區塊鏈領域存在一個“不可能三角”，指去中心化、安全性和可拓展性三者最多隻能的其二。比特幣作爲人類歷史上第一種加密貨幣，在去中心化和安全性兩個方麵做到了極緻，但在可拓展性層麵卻有所欠缺。對比特幣網絡來説：

• 每秒交易量 TPS = 每區塊包含交易數 / 出塊時間

• 每區塊包含交易數 = 區塊大小 / 每筆交易所占空間
  目前，比特幣網絡大概 10 分鐘出塊 1 次，每個區塊空間爲 1 Mb。假交易的平均大小爲 0.25kb，那麽一個區塊約包含 4000 條交易信息，計算得到的 TPS 約爲 7，即每秒隻能處理 7 條交易，這顯然不能滿足快速增長的使用需求。

爲了解決比特幣的可拓展性問題，人們提出了多種解決方案，基本的可以分爲 Layer 1、Layer 2 擴容方案兩類

Layer 1 擴容方案：分叉和隔離見證

Layer 1 指比特幣區塊鏈本身，而Layer 1擴容方案則是指修改區塊鏈本身的性質，從而提高TPS。

根據公式TPS = 區塊大小 / (出塊時間 * 每筆交易所占空間) ，提高區塊大小，減少出塊時間，壓縮交易所占空間就成爲了提高比特幣TPS的直接思路。但受到物理世界信息傳輸速度的限製，減少出塊時間將會大大降低繫統的安全性，人們主要考慮的是另外兩種思路——擴塊和壓縮交易空間。

比特幣分叉：擴塊提高 TPS

“擴塊” 就是提升每個區塊的容量大小，可説是提高比特幣 TPS 的最直觀方案。

歷史上，擴塊訴求導緻比特幣髮生兩次重大分叉，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曏出現分歧

因為比特幣是一種開源的區塊鏈技術，它的發展由許多誌衕道合的社區成員共衕維護。當社區成員對於比特幣的未來發展方曏意見分歧時，就有可能導緻分叉的發生。

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衕看法 … 以上類似的意見分歧，就有可能導緻分叉的發生。

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

2017年8月，部分支持擴塊升級的礦工集結算力，對比特幣進行了分叉，産生了BCH（比特幣 Cash），併將比特幣區塊大小提升到了8Mb。到了2018年11月，BCH社群中的激進成員又分叉出BCHSV，支持所謂”超大區塊“乃至”無上限區塊“擴容方案。

區塊大小增加節點門檻提高，分叉後安全性無法保證

但最爲擴容方案來説，簡單加大區塊容量存在諸多問題。隨著單一區塊大小的增加，單一節點的硬件負擔也會顯著提升，許多無力負擔相關硬件的節點將會逐漸退出網絡。

此外，區塊大小增加而節點間數據傳輸速度、節點數據處理難以增加，這將使得比特幣繫統的安全性、穩定性遭到威脅。因此，大區塊的擴容方案實際上是以去中心化和安全性爲代價的。

Segwit 隔離見證 ：分離交易訊息以壓縮數據大小

在比特幣設計之初，中本聰將包含交易的區塊大小限製在了1Mb，其中交易數據既包含相關交易基本信息，還包含交易參與者的簽名信息。而隔離見證技術，則是通過把腳本簽名從交易信息中分離出來，集中存放在區塊頭中，在不違背區塊審核規定的情況下，變相將區塊中所能包含的交易數目增加了約 40%

反映在比特幣地址上，以 3 或 bc 等字符開頭的是支持 Segwit 的錢包地址，以數字 1 開頭的地址則是老地址

在 Blockchain.com 上查詢近期的比特幣出塊信息，可以髮現大多數區塊都使用了 Segwit 技術。也由於此，這些區塊的實際大小超過了1Mb。此外，2021年11月14日，比特幣網絡還在隔離見證的基礎上進一步推動了Taproot升級，進一步提高了網絡的穩定性、安全性和隱私性。

Layer2 擴容： Lighting Network 閃電網路

Layer2 擴容又稱鏈下擴容，是指在主鏈外部進行擴容的性能解決方案，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

常見的 Layer2 解決方案有側鏈（ Side Chain ）、Plasma、狀態通道（ State Channels ）、Rollup等。對於比特幣而言，最主要的 Layer 2 解決方案是 2015 年誕生的 Lighting Network 閃電網絡

Lighting Network 閃電網路

比特幣閃電網路是一種分散式的支付繫統，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，才能被記錄到區塊鏈上，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

其本質上是在兩個用戶之間創建支付通道，從而實現鏈下交易（ 通常是小額支付 ），進而緩解主鏈交易需求，確保交易能夠更快被處理。閃電網絡節點能將多個用戶間的支付繫統通道連接在一起，最後將所有的通道信息整合成一筆交易，髮送到比特幣主網進行永久記録

因此在支付通道中，隻有第一筆和最後一筆交易在比特幣區塊鏈上生效，雙方所有的其他交易都屬於鏈下交易。

交易雙方需要提交一定數量的比特幣來啟動支付通道，這一通道也將被保存在比特幣區塊鏈中，直至被停用或者關閉。交易雙方可以在此支付通道中交易的比特幣總量不超過提交的比特幣數量，但可以無手續費地進行無限量筆交易。

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，仍有以下有限製：

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製，最大的交易速度隻有每秒數十筆

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 共識機製下安全性極高；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