点发布的不按要求填写的区块新节点可能不认。
- pay to script hash：比特币历史上一个比较著名的软分叉例子是 pay to script hash，该功能在最初的比特币版本里没有，是后来通过软分叉加入的。花钱时，交易的输入脚本需跟前面币来源的交易的输出脚本拼在一起执行，验证分为两步，第一步验证输入脚本中给出的赎回脚本（redeem script）与前面输出脚本给出的 script 的哈希值是否匹配，证明输入脚本提供的 script 正确；第二步验证执行 redeem script，检查输入脚本里给出的签名是否合法。对于旧节点来说，它不知道这个特性，只会做第一阶段的验证，即验证 redeem script 是否正确，而新节点会做第二阶段的验证。所以旧节点认为合法的交易，新节点可能认为非法（若第二阶段验证不通过），而新节点认为合法的交易，旧节点肯定认为合法（因旧节点只验证第一阶段）。
软分叉的特点总结：只要系统中拥有半数以上算力的节点更新了软件，那么这个系统就不会出现永久性的分叉，可能会有一些临时性的分叉，但不会产生像硬分叉那样的永久性分裂情况。