什么是计算密度？BCH协议修改提案中的新概念

最近在研究 BCH 协议修改提案 bch-vm-limits 时，我发现了一个叫做“计算密度”的新概念。这东西在其他的 UTXO 链上还真没见过，引起了我的好奇心，于是我做了点功课，今天就来跟大家聊聊这个“计算密度”到底是个啥。

为啥要有“计算密度”？

我们都知道，比特币 (BTC) 有区块大小限制（1M 交易区块体 + 3M 签名区块），而且每笔交易的大小、opcode 数量也有限制。以太坊 (ETH) 呢，单个区块也有 gas limits 上限。熟悉 EOS 的朋友肯定知道，EOS 有 cpu、RAM 和 Net 这三个资源，发交易需要消耗这些资源。

这些限制的存在，都是为了保障区块链网络的安全，防止恶意交易攻击网络。

这里不得不提一个经典的案例：2018 年 Fom3D 最终大奖的领取过程中，攻击者构造了一笔特别的合约交易，把区块里的 gas limits 全部消耗掉，导致其他用户的交易无法被打包，只能打包黑客自己的交易，最终黑客拿走了 10469 ETH 的大奖。

三种经典设计：BTC、ETH 和 EOS

在防止区块链网络被恶意攻击方面，BTC 的区块大小和交易大小限制、ETH 的区块 gas limits 限制，以及 EOS 的 CPU、RAM 和 Net 资源限制，是三种经典的设计。

• BTC 的设计最原始，也最安全，久经考验。BCH 从诞生至今，也延续了这种设计，只是在具体参数上有所调整。
• ETH 的 gas limits 设计应该是最成功的，现在已经成为行业标准。
• EOS 的设计到现在为止，应该说是一个失败的设计，RAM 等资源没有实现设计理念，反而成了一种炒作的代币。

安全性与可编程性：一个艰难的平衡

在衡量安全性和可编程性上，gas limits 的设计在可编程性上达到了极致，在 EVM 上实现了图灵完备，这是以太坊诞生繁荣经济生态的关键因素。

BTC 等 UTXO 的生态则明显受困于可编程性，特别是交易的 opcode 数量限制，这限制了编程的自由度。但很明显，BTC 这种区块大小和交易大小的限制，为比特币的去中心化和安全性提供了保障。比特币网络从未出现过被 DDOS 而产生大问题的情况，当“恶意的”海量交易或复杂的合约交易（P2SH）涌进 memepool 时，唯一需要做的就是等待区块慢慢打包，不会产生额外的问题。

UTXO 技术，如果想提高可编程性，很可能会导致额外的安全性问题。

BCH 的“计算密度”：新的尝试

BCH 的计算密度这个新概念，就是想平衡 UTXO 的可编程性和安全性，试图在保证 BCH 网络安全性的前提下，大大提高 UTXO 的可编程性。

简单来说，计算密度就是根据每个输入数据的字节长度，限制该输入能够执行的计算操作。也就是说，交易中每个输入会根据其大小（字节数）分配一定的计算预算，这个预算决定了节点在验证该交易时可以进行的最大计算量。

Bch-vm-limits 协议里提供了计算公式，但说实话，我没看懂。我只知道这个计算量主要是指哈希计算。这个太细节了，涉及到 BCH 交易的构造和验证，我暂时就先不深入研究了。

和 gas limit 将计算和 gas 费直接挂钩不同，计算密度并不改变 BCH 交易的矿工费设计，矿工费还是按一直以来的 sats/byte 来计算。

Gas limit 的设计相当于只要你出钱（出 gas 费），你就可以设计任意复杂的合约，前提就是不要触及单个区块的 gas limit 上限。现在单个区块的 gas limit 是 3000 万 gas，如果 gas price 是 10 gwei，消费光 3000 万 gas limit 需要 0.3 ETH。3000 万 gas 是一个非常大的量，可以设计出非常非常复杂的合约。

BCH 的计算密度，是约束单位交易大小的可计算量，我估计能设计出来的合约复杂程度肯定是远小于 gas limit 的设计，但远高于 BTC 和 BCH 当初的限制交易大小和 opcode 数量，文档描述是增强了 100 倍。

协议的设计者 Jason Dreyzehner 在文档里对计算密度的好处写了很多，对比 gas limit，各种夸。我希望这些优点能在真实的生产环境中得到验证。

在实际的应用场景上，开发者们写得更夸张，涉及到了量子密码学、零知识证明、同态加密等加密数字货币技术领域的顶尖场景。但现在肯定无法辨别真伪了。

总的来说，我觉得 BCH 的开发者还是挺有创新能力的，包括像 2023 年激活的 cashtoken，以及今年要搞的计算密度，我都是在整个币圈第一次见到的技术。至于这些技术最终能否成功，还有待时间的检验。