比特币 (Bitcoin)，简称 BTC，是一个基于区块链去中心化共识并且应用点对点网络通信的开源加密货币系统，由分布在全球各地的计算机网络和节点共同维护。BTC 的白皮书由中本聪在 2008 年 10 月 31 日发布，此后的 2009 年 1 月 3 日，BTC 的共识链产生了第一个区块。然而，随着加密社区和生态日渐壮大繁荣，早期的 BTC 技术已无法满足用户对加密货币系统可扩展性的需求。直接改进 BTC 底层协议的复杂度高、社区阻力大，会增加 BTC 系统的风险、导致硬分叉和社区分裂。一个更加合适的方案是 BTC Layer 2 ，即基于 BTC 构建新的层级而不对 BTC 进行改动，兼容 BTC 的同时，满足用户对扩展性的需求。本文对 BTC Layer 2 进行调查，综合地阐述 BTC 现状、问题以及 BTC Layer 2 的技术方案以及优劣性，并且对其未来进行展望。

BTC 的技术简介

BTC 的核心是分布式账本技术，使用区块链储存交易数据。区块链是基于哈希指针链表结构，链表的每节是一个数据区块，包含上一个区块的哈希值、交易数据、时间数据、挖矿参数和协议版本信息。BTC 网络中，新区块链的写入权力，即记账权，由节点遵循工作量证明机制 (Proof of Work, PoW) 依靠算力竞争得到。获得记账权的节点成功写入新的区块后，获得一定的比特币代币作为奖励，因此这个过程也被称为挖矿。

BTC 的区块数据结构，图片来源: https://www 3.ntu.edu.sg/home/ehchua/programming/blockchain/bitcoin.html

BTC 的记账工作流图片来源: https://hackernoon.com/exploring-the-feasibility-of-transitioning-btc-from-pow-to-pos

BTC 采用基于转账记录的账本方案 (Transcation-based ledger)，只把转账信息记录在区块链中，而不维护账户余额。因此，为了防范双花攻击，节点需要在本地维护一组未花费交易输出数据 (Unspent Transaction Outputs, UTXO)，并且账户转账时需要提供资金来源，以便节点验证交易的合法性。

单个账户的 UTXO 示意图，图片来源: https://docs.safepal.io/blockchain-tutorials/utxo-what-is-it-and-how-to-use-it