探寻OP_CAT的前生今世，比特币扩容时代将至？

原文作者：Biteye 核心贡献者 Wilson Lee

原文编辑：Biteye 核心贡献者 Crush

一、导读

比特币无法实现通用计算是人尽皆知的局限，包括以太坊在内的大量古早公链致力于突破该局限，为区块链带来通用计算，比特币则稳坐“数字黄金”的位置。

在铭文、符文等比特币新资产爆火后，市场认识到了为“数字黄金”扩容的巨大潜力，各式各样的比特币扩容方案争相登场，形成了一片繁荣的局面，其中备受瞩目的莫过于 OP_CAT 回归的方案。

在引入 OP_CAT 的条件下，STARK 技术将能够助力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计算能力。

在今年 7 月，StarkWare 发起了 100 万美金的 OP_CAT 研究基金，旨在推动有关在比特币上激活 OP_CAT 的利弊的研究。不难看见，StarkWare 在比特币 OP_CAT 时代有巨大的潜力展现其实力。

二、OP_CAT 的前生今世

OP_CAT 的离开

OP_CAT 是比特币脚本中的一个操作码，其功能是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，能够提高脚本的灵活性。

比特币脚本是一种基于堆栈的编程语言，操作码（OpCode）是其底层的基本指令。比特币脚本通过这些操作码来执行条件判断、签名验证等功能，但计算能力相对有限。

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 同样要靠操作码对计算机发布基础指令，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复杂的逻辑。这种区别使得以太坊能够实现通用计算，而比特币的计算能力则相对有限。

区块链的去中心化特点决定了计算资源非常宝贵，因此需要防止恶意攻击（如 DDOS）来过渡消耗资源。以太坊通过 gas limit 来控制每笔交易的计算资源消耗，gas 消耗完毕，交易即停止执行，防止整个以太坊网络陷入一笔交易的无休止计算。

OP_CAT 能够通过连接堆栈元素，为单笔计算引入更多的逻辑，这赋予了比特币脚本一定的灵活性，但同样也面对着 DDOS 的风险。

中本聪出于安全性的考虑，于 2010 年删除了 OP_CAT 操作码，以减少攻击面，这也使得比特币丧失了一定的脚本灵活性，尤其是在需要拼接数据时。

OP_CAT 的回归之路：扩容与争议

随着比特币网络的扩展和更多功能需求的出现，社区开始重新审视 OP_CAT，认为它可能在扩容方案中发挥重要作用。

近年来，重新引入 OP_CAT 的讨论不断加热，尤其是在其与比特币扩展和智能合约的潜在联系上。同时，随着 Taproot 等比特币协议的更新，安全性和内存使用等方面的顾虑逐步得到解决，重新启用 OP_CAT 的呼声开始上升。

2023 年 10 月，由开发者 Ethan Heilman 和 Armin Sabouri 提出的 OP_CAT 提案得到了广泛关注。

该提案旨在通过软分叉恢复 OP_CAT 操作码，这将大幅提高比特币脚本的功能性，特别是在 Tapscript（比特币 Taproot 交易脚本语言）中实现复杂的合约功能。

随着铭文和符文的爆火，围绕 OP_CAT 的讨论在今年变得更加正式。在社区的推动下，OP_CAT 提案正式获得了 BIP-420 （BIP 为比特币改进提案）的编号。

该编号后来更改为 BIP-347 。BIP-347 的主要目的是引入更复杂的条件（即“协定”），从而允许更复杂的智能合约、跨链桥、和链上交易。协定的实现将能够在比特币中引入如“保险库”式交易、可逆支付、定期支付、复杂的金融工具（如托管和债券）等功能。

OP_CAT 能够带来潜在的好处，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，部分社区成员担忧新功能可能影响比特币的简单性和普及性。

因此，OP_CAT 的回归的影响还需要持续的讨论和探索。

STARK 与 SNARK 的技术差异

STARK 和 SNARK 的关键区别在于它们所使用的数学基础，即使用什么样的数学方式进行零知识证明的计算和验证。

SNARK 主要依赖于椭圆曲线配对运算。这种运算方式虽然能够实现简洁的零知识证明，但它并不涉及哈希运算。此外，SNARK 的运算依赖于椭圆曲线的性质，这使得它在某些应用场景中可能会受到限制。

与 SNARK 不同，STARK 则完全依赖于哈希函数和多项式承诺作为其核心运算。哈希函数是一种在比特币等区块链系统中广泛使用的密码学工具，它通过将任意长度的输入映射为固定长度的输出，提供了高效的计算和强大的安全性。

为何 OP_CAT 是前提？

OP_CAT 的作用在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，比特币脚本能够更灵活地处理多个数据段的组合，从而在验证过程中支持更加复杂的逻辑结构。这使得 STARK 的引入成为可能，因为 OP_CAT 提供了必要的脚本能力来实现 STARK 证明的验证。

具体而言，OP_CAT 的引入可以让比特币支持 STARK 证明所需的复杂数据操作，如拼接、验证和迭代运算。这些操作在零知识证明的生成和验证过程中是不可或缺的。通过 OP_CAT，比特币可以在不引入图灵完备性的情况下，依然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

比特币的扩容作为行业的新晋主线，对行业的可持续发展至关重要。在这条赛道上，StarkWare 凭借其在零知识证明和扩容技术领域的领先地位，展现出了强大的创新能力。

然而，STARK 的成功应用仍然依赖于 OP_CAT 等功能的进一步发展。我们期待各类技术团队在这一领域的不断努力和探索，共同推动比特币生态系统的演进。

展望未来，随着 OP_CAT 的引入，StarkWare 有望在这个新时代绽放异彩，进一步巩固其在区块链扩容的领先地位。我们看好 StarkWare 在推动比特币扩容和提升网络效能方面的潜力，并期待他们为区块链技术带来更多的突破与创新。

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