探究OP_CAT的前世今生，比特币扩容时代到来了吗？

原文作者：Biteye核心贡献者Wilson Lee

原文编辑：Biteye核心贡献者Crush

1. 简介

比特币无法实现通用计算是众所周知的限制，包括以太坊在内的一大批老牌公链都致力于突破这一限制，将通用计算带入区块链，而比特币则牢牢坐稳了数字黄金的地位。

在铭文、符文等比特币新资产爆发之后，市场意识到了数字黄金扩容的巨大潜力，各种比特币扩容计划纷纷涌现，一片繁荣景象，其中最受瞩目的当属OP_CAT回归计划。

随着OP_CAT的引入，STARK技术将能够帮助比特币实现零知识证明的验证，从而为比特币引入真正的通用算力。

今年7月，StarkWare启动了$100万的OP_CAT研究基金，用于推动对比特币上激活OP_CAT的利弊研究。不难看出，StarkWare有很大的潜力在比特币OP_CAT时代展现自己的实力。

II. OP_CAT的过去和现在

OP_CATs 出发

OP_CAT 是比特币脚本中的一个操作码，将堆栈中的两个元素连接成一个。这在构建复杂的交易脚本时非常有用，可以增加脚本的灵活性。

比特币脚本是一种基于堆栈的编程语言，操作码是底层的基本指令。比特币脚本利用这些操作码来实现条件判断、签名验证等功能，但其计算能力相对有限。

以太坊通过引入虚拟机（EVM）赋予了区块链更强大的计算能力。EVM 允许开发者编写任意复杂的智能合约。EVM 也依靠操作码向计算机发出基本指令，类似于比特币的操作码，但功能更为广泛。

核心在于比特币的操作码主要用于验证交易的有效性，而以太坊的操作码则用于执行更为复杂的逻辑，这种差异使得以太坊可以实现通用计算，而比特币的计算能力则相对有限。

区块链的去中心化特性决定了计算资源非常宝贵，因此需要防止恶意攻击（如DDOS）过度消耗资源。以太坊采用gas limit 来控制每笔交易的计算资源消耗，当gas消耗完后，交易停止执行，防止整个以太坊网络陷入对某笔交易无休止的计算。

OP_CAT可以通过连接堆栈元素在单次计算中引入更多逻辑，这赋予了比特币脚本一定的灵活性，但也面临着DDOS的风险。

出于安全考虑，中本聪在2010年删除了OP_CAT操作码，以减少攻击面，这也导致比特币失去了一定的脚本灵活性，特别是在需要数据拼接的时候。

OP_CAT 的回归之路：扩张与争议

随着比特币网络的不断扩大以及更多功能需求的出现，社区开始重新审视OP_CAT，认为其可能在扩容计划中发挥重要作用。

近年来，关于重新引入 OP_CAT 的讨论不断升温，尤其是其与比特币扩容和智能合约的潜在联系。同时，随着 Taproot 等比特币协议的更新，安全性和内存占用方面的担忧逐渐得到解决，重新启用 OP_CAT 的呼声也开始高涨。

2023年10月，开发人员Ethan Heilman和Armin Sabouri提出的OP_CAT提案受到广泛关注。

该提案旨在通过软分叉恢复OP_CAT操作码，这将大大提高比特币脚本的功能性，特别是Tapscript（比特币Taproot交易脚本语言）中复杂合约功能的实现。

随着铭文和符文的火爆，今年围绕OP_CAT的讨论也愈发正式，在社区的推动下，OP_CAT提案正式被编号为BIP-420（BIP即比特币改进提案）。

该编号后来被改为BIP-347。BIP-347的主要目的是引入更复杂的条件（即协议），从而允许更复杂的智能合约、跨链桥和链上交易。该协议的实现将能够在比特币中引入诸如保险库式交易、可逆支付、定期支付、复杂金融工具（如托管和债券）等功能。

OP_CAT 可以带来潜在的好处，但也面临一些挑战。例如，实施这一改进可能会增加比特币的复杂性，带来安全性和网络分叉的风险。此外，一些社区成员担心新功能可能会影响比特币的简单性和普及性。

因此OP_CAT的回归带来的影响需要继续讨论和探索。

3. 为什么选择 STARK

STARK 是由 StarkWare 开发的零知识证明系统。与众所周知的 SNARK 类似，STARK 也通过将复杂程序的执行过程转化为易于验证的零知识证明来实现扩展。此方法可以大大降低大量交易的计算复杂度，并快速验证其正确性。

零知识证明的基本思想

零知识证明技术的核心思想是将复杂计算的结果转化为可以快速验证的简单命题，验证者不需要重新执行计算过程就能确认结果的正确性。

比如一个复杂的计算过程需要几秒甚至几分钟才能完成，验证者想要验证计算的结果，最直接的方式就是花几秒甚至几分钟的时间重复计算，但如果将整个计算过程转化为零知识证明，验证过程就可以压缩到几毫秒。

STARK 和 SNARK 之间的技术差异

STARK与SNARK的关键区别在于所使用的数学基础，即采用什么样的数学方法来计算和验证零知识证明。

SNARK主要依赖于椭圆曲线配对运算，这种运算方式虽然可以实现简洁的零知识证明，但是不涉及哈希运算，另外SNARK运算依赖于椭圆曲线的性质，这可能会限制其应用场景。

与 SNARK 不同，STARK 完全依赖哈希函数和多项式承诺作为其核心操作。哈希函数是比特币等区块链系统中广泛使用的加密工具，它通过将任意长度的输入映射到固定长度的输出来提供高效的计算和强大的安全性。

兼容性：STARK 和比特币

由于比特币系统本身是围绕哈希计算建立的，这使得STARK的运行方式与比特币原生的运行方式高度一致。

STARK的哈希运算可以更直接地与比特币现有的哈希逻辑相结合，这种适应性意味着STARK可以在不对比特币现有的计算机制进行较大改动的情况下，在比特币网络上更高效地实现零知识证明。

为什么 OP_CAT 是先决条件？

OP_CAT 用于连接堆栈中的元素，这对于构建复杂的零知识证明验证脚本至关重要。通过 OP_CAT，比特币脚本可以更灵活地处理多个数据段的组合，从而支持验证过程中更复杂的逻辑结构。这使得 STARK 的引入成为可能，因为 OP_CAT 提供了实现 STARK 证明验证所需的脚本能力。

具体来说，OP_CAT的引入使得比特币能够支持STARK证明所需的复杂数据操作，例如串联、验证、迭代等操作。这些操作在零知识证明的生成和验证中都是必不可少的。通过OP_CAT，比特币可以在不引入图灵完备性的情况下，保持高效的验证和安全性，从而实现STARK在比特币网络上的应用。

四、总结与展望

比特币扩容作为行业新主线，对行业可持续发展至关重要，而在这一赛道上，StarkWare凭借在零知识证明和扩容技术方面的领先优势，展现出了强大的创新能力。

但STARK的成功应用还有赖于OP_CAT等功能的进一步开发，期待各技术团队在此领域继续努力与探索，共同推动比特币生态的进化。

展望未来，随着OP_CAT的推出，StarkWare有望在这个新时代大放异彩，进一步巩固其在区块链扩容领域的领先地位。我们看好StarkWare在推动比特币扩容和提升网络性能方面的潜力，期待他们为区块链技术带来更多突破和创新。

风险提示：以上内容仅供参考，不作为投资建议，请读者自行遵守当地法律法规。

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