Bitmex研究报告：比特币软件版本7年变迁，最大的变化在哪儿？

BitMEX研究团队进行了35次初始区块下载，将初始区块下载时间作为一个基准测试的指标，以此来测试BitcoinCore的性能。测试中使用了2012年至2019年的Bitcoin软件版本。这段测试中，我们使用了2012年至2019年期间的Bitcoin软件版本，结果表明，该软件在性能上有了相当大的进步，但也存在很大的差异。即使使用了最新的电脑硬件，老版本的Bitcoin也难以克服2015年至2016年期间交易量上升的障碍。

图1-比特币初始区块下载时间（天）-3次尝试的平均时间

（来源：BitMEX研究）

（注：区块高度同步到602,707）

综述

为了测试Bitcoin Core在初始同步过程中的性能，我们尝试了35次初始区块下载，并记录了每次尝试所花费的时间。结果如图1所示，说明在2016年2月推出Bitcoin Core 0.12.0时，由于签名验证从OpenSSL升级到libsecp256k1，比特币的速度有了明显的提升。（头等仓注：Bitcoin Core软件0.12.0版本升级后，签名验证速度提升了7倍左右。）

Libsecp256k1是专门为比特币构建的。此后，速度上的改进步伐慢了许多，由于初始区块下载时间的差异很大，只有多次尝试下载才能看出明显的改进。但发布Bitcoin Core 0.12.0版之后，相继发布0.13.0到0.19.0.1版本，每个Bitcoin Core版本的性能都有一个小的逐步提升。

当然，初始区块下载时间只是一个衡量标准，还可以从其他角度和条件来评估Bitcoin Core的性能。虽然初始区块下载时间（IBD）不是衡量软件性能的最佳指标，但它占用了大量资源，因此是一个成为基准测试的良好指标。

本报告延续了之前的两个实验：

2018年11月，Jameson Lopp尝试了一次类似的研究，但分析的重点是旧版本Bitcoin Core的独立实现（或简称“Bitcoin”，因为一些较老的软件在“Bitcoin Core”之前命名为Bitcoin）。

Sjors Provoost也在2017年7月尝试了这项实验，但Sjors的同步次数较少。

完整的测试结果和原始数据如下

图2-比特币初始区块下载时间（天）

（来源：BitMEX研究）

（注：区块高度同步到602,707）

系统规范和其他说明

完整的结果表格

（来源：BitMEX研究）

结果分析

如图2所示，即使用相同的软件和具有相同规范的计算机尝试初始区块下载，所报告的时间也有相当大的差异。

图3- 初始区块下载时间与客户端发布日期（天）- 3次尝试的平均时间

（来源：BitMEX研究）

（注：针对比特币0.8.6客户端，以上数据来自2次尝试的平均结果）

图3表明，除了Bitcoin Core 0.12.0具备强大的性能没有改变外，其他软件的性能随着发布而逐步提高。然而，虽然图3中呈现明显的性能提升趋势，但每次尝试的初始区块下载时间有巨大差异，可能表明性能提升存在相当大的不确定性。关于自2016年来性能不断提升的结论，需要更多的样本数据来坐实。这种差异可能是由于比特币P2P网络或互联网的连接问题。因此进一步研究的最好方法可能是，重新扫描速度，即一旦下载完，完整地验证区块链所需的时间。

Bitcoin Core 0.12.0在上述分析中表现良好。可能是因为，Bitcoin Core 0.12.0启用了libsecp256k，但没有验证隔离见证人的交易输入签名。因此，Bitcoin Core 0.12.0并没有验证2017年8月后区块链的所有签名，这赋予了它某种“不公平的优势”。

然而，Bitcoin Core 0.13.0也具备这种优势。当然，在0.12.0之前的所有版本都具有同样的“不公平”优势，这与使用OpenSSL的缺点相比就相形见绌了。

同步客户端至它的发布日期

图4说明了同步一个客户端到它发布日期的区块高度所需的时间。

图4-同步初始区块下载到客户端发布日期所需的时间（天）

（来源：BitMEX研究）

（注：在Linux上运行的节点数据。Bitcoin Core 0.19.0.1只同步区块高度到602,707）

从图中可以看出，从Bitcoin Core 0.8.6到Bitcoin Core 0.14.0的变化趋势较为平缓，此时可扩展性没有跟随时间的推移和区块高度的增长速度，但也呈现上升的趋势。近年来软件提升的速度降下来了，可能是那些容易实现的改进都实现了，剩下的是难以实现的改进。交易量增加可能也是原因之一。未来提高可扩展性可能更具挑战性，即使维持400万的区块高度限制，进一步升级软件和提升软件性能，初始区块下载的时间也会持续变长。

初始区块下载失败

我们成功编译并运行了Bitcoin 0.8.6之前的版本，但到了2015年-2016年期间，节点同步速度变慢。0.8.6之前版本的节点，例如0.7.0的节点，通过手动更改锁定限制，成功地在2013年完成硬分叉，但是2015年由于交易量增加，太具挑战性，节点暂停处理区块。我们重启了节点，确实有所帮助，但不久节点又停止了。

后面我们甚至在自己的全新本地计算机（匹配64 GB的RAM和8个Intel i9处理器）上运行0.7.0版的Bitcoin Core，但这个节点依然无法跨过2016年。由于涉及的许多换算因数（scaling parameter）都是非线性参数，不能简单地在这个问题上投入更多的硬件就能解决。

当节点被卡在一个区块上我们会重新启动，4次重启失败后我们放弃同步。对于MacBook Pro上的0.8.6 Bitcoin Core，领头区块在2016年时停止了同步。虽然有点令人失望，但剩下的35次尝试都顺利同步，没有出现重启的情况。

结论

除了在发布MacBook Pros的BitMEX研究报告时应该更加谨慎之外，数据还显示过去7年来的扩容性能大大提升。libsecp256k迁移是最重要的改进。初始区块下载时间的大幅减少和旧节点无法完全同步表明，可扩展性对于比特币的重要性，否则即使用户使用最高配置的硬件，Bitcoin现在也基本宣告死亡了。此外，数据还表明，技术创新不太可能同步于区块链的增长速度，初始区块下载的时间将继续延长。