区块链领域存在一个“不可能三角”，指去中心化、安全性和可拓展性三者最多只能的其二。比特币作为人类历史上第一种加密货币，在去中心化和安全性两个方面做到了极致，但在可拓展性层面却有所欠缺。对比特币网络来说：

• 每秒交易量 TPS = 每区块包含交易数 / 出块时间

• 每区块包含交易数 = 区块大小 / 每笔交易所占空间
  目前，比特币网络大概 10 分钟出块 1 次，每个区块空间为 1 Mb。假交易的平均大小为 0.25kb，那么一个区块约包含 4000 条交易信息，计算得到的 TPS 约为 7，即每秒只能处理 7 条交易，这显然不能满足快速增長的使用需求。

为了解决比特币的可拓展性问题，人们提出了多种解决方案，基本的可以分为 Layer 1、Layer 2 扩容方案两类

Layer 1 扩容方案：分叉和隔離見證

Layer 1 指比特币区块链本身，而Layer 1扩容方案则是指修改区块链本身的性质，从而提高TPS。

根据公式TPS = 区块大小 / (出块时间 * 每笔交易所占空间) ，提高区块大小，减少出块时间，压缩交易所占空间就成为了提高比特币TPS的直接思路。但受到物理世界信息传输速度的限制，减少出块时间将会大大降低系统的安全性，人们主要考虑的是另外两种思路——扩块和压缩交易空间。

比特币分叉：擴塊提高 TPS

“扩块” 就是提升每個區塊的容量大小，可说是提高比特币 TPS 的最直观方案。

歷史上，擴塊訴求導致比特币发生两次重大分叉，因而出現 BCH 及 BCHSV 這兩個新區塊鏈及代幣。分岔本質上是複製一份比特幣的核心代碼，並按訴求更改其中部分程式碼以實現性能的優化，然該方法仍有利弊需要權衡

比特幣分叉，源於社區對未來發展方向出現分歧

因為比特幣是一種開源的區塊鏈技術，它的發展由許多志同道合的社區成員共同維護。當社區成員對於比特幣的未來發展方向意見分歧時，就有可能導致分叉的發生。

例如，有社區成員可能希望提升比特幣的區塊容量，完成更好的可擴展性，以減少交易等待時間和費用。但另一些社區成員可能認為，應保有原來的區塊大小，以保證網路的安全性；又或是由於技術上的原因，對比特幣的共識協議有不同看法 … 以上類似的意見分歧，就有可能導致分叉的發生。

2017 年分叉出 BCH 比特幣現金，2018 年基於 BCH 分叉出 BCHSV

2017年8月，部分支持扩块升级的矿工集结算力，对比特币进行了分叉，产生了BCH（比特幣 Cash），并将比特币区块大小提升到了8Mb。到了2018年11月，BCH社群中的激进成员又分叉出BCHSV，支持所谓”超大区块“乃至”无上限区块“扩容方案。

區塊大小增加節點門檻提高，分叉後安全性無法保證

但最为扩容方案来说，简单加大区块容量存在诸多问题。随着单一区块大小的增加，单一节点的硬件负担也会显著提升，许多无力负担相关硬件的节点将会逐渐退出网络。

此外，区块大小增加而节点间数据传输速度、节点数据处理难以增加，这将使得比特币系统的安全性、稳定性遭到威胁。因此，大区块的扩容方案实际上是以去中心化和安全性为代价的。

Segwit 隔离见证 ：分離交易訊息以压缩數據大小

在比特币设计之初，中本聪将包含交易的区块大小限制在了1Mb，其中交易数据既包含相关交易基本信息，还包含交易参与者的签名信息。而隔离见证技术，则是通过把脚本签名从交易信息中分离出来，集中存放在区块头中，在不违背区块审核规定的情况下，变相将区块中所能包含的交易数目增加了约 40%

反映在比特币地址上，以 3 或 bc 等字符开头的是支持 Segwit 的钱包地址，以数字 1 开头的地址则是老地址

在 Blockchain.com 上查询近期的比特币出块信息，可以发现大多数区块都使用了 Segwit 技术。也由于此，这些区块的实际大小超过了1Mb。此外，2021年11月14日，比特币网络还在隔离见证的基础上进一步推动了Taproot升级，进一步提高了网络的稳定性、安全性和隐私性。

Layer2 扩容： Lighting Network 閃電網路

Layer2 扩容又称链下扩容，是指在主链外部进行扩容的性能解决方案，它通過在比特幣區塊鏈之上建立另一層網路，以提高比特幣網路的交易能力和效率

常见的 Layer2 解决方案有侧链（ Side Chain ）、Plasma、状态通道（ State Channels ）、Rollup等。对于比特币而言，最主要的 Layer 2 解决方案是 2015 年诞生的 Lighting Network 闪电网络

Lighting Network 閃電網路

比特幣閃電網路是一種分散式的支付系統，旨在使比特幣的交易更快速、更安全、更經濟。由於比特幣網路的交易需要經過多個節點的確認，才能被記錄到区块链上，因此交易的速度可能會很慢。

此外，每筆交易都需要付出交易費，這可能會使小額交易成本高昂。閃電網路的即是為解決以上問題而誕生

整合多用戶間的支付通道，匯總交易訊息發佈至主網

其本质上是在两个用户之间创建支付通道，从而实现链下交易（ 通常是小额支付 ），進而缓解主鏈交易需求，确保交易能够更快被处理。闪电网络节点能将多个用戶間的支付系统通道连接在一起，最后将所有的通道信息整合成一笔交易，发送到比特币主网进行永久记录

因此在支付通道中，只有第一笔和最后一笔交易在比特币区块链上生效，双方所有的其他交易都属于链下交易。

交易双方需要提交一定数量的比特币来启动支付通道，这一通道也将被保存在比特币区块链中，直至被停用或者关闭。交易双方可以在此支付通道中交易的比特币总量不超过提交的比特币数量，但可以无手续费地进行无限量笔交易。

閃電網路缺點：速度仍受限主鏈、節點安全性、使用門檻較高

乍看下閃電網路，似乎能很好解決比特幣的擴展性 ？其實不然，它至今仍未被大幅採用，仍有以下有限制：

1. 速度仍受限主鏈效能：閃電網路的交易速度仍然受到區塊鏈的限制，最大的交易速度只有每秒數十筆

1. 安全性問題：由於閃電網路是分散式的，因此它的安全性取決於各個節點的安全性。如果某個節點出現安全漏洞，那麼整個閃電網路就有可能受到影響

1. 使用難度問題：目前，閃電網路仍然存在使用難度問題

Highlights
比特幣相對去中心化、且 PoW 共識機制下安全性極高；然而最大的弱項是可擴展性不足，每秒平均處理 7 筆交易。為解決該問題的思路有，直接複製比特幣核心程式碼改良、依托主鏈實現的閃電網路
比特幣的兩次分叉分別誕生了 BCH 及 BCHSV，雖然提升區塊容量，提升交易速度；但隨區塊大小提高，對於節點硬體要求提升會失去小節點，進而影響去中心化程度；且數據增加帶來的複雜程度，恐影響安全性，因此分叉仍是犧牲一定程度的去中心化及安全性
Segwit 隔離見證透過分離簽名，壓縮數據大小，且該技術已被大多數比特幣節點採用
Lighting Network 閃電網路創建賬戶間的支付通道，整合多筆交易訊息再發佈至主鏈，以更快完成交易。而速度上仍受限於主鏈發展、參與節點安全性、且使用門檻較高