[科普中国]-硬分叉

区块链发生永久性分歧，在新共识规则发布后，部分没有升级的节点无法验证已经升级的节点生产的区块，通常硬分叉就会发生。代码出现一个硬分叉，会改变挖矿算法的难度级别。1

定义官方定义硬分叉和软分叉在bitcoin.org上都有定义，但定义其实很模糊，原文中硬分叉被定义成这样：

A permanent divergence in the the block chain, commonly occurs when non-upgraded nodes can’t validate blocks created by upgraded nodes that follow newer consensus rules。

区块链发生永久性分歧，在新共识规则发布后，部分没有升级的节点无法验证已经升级的节点生产的区块，通常硬分叉就会发生。

抽象定义硬分叉是指比特币区块格式或交易格式（这就是广泛流传的“共识”）发生改变时，未升级的节点拒绝验证已经升级的节点生产出的区块，不过已经升级的节点可以验证未升级节点生产出的区块，然后大家各自延续自己认为正确的链，所以分成两条链。

比特币区块链上执行硬分叉的具体案例在2013年3月12日，当时是bitcoin qt 0.8.0 版本软件发布了，0.8版本采用了一种新的数据库level db。有的矿工节点升级了bitcoin qt 0.8版本，有的矿工还继续使用bitcoin qt 0.7版本的软件。双方各自生产区块，但bitcoin qt 0.8采用的新数据库生产出的区块被被qt 0.7版本节点拒绝掉。具体的原因是旧的数据库对超过800Kb的区块有时不接受。因此在区块高度 225430 比特币区块链分成了两条链，结果导致了比特币区块链产生两条链，一条是包含大于800kb区块的链，另一条是拒绝承认这些包含更大区块的链，这就发生了硬分叉。

当时是采用bitcoin qt 0.8版本的矿工放弃了他们挖的链，退回到bitcoin qt 0.7版本上继续挖矿。

这次硬分叉是一次意外，是bitcoin qt 0.8版本的软件出了bug，导致采用旧软件的节点拒绝验证新软件节点生产的区块。但硬分叉的成因就是采用旧软件版本的节点拒绝验证采用新软件版本的节点生产的区块，然后双方各自挖矿。

在2015年7月4日比特币区块链在区块高度363731发生一次硬分叉。当时是Bitcoin Core 开发者往新版本的Bitcoin Core 0.10.0添加了BIP 66。这本来是一起软分叉的修改，在比特币网络上主要矿池都使用了0.10版本的软件时，但有一个矿池BTC Nuggets没有升级，导致BTC Nuggets挖出来的两个区块其他矿工拒绝掉，然后双方就各自挖矿延续自己认为是正确的区块链，由此产生硬分叉，分成了两条链。

随后bitcoin.org发布公告，呼吁矿工升级到bitcoin core 0.10.2版本来消灭分叉。

这也是一次意外，硬分叉的成因是采用新软件版本的节点拒绝验证采用旧软件版本的节点生产的区块，然后双方各自挖矿。

到目前为止这两次硬分叉都是意外，但硬分叉的成因前一个是因为对新产生的区块格式在不同节点上产生分歧，后一个是因为对交易格式在不同节点上产生分歧。

正在策划的区块扩容硬分叉目前比特币社区正在策划一次硬分叉，来由是目前的区块被塞满了交易，为了能在十分钟一个区块里容纳更多的交易，就需要对区块的数据结构做修改。区块的数据结构如下图。

目前比特币网络主要的完整节点软件是bitcoin core 0.12，这个软件规定“区块大小”这个字段最大值为1M。这就导致最后一个字段“交易”能够容纳的比特币交易数据有限，一笔交易至少是250字节，1Mb只能装下4000多笔交易，平均每秒最多只能处理7笔交易。而因为实际的交易往往会达到500字节的大小，实际上平均每秒往往只能容纳3笔交易。

所以有人就提出将这个字段的最大值调高，比如Bitcoin Classic这个软件就将这个字段的最大值调到2M，并且以后有计划取前2016个区块大小的中位数再乘一个约定好的倍数来决定下一批区块的大小上限。而Bitcoin XT则将这个值修改为20M，并且每两年翻一倍，直到上限值达到8.3G。而Bitcoin Unlimited则直接将这个字段修改为由矿池决定自己打包多大。

问题是，使用这些修改了这个字段的软件的节点生产出的区块就会和没有升级的节点不兼容，没升级的会拒绝验证这些新节点生产的区块。这就会导致硬分叉。

由此可见，所谓的硬分叉需要修改的“共识”就是指的是修改区块数据结构格式，或修改交易数据结构格式。

软分叉在bitcoin.org上，软分叉的定义是这样的：

A temporary fork in the block chain which commonly occurs when miners using non-upgraded nodes violate a new consensus rule their nodes don’t know about.

当新共识规则发布后，没有升级的节点会因为不知道新共识规则下，而生产不合法的区块，就会产生临时性分叉。

对比软分叉和硬分叉的优缺点软分叉可以保证不想升级的人不去升级，这种不想升级的需求在现实生活中其实是很常见的。

硬分叉必须要求所有旧节点进行升级，否则旧节点就无法识别新节点生产的交易和区块，导致区块链分成两条链。

**软分叉的升级空间有限，因为目前的比特币交易数据结构和区块数据结构所有字段都已经详细定义好了，你想保证向前兼容，就不可能增加新的字段，否则旧节点就会拒绝你。**所以软分叉的升级空间补束缚在对现有字段的重新定义。就包括软分叉就无法重新定义区块数据结构里的“区块大小”这个字段，也就是软分叉永远实现不了对1M区块的突破。而且这种极端复杂的兼容性稍微出点错，就会新旧节点不兼容，即导致硬分叉。这个事情已经发生过一次了。

**硬分叉的升级空间则要大很多，**因为硬分叉只要考虑能够接受以前旧节点生产的交易和区块就可以了，硬分叉不需要考虑旧节点是否会接受新节点生产的交易和区块。那硬分叉就可以对交易数据结构和区块数据结构更大胆的修改。

最后，**比特币交易数据结构和区块数据结构都有一个字段叫“版本号”，意义是“明确这笔交易或区块参照的规则”。**这意味着中本聪是希望使用硬分叉来修改这些规则，就是说如果要修改规则，那就重新定义版本号。但软分叉在不修改“版本号”的前提下，却修改了规则。

本词条内容贡献者为:

李嘉骞 - 博士 - 同济大学