一文读懂什么是隔离见证?

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  • 巴比特资讯
  • 2018-09-03 21:25

隔离见证的主要功劳在于解决了交易延展性问题,而且为协议层网络提供了一个友好的接口。

1.隔离见证是什么

隔离见证,即Segregated Witness(简称SegWit),由Pieter Wuille(比特币核心开发人员、Blockstream联合创始人)在2015年12月首次提出。

见证(Witness),在比特币里指的是对交易合法性的验证。举个例子,Alice发起一笔交易,给Bob支付1个BTC,该笔交易信息由三部分组成:

a.元数据:交易信息格式的版本号;交易锁定时间等

b.付款人:Alice用于付款的BTC来源,一般来源于某历史区块上某笔交易的输出(详见UTXO);证明Alice拥有该笔交易的输出,即见证(Witness)数据

c.收款人:Bob的收款地址和金额

可见,见证数据包含在交易信息里头。

隔离(Segregated),指的就是把见证数据从交易信息里抽离出来,单独存放。

2.隔离见证的来源

为什么要把见证数据隔离出来呢,或者说这样做有什么好处呢?这就涉及到比特币里的另一个概念--扩容。

扩容,指的是增加比特币每秒的交易量。比特币每10分钟左右挖出一个大小小于1MB的区块,每笔交易平均250字节,即每个区块最多放进4000笔交易,这样算下来,比特币每秒处理的交易数不超过7个。对比其它交易平台,PayPal每秒数百笔、Visa每秒数千笔、支付宝能达到每秒数万笔,可见比特币是一个非常低效的交易系统。如果使用人数增多,则会造成比特币的拥堵。

如何解决拥堵呢?

有两种方式,一是简单的增加每个区块的大小,比如将区块大小增加到8M;另一种就是隔离见证+闪电网络啦。

3.扩容方案之一:增加区块大小

如果将区块大小增至8M,简单思考一下,比特币每秒处理的交易数似乎也增加到原来的8倍,即56笔每秒。如果每个区块1个GB,比特币每秒将处理7000笔交易,拥堵问题不就解决了吗?

中本聪可没那么傻,之所以将区块大小设定为1M,是有重要原因的。比特币白皮书的标题为:一种点对点的电子现金系统,相比于传统货币系统,比特币的核心价值在于实现了一种去中心而且安全的货币。如果区块的大小过大,则会危害到比特币的安全模型,作为一种货币应用,这显然是不能令人接受的。

为什么这么说呢?

POW机制的安全基础,是假设一个人的算力无法超过全网算力的50%。如果增大区块,可能一个人的算力超过全网的1/3,就危害到了比特币的安全。举个例子,为了达到每秒7000笔的交易速度,我们把区块的大小增加到1GB:

a.假设1GB的区块从产生到广播到全网节点需要10分钟;

b.有一个叫Byzantium的节点,拥有的算力超过全网1/3;

c.当Byzantium节点挖出一个新区块时,假设该时间点为0秒,那么Byzantium节点获取新区块的时间点为0秒;根据假设a,全网最后一个获取新区块的节点的获取时间为600秒,如果获取速度是线性的,全网其它节点获取新区块的平均时间是300秒。

d.因为在新区块上挖坑的算力才是有效算力;根据c,全网其它节点的有效算力只剩下一半,也就是说,全网其它节点的有效算力小于1/3

e.根据b和d,这种情况下,Byzantium节点算力超过全网其它节点算力,如果Byzantium节点在自己挖出的区块上继续挖矿且不公布广播,则Byzantium节点上没公布的区块长度,会大于全网区块长度;一旦Byzantium节点公布这些区块,则全网其它节点挖出的区块全部作废。

可见,区块设计过大,会威胁到比特币的安全。换句话说,比特币区块的大小是有上限的,《On Scaling Decentralized Blockchain》这篇论文指出,在目前的互联网环境下,如果十分钟产生一个区块,区块的大小最好不能超过4MB。这样看来,增加区块大小这种扩容方案,效果就十分有限了。

4.扩容方案之二:隔离见证+闪电网络

隔离见证为什么能扩容呢?先来看看比特币区块的数据结构:

每笔交易平均250字节,见证部分的数据约为150字节,其余部分100字节。如果将见证数据隔离出来,原来1MB空间的区块可以放下10000笔交易(原来为4000笔),交易速度约提升2.5倍。隔离出来的见证数据放到了区块末尾,大小为1.5到2MB,所以隔离见证的整个区块大小为2.5到3MB左右。

可见,隔离见证也是通过增加区块大小来达到扩容的效果。这和上一节讲到的直接增加区块大小相比,有什么新的意义呢?

主要有三方面的意义:

a.解决了交易延展性(Transaction Malleability)问题;

b.为闪电网络铺路

c.其它优化

a.交易延展性,指的是一笔交易发起后,交易数据中的见证部分可以被篡改,而且篡改后的交易仍然有效。具体的说,见证的实现依靠一种签名算法,比如椭圆曲线数字签名算法(ECDSA),这种算法下签名(r,s)和签名(r,-s(mod n))都是有效的,所以可以把一种有效见证数据篡改成另一种有效见证数据,该笔交易仍然是有效的。每笔交易有个交易ID,交易ID是对整个交易数据的Hash值,为该笔交易的唯一标识。通过对见证数据的篡改,可以改变Hash值,从而改变该笔交易的唯一标识。

隔离见证通过把见证数据隔离移出,生成交易ID时Hash的数据不包括见证数据,因此也就无法改变交易ID值。

b.从第3节可知,通过增加区块大小无法从根本上解决比特币的扩容问题。闪电网络通过在比特币基础上,构建第二层网络,将交易转移到链下的方式,来减轻公链负担,以实现扩容的效果。目前看来,在公链基础上构建协议层网络,是解决公链拥堵问题最合适也是最有前景的方案,有关技术细节在此就不做展开了。感兴趣的同学,可以关注闪电网络、Litex等协议层项目。

隔离见证所带来的改变,为闪电网络的实现提供了一些便利,主要有3点:

a.交易延展性的解决,让交易无法被干扰,闪电网络白皮书中提到的“人质状态”(hostage situation),得以避免;

b.在通道的生命周期上,隔离见证让闪电网络的通道永久开启更方便实现;

c.虽然从理论上系统是安全的,但用户还是要查看区块链中的交易是否广播撤回,防止交易方的欺诈行为,隔离见证使得这项活动可以外包出去,只要给服务器传送少量信息,就能代替你完成这一过程。

此外,隔离见证给比特币带来了一些细节优化,比如增加了脚本版本(Script Version),使得脚本语言可以以一种向后兼容的方式来发展;签名算法复杂度有了较大优化等等。

5.关于分叉

隔离见证通过巧妙的设计,引入更少破坏性的改变,使得老的非隔离见证系统仍然能够验证新的区块。对于老的节点,一个隔离见证的输出看起来像一个任何人都能花费的输出,该输出可以被一个空的签名见证,所以一个交易里面没有签名(签名被隔离)也可以通过老节点的验证。这种能向后兼容的变化,被称作软分叉。

总的来说,隔离见证的主要功劳在于解决了交易延展性问题,而且为协议层网络提供了一个友好的接口,这是非常重要的。这项更新使得,最有前景的、通过链下从根本上解决比特币拥堵问题的方案,得以更快更好的实现。


来源:巴比特资讯作者:摘编编辑:dapong

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