ETH:什么是比特币默克尔化抽象语法树？它有什么用？_EthereumeRush

默克尔化抽象语法树是一项为比特币提议的升级，可以实现更小的交易体积、更好的隐私性，以及更大的智能合约。在本文中，我们会解释MAST的基本原理，讲解其潜在好处，并总结目前一些包含这项技术的提案。

问题：没用到的脚本数据

中本聪给了比特币一个有趣的特性，是他没有写在?比特币白皮书里的。除了可以通过公钥来接收比特币、用私钥数字签名来花费比特币，用户还可以编写程序，当成动态的公钥和签名来用。

当你指定一个脚本后——这在每一种比特币钱包里都是基本操作——由比特币网络强制执行的比特币协议就不会让任何人花费这个脚本所控制的比特币，除非脚本返回True。这让你可以指定资金的花费条件，称为“encumbrances”，比如要求花费的交易一定要得到你的私钥签名。

更加复杂的财产条件也是有可能实现的，比如下面这个例子，我们会用它贯穿整篇文章：Alice希望能够随时花费她的比特币，但如果她连续三个月没有花费自己的比特币，她希望自己的兄弟姐妹Bob和Charlie拥有自己的比特币，在任何两人能达成一致的地方使用这些财产。

下面这个条件脚本就实现了上文所说的目标，它不仅纳入了Alice的公钥，但也加入了以下条件性逻辑：一个超时条件，以及Bob和Charlie的公钥。

在当前的比特币协议中，上述所有的数据都必须添加到区块链中，在Alice的比特币花费的时候，也包括在特定的花费行为中完全无关的脚本部分，也要曝光。就比如在Alice花费自己的比特币时Bob和Charlie的公钥也要曝光。

未使用的条件数据增大了交易的体积，也使用户在必要之外曝光了更多的隐私，同时，也使体积而非验证代价成为智能合约大小的主要限制因素。MAST旨在改善这些情况，办法就是移除在区块链上直接包含未使用的脚本部分的需要。

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MAST初始构想

MAST?1?背后的观念来自于两种久已存在的概念，?抽象语义树和默克尔树。抽象语义树是一种通过将一个程序分割成独立的小块来描述程序的方法，这样会让程序变得更容易分析和优化。为了生成一个AST，你需要把所有的方程与其前提用箭头连接起来，直至所有的前提都被找出。下图即是上文示例脚本的AST。

另一方面，默克尔树则可用来验证某个元素是否是属于某个集合，且无需知晓整个集合的全貌。举个例子，比特币的简易支付验证钱包就使用默克尔树来验证某笔交易是否存在于某个区块中，这样无需下载完整的区块，可以节省带宽。

要生成一棵默克尔树，先要把每个元素都各自哈希一次，生成各自唯一的标识符；然后这些标识符配对之后再次哈希，生成这一对标识符的标识符；如此不断重复，直至只剩下一个标识符，称为“默克尔根”，它就是一个短小精悍、但是标记了整个集合的标识符了。

在验证某个元素属不属于某个集合时，拥有整个集合的人可以向你提供从那个元素到默克尔根路径上的所有标识符。这样就能证明，这个元素确实在这个集合内。

简而言之，AST背后的技术让你可以把一个程序分成多个小块，而默克尔树让我们可以验证这些小块确实是一个完整程序的一部分，且不必暴露整个程序。这就是MAST的基本原理，可以让花费者用一个默克尔证明来替换在单次交易中没有用到的条件——减少交易体积、提高隐私性，并支持更大的合约。

声音 | CSW谈BSV大涨：知道背后有什么事，但不会说出来:BSV支持者Craig Wright（CSW）近期接受了BlockTV的采访。在谈及BSV日前大幅拉升近300%的背后原因时，CSW表示：“我知道这背后有什么事、什么人，也知道其他的一些事情。我知道有人在做些什么，但这些都不是公开信息，所以我不打算分享。”在谈及与Kleiman的诉讼案时，CSW表示，他不会让法院轻易地强制他支付（50万比特币）。因为如果他把50万比特币交给Kleiman，数字资产和整个加密货币市场都会受到影响，因为Kleiman很可能会为了支付遗产税而出售大量比特币。在谈及关键性的私钥问题时，CSW称不愿意透露任何细节。（Crypto Ticker）[2020/1/31]

MAST的一个例子

我们以上文的财产条件为例，为我们希望的两种可能场景分割为两个子脚本：

Alice可以随时花费自己的比特币

或者，如果连续三个月使用Alice的签名来花费，则需要Bob和Charlie的签名来花费此中的比特币

基于这两个独立的子脚本，创建一棵默克尔树：

这棵默克尔树的树根最终标识了Alice的完整财产条件，而且只有32字节的体积。此后，Alice可以使用一个替代性的条件脚本，声明：一笔花费交易，只有提供其中一个子脚本连接到默克尔根的证据、并且子程序返回True的时候，才是有效的。

子脚本的默克尔证据，形象地画出来会像下图这样，就看用的是哪个子脚本了：

金色财经现场报道 圆桌环节嘉宾关于区块链3.0时代的发展方向是什么的观点:金色财经现场报道，今日在纽约举行的2018区块链无国界峰会上金色财经合伙人佟扬主持了圆桌环节，讨论了有关区块链3.0时代的发展方向。对此，Certik联合创始人哥大助理教授顾荣辉表示，区块链1.0是存储数据的区块链，区块链2.0存储的是可以操作数据的程序，而区块链3.0意味着可以在区块链之上继续加载区块链，是终极的区块链。星云链联合创始人钟馥百表示，区块链3.0偏重区块链技术的落地，区块链3.0面临经济模型和技术方面的挑战。区块链3.0可以在经济模型上激励更多的人，提供门槛更低的开发平台。IOST联合创始人及CEO钟家鸣表示，比特币仍然是最适应区块链的，区块链3.0包含目前区块链还不包括的一些功能。 Hydro Protocol联合创始人王博闻表示，以太坊区块链的效率低下，需要解决TPS问题，下一代的区块链技术需要解决是否能使TPS以指数增长的问题。[2018/5/13]

好处1——更小的交易

我们先来看看MAST如何能让复杂财产条件的用户创建更小的交易。这是MAST给我们带来的第一个好处。

在上文的例子中，我们使用了一个具备两个子脚本的财产条：要么Alice自己花自己的钱，要么Bob和Charlie在等待三个月之后一起花她的钱。我们来设想一个无限延伸的版本：其第三个子脚本指明，三个月零一天后，Dan和Edith可以花费此中的资金；第四个子脚本指明，三个月零二天后，Fred和George可以使用这笔资金；等等等等

这个思维实验可以使我们得到下面的这张图，它显示了，子脚本的数量与需要加入区块的条件数据量，在有和没有MAST时候的关系。

金色财经独家分析 为什么区块链不是万能的:据了解，云象区块链创始人黄步添在全球区块链高峰论坛上表示：“区块链并不是无所不能。”这其中原因在于区块链技术目前仍面临“硬连接”的问题，例如，当使用区块链结合实体物品进行防伪时，“硬连接”的问题就会出现，通常人们利用区块链在产品包装上打上标识，用户通过标识来查看产品的全部流程。若对方在拆开外包装后将产品拿出换上假冒产品并恢复包装便可实现造假，而用户通过扫描包装标识时，显示产品仍是真品。而在其他领域区块链技术也存在“硬连接”的问题，不过在金融、支付等线上的环境中，区块链技术确实有着非常高的优势。[2018/3/26]

下面是一个对数图，意思是一样的：

虽然一开始MAST交易的体积会比没有MAST的同条件交易更大，比如我们的两个子脚本的条件，但非MAST的交易体积会线性增大，而MAST交易的体积则只会对数增大。

如果节省数据量是主要目标，我们还可以进一步优化。对于许多财产条件来说，花费者可能更高频地使用其中某个条件。比如，Alice希望自己高寿，所以她建构的默克尔树把自己花费的条件放在离顶端更近的地方，而所有其它条件都放在树的底部：

这样设计的话，不同情况下的MAST默克尔证据的体积是不一样的，在最理想的情况下，Alice活着，自己花自己的钱；而另一种情况下，Alice身故，她的受益人来花这些钱。我们把这些因素呈现到图上。

薛蛮子：什么是区块链企业家精神？: 今日知名投资人薛蛮子在三点钟区块链社群回应问题“您经常提到的区块链企业家精神具体是指的什么”时表示：我这次在京都附近的天桥立看了一个奇景是屁眼看天。原本是海中有了一个长几公里的沙堤，和西湖的苏堤白堤一样，仅是一个美景而已。可是到了上顶上有个地方，叫裤裆看天。每个游客必须把头伸到裤裆底下看景。这时候，这个沙堤就不是一个普通的沙堤，而是宛如一条巨龙，直飞天际。我之所以句这个例子，就是因为区块链颠覆了以往的商业逻辑。因此，颠覆是第一条。第二个精神是有抡开膀子 时不我待的精神。第三个精神是要有超强的学习能力，才能与时具进。眼界，胸怀，识人之能和容人之量是前所未有的重要。[2018/2/25]

可以看出，Alice使用时，其交易的数据量一直是最优的情形，无论她的财产条件中的受益人有多少个；而在她的受益人使用这笔资金时，交易的数据量也只比前述标准构造的默克尔树多用几个字节。

无论Alice选择什么安排，可以看出MAST可以让多子脚本的财产条件交易体积更小，因此用户可以少付一些手续费，而区块里可以装入更多的高级交易。

好处2——更强的隐私性

我们在上文的讲解中，把Alice的财产脚本全部曝光了出来，但你可以设想，如果在Alice花费自己的比特币时，你在区块链上仅仅看到了下图左边的数据：

只有这些信息，你是没法知道Alice以外是否还有人能花费这里的资金、以及他们花费是需要面对什么约束条件的。你可以从MAST中猜测可能有一些别的条件，但也仅限于猜测而已——Alice可能只是假装她的默克尔树还有其它可以花费的部分。

对应地，如果你看到的是另一个分支，你不会知道这笔资金在超时之前是否能花费，也不知道是不是只需一把私钥就能花费它。你同样可以猜测存在其它的花费条件，但你没法在区块链上确证这一点。

保证未使用的财产条件不曝光在某些时候非常有用，比如某些商人可能希望自己的智能合约尽可能保密，不要被潜在的竞争对手看到。这一点与某些标榜自己是专为智能合约设计、但实际上又不能为这些合约提供隐私性的山寨币恰好相反。

隐私性也可以为所有的比特币用户提供额外的好处，即使某些用户根本不在乎财产条件的隐私性。假设从本文一开始，Alice就是唯一一个使用非MAST条件模板的人。因为所有条件都是公开的，那么任何人都可以跟踪Alice的花费行为，只需在区块链上观察这个模板被使用的情形即可，这样Alice的隐私就荡然无存。

任何让识别特定用户更容易的设计，也会让人们可以更容易地区别对待他们的比特币和别人的比特币，这叫做“同质性的缺失”。如果某些人知道了Alice的财产条件长什么样，他们就可以贿赂或者强迫矿工不要打包这些人的交易，以此阻止Alice使用自己的比特币。

MAST不能完全解决这个问题，因为Alice仍然需要揭示部分的产权负担，但是许多别的复杂财产条件可以解析成少量的简单MAST类型条件。

举个例子，Alice的默认花费行为看起来就像其它只需提供单签名的普通支付行为，所以Alice的基于MAST的交易跟其它基于MAST的单签名交易就没有任何分别。这反过来提高了Alice的隐私性，也提高了她的资金的同质性，以及所有使用基于MAST的单签名条件的用户的货币同质性。

MAST的这一好处还很有可能与其他提高比特币隐私性和同质性的提议结合在一起。有些提议是让某些复杂的财产条件可以用单签名来使用，比如PieterWuille和GregoryMaxwell的“通用门限树”、AndrewPoelstra的?“无脚本式脚本”，还用ThaddeusDryja的?“离散对数合约”；MAST就可以和这些方案相结合。

但即使这些方案都不能在比特币上实现，MAST自身也能为复杂财产条件的用户提供更多的隐私性和可互换性，不论是与当前相比，还是与支持用户自定义智能合约的山寨币相比。

好处3——更大的智能合约

比特币现在为单个脚本设置了三种不同的体积限制：裸露脚本大小不能超过1万字节，在2010年7月引入；P2SH脚本不能超过520字节；segwit脚本不能超过1万字节。我们把这几个大小在上面的图中展示出来：

可以看出来，即使是极端的无限延长的例子，MAST也比当前所有的机制支持更多的条件分支。实际上，MAST的扩展性非常之好，以至于即使你拥有现在可观测的宇宙中所有的能量，若是只用来创建一棵标准的默克尔树，其默克尔证据也只有8448字节。即使是这么大的默克尔证据，任何现在的笔记本电脑，都能在1毫秒之内完成验证。

因为免去了全节点处理未使用的子脚本的任务，MAST还能帮比特币脚本绕过别的一些硬性限制。在这一方面，MAST很好地保存和延伸了比特币智能合约长期的设计目标，也就是合约的负担应尽可能由合约的参与者承担，而节点付出了带宽、内存和处理能力，却无法得到补偿，因此应尽可能少承担。

所以，MAST的真正成就不是让比特币用户可以创建更加高级的合约，而是它打开了这种可能性，还不会给比特币的节点增加新的负担。

实现MAST：现有的多种提议

迄今为止，bitcoin-dev邮件组里提出了两种方法在比特币协议中启用MAST，两种方法都仍在草案阶段，可能会有所变更。

第一种提议是JohnsonLau提出的?BIP114，使用了一个基于隔离见证的延伸特性，使得原生的隔离见证地址可以成为对MAST财产条件的默克尔根的承诺。花费交易因此可以从树上选择一个子脚本。

第二种提议是MarkFriedenbach提出的两个未命名的BIP，它提高了脚本语言的灵活性，使得编程者可以编写脚本来验证基于MAST的财产条件。如果用Friedenbach更喜欢的方式来实现，那会让比特币现在支持的三种脚本类型都可以使用默克尔证据。

这几种提议互有短长，但都提供了上文所说的MAST的好处。每一个都可以用软分叉来激活。

结论：我们什么时候才能用上MAST？

上文我们讲解了MAST的好处，也简要提及了两种在比特币上实现MAST的提案，你可能也好奇，什么时候我们能用上MAST。遗憾的是，我也不知道。

从理念，到提案，到完整的实现，到提议软分叉，到激活软分叉，道阻且长。围绕隔离见证升级，为期两年的大戏已经很清楚地展现了这一点。

但从我的角度看，MAST背后的基本理念已经在比特币技术社区中获得了广泛的支持，而对MAST最感兴趣的开发者也会继续开发，除非有人能证明这种技术完全不靠谱。有朝一日这些开发者成功提出可供同行审议的软分叉代码，就轮到读者你们和其他比特币用户，来决定MAST是否能成为比特币协议的一部分了。

致谢

感谢MarkFriedenbach、JimmySong和JohnNewbery对本文草稿的评论。当然，文中出现的所有谬误，都属于我的责任。

脚注

RussellO’Connor被公认为是第一个描述了MAST雏形的人，有些来源则还会加上PieterWuille。来源：PeterTodd、GregoryMaxwell和MarkFriedenbach。

感谢JohnNewbery。

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