Объяснение принципа работы SegWit: вес блока, комиссии и адреса.

Segregated Witness, или SegWit, — это софтфорк Биткоина, который отделяет данные свидетеля от сериализации транзакции, используемой для идентификатора транзакции (txid). Данные свидетеля остаются частью полной транзакции и блока; они не перемещаются за пределы блокчейна. BIP141 вводит новые правила проверки и взвешивания блоков, сохраняя при этом совместимость с представлением блока, используемым в старых узлах.

SegWit ограничивает вес блока 4 000 000 единицами веса. Байты, не являющиеся свидетелями, учитываются четыре раза, а байты свидетелей — один раз. Таким образом, общий размер сериализованных байтов зависит от состава транзакции и может достигать 4 МБ в блоках с большим количеством свидетелей; 1.8–2.1 МБ не является ограничением протокола. Виртуальный байт соответствует четырем единицам веса, округленным в большую сторону до виртуального размера транзакции. (Источник: BIP141 Segregated Witness )

SegWit исключает данные свидетеля из расчета txid, устраняя непроизвольную возможность изменения идентификаторов транзакций на основе данных свидетеля. Это не делает каждый идентификатор транзакции неизменяемым: изменение полей, не являющихся данными свидетеля, замена транзакции или включение изменяемых устаревших входных данных по-прежнему могут иметь значение. Улучшение упрощает построение предварительно подписанных цепочек транзакций, в том числе используемых Lightning.

Происхождение и история

В основе исследования лежит концепция SegWit, основанная на ранее обсуждавшихся вопросах гибкости транзакций, разделения свидетелей и совместимых обновлений протокола.

Декабрь 2015 года: Питер Вуйлле представляет концепцию «разделенного свидетеля» на конференции Scaling Bitcoin в Гонконге, объясняя преимущества этой технологии с точки зрения гибкости и пропускной способности.

Технические спецификации: BIP141 определяет изменения в консенсусе, BIP143 описывает хеширование подписи для программ-свидетелей версии 0, а BIP144 описывает изменения в работе одноранговых сервисов и сериализации. Это отдельные спецификации с разной областью применения и авторством.

Май 2017 года: Litecoin активировал SegWit в своей сети раньше Bitcoin, что послужило реальной испытательной площадкой, продемонстрировавшей стабильность и безопасность обновления в производственной среде. Успешная активация SegWit в сети Litecoin укрепила уверенность в его использовании в сети Bitcoin.

Июль-август 2017 года: BIP91, BIP148 и существующий процесс активации играют разные роли в спорный период развертывания SegWit. Разделение Bitcoin Cash происходит 1 августа; сама активация SegWit на Bitcoin происходит позже в том же месяце.

24 августа 2017 года : SegWit официально активировался в основной сети Bitcoin на высоте блока 481 824. Активация ознаменовала завершение одной из самых политически острых дискуссий в истории Bitcoin, часто называемой «войной за размер блока».

После активации: кошельки и сервисы используют обернутый и нативный SegWit. Нативные адреса основной сети версии 0 начинаются с bc1q; адрес, начинающийся с 3, является P2SH и не обязательно использует SegWit.

Ноябрь 2021 г.: Taproot активируется с использованием свидетеля версии 1, с подписями Schnorr и подтверждениями в дереве скриптов.

Текущее применение: SegWit остается частью правил консенсуса Биткоина. Процент внедрения и публичная пропускная способность Lightning — это меняющиеся показатели, требующие устаревшего набора данных и четкой методологии.

Простыми словами

1. Представьте, что вы отправляете письмо в конверте. Само письмо — это сообщение (платежные данные), а восковая печать — ваша подпись, подтверждающая его подлинность. До появления SegWit и письмо, и печать должны были помещаться в один небольшой конверт. SegWit позволяет поместить печать в отдельный прикрепленный пакетик — таким образом, в основной конверт можно поместить больше писем, а печати по-прежнему носить с собой для проверки подлинности.
2. Представьте себе правила отгрузки, которые устанавливают разные тарифы за два вида материалов по весу. SegWit меняет способ учета данных при расчете грузоподъемности; все необходимые данные для проверки по-прежнему передаются в полном объеме.
3. Рассмотрим очередь на паспортном контроле в аэропорту. До внедрения SegWit каждому путешественнику приходилось проносить через узкий проход весь свой пакет с личными документами. SegWit позволяет путешественникам проходить через проход только с паспортом, в то время как их полный пакет документов проходит по отдельному, более широкому каналу, функционирующему параллельно.
4. Представьте себе карточку с рецептом, где количество слов ограничено. До появления SegWit и инструкции по приготовлению, и сноски должны были помещаться на одной карточке. SegWit перемещает сноски на оборотную сторону карточки и учитывает их с учетом скидки — таким образом, повара могут разместить больше фактических этапов приготовления на лицевой стороне каждой карточки.
5. Представьте себе пункт взимания платы за проезд по шоссе, где с каждой машины взимается плата за каждого пассажира. SegWit — это как изменение правил таким образом, чтобы с пассажиров на заднем сиденье взималась четверть цены — пункт взимания платы по-прежнему обслуживает то же количество автомобилей, но каждая машина фактически перевозит больше людей за ту же общую плату.

Важно: Устаревшие узлы принимают урезанное представление в соответствии со старыми правилами, но не обеспечивают проверку свидетелей SegWit. Обновленные узлы обеспечивают соблюдение этих правил. Для корректного расходования выходов SegWit кошелькам необходимы совместимые скрипты и построение транзакций. (Источник: сериализация свидетелей BIP144 )

Основные технические характеристики

Вес блока и новая модель грузоподъемности

• Заменяет ограничение размера блока в 1 МБ на ограничение веса блока в 4 000 000 единиц веса (4 МВУ).
• Данные, не являющиеся свидетелями, стоят 4 WU за байт; данные, являющиеся свидетелями, стоят 1 WU за байт.
• Общий сериализованный размер варьируется в зависимости от состава свидетеля и может достигать 4 МБ; количество транзакций не фиксировано.
• Устаревшие узлы получают совместимую урезанную сериализацию; обновленные узлы также проверяют обязательства и правила свидетелей.

Исправление уязвимости транзакций

• До внедрения SegWit идентификатор транзакции (txid) вычислялся для всей транзакции, включая подписи.
• Исторически сложилось так, что разрешенные изменения данных разблокировки могли изменять идентификатор транзакции (txid) без изменения предполагаемого платежа. Какие изменения являются допустимыми, зависит от действующего консенсуса и правил политики.
• Идентификатор транзакции (txid) исключает данные свидетеля. Это предотвращает изменение данных только свидетеля, а не все возможные изменения транзакции.
• Отдельный идентификатор транзакции свидетеля (wtxid) охватывает всю транзакцию, включая данные свидетеля.

Как работает транзакция SegWit

1. Кошелек отправителя формирует транзакцию с входными данными, ссылающимися на предыдущие события. UTXOs и выходные данные, указывающие адреса получателей и суммы.
2. В стандартных входных данных свидетелей используется пустая scriptSig; в данных свидетелей, обернутых P2SH, используется программа подтверждения получения средств. Другие входные данные в смешанной транзакции могут по-прежнему иметь устаревшие scriptSig. (Источник:) Разработка кошелька Bitcoin Core SegWit)
3. Транзакция сериализуется с помощью байта-маркера (0x00) и байта-флага (0x01), указывающих на формат SegWit.
4. Хэш txid отображает сериализацию, не являющуюся свидетелем, включая фактические поля scriptSig; они не всегда пусты.
5. Идентификатор транзакции (wtxid) вычисляется путем хеширования всей сериализованной транзакции, включая данные свидетеля.
6. В транзакции coinbase подтверждение в свидетельском блоке фиксируется в корневом элементе Меркла, наряду со структурой обычного корневого элемента Меркла транзакции блока.
7. При проверке блока узлы проверяют как стандартную действительность транзакции, так и целостность данных свидетеля.

Типы адресов SegWit

• P2SH-обернутый SegWit: адреса в основной сети начинаются с цифры 3, но тот же префикс также обозначает P2SH-скрипты, не использующие SegWit. BIP49 определяет общую конвенцию вывода обернутых кошельков.
• Встроенная версия SegWit-0: адреса в основной сети начинаются с bc1q и используют Bech32. Экономия на комиссиях зависит от типов ввода и вывода, количества и ставки комиссии.
• Taproot: Адреса основной сети версии 1 начинаются с bc1p и используют Bech32m. Другие будущие версии свидетелей также используют Bech32m, но им не обязательно начинаться с bc1p.

Включение сети Lightning

• Сеть Lightning Network использует предварительно подписанные транзакции, которые ссылаются на конкретные идентификаторы транзакций (txid).
• До внедрения SegWit возможность изменения идентификаторов транзакций (txid) означала, что они могли меняться после трансляции, нарушая контракты платежных каналов.
• Устранение возможности изменения идентификатора транзакции (txid) на основе данных свидетеля способствует надежному построению каналов; однако Lightning по-прежнему сопряжен с собственными рисками, связанными с ликвидностью, мониторингом и протоколом.
• В реализациях Lightning используются совместимые форматы финансирования и расходования средств; для работы канала требуется нечто большее, чем просто выбор адреса SegWit.

Преимущества недостатки

Управление рисками

Устранение риска несовместимости

• Устаревшие кошельки и некоторые биржи могут не поддерживать отправку на адреса bech32 (bc1).
• Убедитесь, что отправляющий сервис поддерживает именно тот тип адреса и сеть получателя. В некоторых случаях совместимость может обеспечивать обернутый SegWit, но не следует предполагать, что каждый адрес с префиксом 3 является кошельком SegWit.
• Проверяйте актуальную сервисную документацию, а не предполагайте поддержку, исходя из более ранней даты внедрения.

Риск частичной платы за усыновление

• Отправитель оплачивает комиссию за транзакцию, размер которой зависит от расходуемых входных данных и всей транзакции в целом. Получение выходных данных SegWit может снизить стоимость последующего расходования этих данных.
• При необходимости используйте совместимые собственные выходные данные SegWit и сравнивайте фактические размеры виртуальных машин и оценки комиссий.

Использование данных и ресурсов свидетелями

• Транзакции с большим количеством свидетелей могут приводить к образованию более крупных сериализованных блоков в пределах установленного лимита веса. Использование разрешенного пространства свидетелей само по себе не является эксплойтом протокола.
• Весовые коэффициенты консенсуса и правила скриптов ограничивают количество блоков; политики ретрансляции узлов и майнинга накладывают дополнительные, отдельные ограничения. Ограничения политики не следует путать с ограничениями консенсуса.
• Тенденция 2023 года, связанная с порядковыми номерами и надписями, продемонстрировала эту динамику, поскольку большие объемы данных-свидетелей использовались для записи изображений и данных в блокчейн.

Миграционный риск для сферы услуг

• Биржи и платежные системы, переходящие с устаревших форматов адресов на формат SegWit, должны тщательно спланировать этот переход, чтобы избежать потери средств или бухгалтерских ошибок.
• Меры по смягчению последствий: параллельное использование устаревших систем и систем SegWit во время миграции; проведение тщательного тестирования в тестовой сети перед развертыванием в основной сети.

Культурная значимость

Дискуссия о масштабировании, известная как «Война размеров блоков», включала в себя конкурирующие технические и управленческие подходы. Разделение Bitcoin Cash произошло 1 августа 2017 года; Bitcoin SegWit был активирован 24 августа на пике в 481 824 блока. Это были отдельные события.

Фраза «UASF» (User-Activated Soft Fork — активируемый пользователем софтфорк) стала лозунгом сторонников SegWit, которые выступали за то, чтобы операторы узлов обеспечивали активацию SegWit независимо от сигналов майнеров. Движение BIP148 UASF продемонстрировало власть экономических узлов (бирж, предприятий, пользователей) над майнерами в определении пути обновления Биткоина, создав прецедент для оценки будущих изменений протокола.

Активация SegWit также ознаменовала поворотный момент в управлении Биткоином. Провал Нью-Йоркского соглашения (SegWit2x), которое предлагало активировать SegWit с последующим увеличением размера блока на 2 МБ, укрепил принцип, согласно которому никакое закрытое соглашение между участниками отрасли не может диктовать изменения протокола Биткоина без более широкого консенсуса сообщества.

В культуре разработчиков SegWit ценится как элегантное инженерное решение, которое одновременно решило множество проблем — масштабируемость, гибкость и возможность обновления — с помощью одного обратно совместимого изменения. Внедренная им система версионирования свидетелей стала основным механизмом развертывания последующих обновлений, наиболее ярким примером чего является Taproot (свидетель версии 1).

«Война размеров блоков» подробно описана в книге Джонатана Бира «Война размеров блоков » (2021), которая стала рекомендованным чтением для всех, кто хочет понять модель управления Биткоином и социальную динамику разработки децентрализованных протоколов.

Примеры из реального мира

1. SegWit и пакетная обработка транзакций

• Ситуация: Сервис хочет снизить общие затраты на обработку большого количества выводов средств в блокчейне.
• Механизм: SegWit позволяет уменьшить вес входных данных, а пакетная обработка распределяет накладные расходы на транзакции между несколькими выходными данными. Это отдельные оптимизации.
• Результат: SegWit и пакетная обработка могут снизить затраты, но их преимущества зависят от структуры транзакций и ставки комиссии. Пакетная обработка увеличивает накладные расходы; SegWit изменяет вес допустимых входных данных.

2. Рост сети Lightning Network обеспечивается благодаря SegWit.

• Ситуация: Протоколам платежных каналов необходимы надежные ссылки на операции финансирования и подтверждения обязательств.
• Реализация: Узлы Lightning открывают платежные каналы, создавая транзакции SegWit с мультиподписью 2 из 2 на базовом уровне Bitcoin. Последующие платежи в рамках канала осуществляются вне блокчейна посредством обновленных транзакций подтверждения, которые ссылаются на идентификатор транзакции (txid) исходной транзакции финансирования SegWit.
• Результат: SegWit поддерживает архитектуру транзакций Lightning, но пропускная способность канала, ликвидность маршрутизации, количество узлов и успешность платежей являются отдельными показателями. Протокол не устанавливает фиксированную пропускную способность на 2026 год и не определяет их долларовую стоимость.

3. Снижение перегрузки сетей взаимодействий между станциями метрополитена во время спада на фондовом рынке 2021 года.

• Сценарий: В период бычьего рынка биткоина в 2021 году объем транзакций резко вырос, что привело к значительной перегрузке пула транзакций и повышению комиссий.
• Механизм: При одинаковой ставке комиссии меньший виртуальный размер снижает общую сумму комиссии. Включение в программу по-прежнему зависит от ставки комиссии, пакетов-предшественников, политики майнеров и доступного пространства в блоке.
• Результат: SegWit повышает эффективность использования пространства блоков для соответствующих типов транзакций. Он не гарантирует включение в следующий блок или универсальное двукратное или трехкратное преимущество в размере комиссионных сборов.

4. Ординалы и надписи с использованием пространства свидетелей

• Сценарий: В начале 2023 года разработчик Кейси Родармор запустил проект. Протокол ординалов, которая использует пространство данных свидетелей SegWit для прямой записи произвольных данных (изображений, текста, HTML) в блокчейн Биткоина.
• Механизм: Данные записи передаются в данных-свидетелях пути скрипта Taproot и получают весовые коэффициенты свидетелей. Другие данные блоков и транзакций также потребляют вес, поэтому полезная нагрузка не может занимать все 4 000 000 байт независимо от накладных расходов.
• Результат: Надписи демонстрируют интенсивное использование пространства блоков свидетельствами очевидцев и вновь вызывают дискуссию о распределении ресурсов. Для подсчета и определения количества принятых надписей необходим датированный набор данных.

Сравнительная таблица

Связанные условия

• Предложение по улучшению Биткойна (BIP) — Формальный процесс внесения предложений и документирования изменений в протокол Bitcoin; SegWit был реализован посредством BIP141, BIP143 и BIP144.
• Пластичность транзакций — Изменения, которые изменяют идентификатор транзакции, не обязательно меняя предполагаемый платеж; SegWit обрабатывает формы, основанные на данных свидетеля, при определенных условиях.
• Сеть "Lightning Network" — Основная платежная сеть второго уровня Биткойна, обеспечивающая мгновенные транзакции с низкими комиссиями; это стало возможным благодаря исправлению уязвимости SegWit.
• Мягкая вилка — Обновление протокола с обратной совместимостью, при котором необновленные узлы по-прежнему принимают блоки от обновленных узлов; SegWit был развернут в виде мягкого форка, чтобы избежать разделения сети.
• Вес блока — введенный SegWit показатель, заменяющий устаревшее ограничение размера блока, измеряемый в весовых единицах (WU) с максимальным значением 4 000 000 WU на блок.
• Bech32 — кодировка адреса, используемая для собственной версии свидетеля 0; Bech32m используется для версий 1 и более поздних.
• стержневой корень — Обновление Bitcoin 2021 года, основанное на версии 1 механизма SegWit для свидетелей, включает в себя подписи Шнорра, MAST и улучшенную конфиденциальность для сложных транзакций.
• UTXO (выход неизрасходованной транзакции) — Фундаментальная модель учета в Биткоине; транзакции SegWit изменяют структуру и проверку условий расходования UTXO.
• Программа свидетеля — формат scriptPubKey, представленный SegWit, который определяет версию свидетеля и хеш программы, обеспечивая раздельную проверку условий расходования средств.
• Bitcoin Cash — хардфорк Bitcoin, созданный 1 августа 2017 года сторонниками больших блоков, которые не соглашались с подходом к масштабированию SegWit.
• Война размеров блоков — многолетние дебаты в сообществе о масштабировании Биткоина, кульминацией которых стала активация SegWit и форк Bitcoin Cash, сформировавшие культуру управления Биткоином.
• Протокол Ordinals — протокол для записи произвольных данных в Bitcoin с использованием скидки на пространство свидетелей SegWit, обеспечивающий функциональность, подобную NFT, в блокчейне Bitcoin.

FAQ

В: Что на самом деле означает «раздельное свидетельство» простыми словами?

«Segregated» означает «разделенный», а «Witness» относится к криптографическим подписям, подтверждающим авторизацию транзакции. Таким образом, «Segregated Witness» буквально означает отделение подписей от основных данных транзакции. Подписи по-прежнему включаются в блок для целей проверки, но они помещаются в отдельную структуру, которая учитывается со скидкой при расчете емкости блока.

В: Насколько выгодны транзакции SegWit по сравнению с традиционными транзакциями с точки зрения комиссионных сборов?

Экономия зависит от типов скриптов, количества входных и выходных данных, а также ставки комиссии. При фиксированной ставке сатоши/виртуального бакера меньший виртуальный размер обходится дешевле. Сравнивайте расчетные значения для кошелька для фактической транзакции, а не предполагайте универсальную скидку.

В: Обязательно ли внедрение SegWit для пользователей Bitcoin?

Пользователи по-прежнему могут получать и тратить устаревшие выходные данные, но старые узлы не обеспечивают соблюдение всех новых правил консенсуса. Для надлежащей проверки свидетелей и поддерживаемых форматов расходования требуется программное обеспечение, поддерживающее SegWit. Для его использования не требуется определенный процент текущего внедрения.

В: Каким образом SegWit обеспечил работу сети Lightning?

В Lightning используются предварительно подписанные транзакции, ссылающиеся на выходные данные финансирования. SegWit исключает изменения идентификатора транзакции (txid) на основе данных свидетеля при выполнении необходимых условий, что помогает сделать эти ссылки надежными. Однако это не устраняет всех рисков безопасности или доступности Lightning.

В: В чем разница между адресами bech32 и bech32m?

В основной сети Bitcoin адреса свидетелей версии 0 начинаются с префикса bc1q и используют кодировку Bech32. Адреса Taproot версии 1 начинаются с префикса bc1p и используют кодировку Bech32m. Кодировка Bech32m применяется к версиям 1–16; более высокие версии имеют другие префиксы и не представляют собой автоматически Taproot. (Источник: кодировка адресов BIP350 Bech32m )

В: Решила ли SegWit проблему масштабируемости Биткоина?

SegWit повышает эффективность использования веса и поддерживает проектирование платежных каналов, но не обеспечивает неограниченную пропускную способность. Увеличение пропускной способности зависит от состава транзакций, а многоуровневые системы вводят свои собственные операционные компромиссы.

В: Почему некоторые люди критикуют SegWit?

Критики выдвинули ряд возражений. Некоторые утверждали, что прямое увеличение размера блока было бы проще и эффективнее. Другие же считали, что механизм развертывания мягкого форка (использование трюка «любой может потратить» для обратной совместимости) — это неэлегантный обходной путь. Скандал с Ordinals вновь разжег дебаты о том, стимулирует ли скидка на данные свидетелей неденежное использование пространства блока, которое изначально не предполагалось разработчиками SegWit.

Заключение

SegWit улучшает структуру транзакций Bitcoin за счет разделения свидетелей и учета веса блока. Используйте совместимое программное обеспечение и форматы адресов, а также рассчитывайте комиссию исходя из фактической транзакции, а не исходя из предположения о фиксированной экономии или неограниченной пропускной способности.

Источники

BIP141 Сегрегированное свидетельство

Разработка кошелька Bitcoin Core SegWit

BIP350 Bech32m кодирование адреса

сериализация свидетелей BIP144

Данные порядковой надписи

Адаптивный лимит блоков Bitcoin Cash на май 2024 года