隔離見證是什麼？

隔離見證是什麼

隔離見證，即 Segregated Witness（簡稱SegWit），由Pieter Wuille（比特幣核心開發人員、Blockstream聯合創始人）在2015年12月首次提出。見證（Witness），在比特幣裡指的是對交易合法性的驗證。舉個例子，Alice發起一筆交易，給Bob支付1個BTC，該筆交易信息由三部分組成： a.元數據：交易信息格式的版本號；交易鎖定時間等 b.付款人：Alice用於付款的BTC來源，一般來源於某歷史區塊上某筆交易的輸出（詳 見UTXO）；證明Alice擁有該筆交易的輸出，即見證（Witness）數據 c.收款人：Bob的收款地址和金額

可見，見證數據包含在交易信息裡頭。

隔離（Segregated），指的就是把見證數據從交易信息裡抽離出來，單獨存放。

隔離見證的來源

為什麼要把見證數據隔離出來呢，或者說這樣做有什麼好處呢？這就涉及到比特幣裡的另一個概念--擴容。擴容，指的是增加比特幣每秒的交易量。比特幣每10分鐘左右挖出一個大小小於1MB的區塊，每筆交易平均250字節，即每個區塊最多放進4000筆交易，這樣算下來，比特幣每秒處理的交易數不超過7個。對比其它交易平臺，PayPal每秒數百筆、Visa每秒數千筆、支付寶能達到每秒數萬筆，可見比特幣是一個非常低效的交易系統。如果使用人數增多，則會造成比特幣的擁堵。

如何解決擁堵呢？

有兩種方式，一是簡單的增加每個區塊的大小，比如將區塊大小增加到8M；另一種就是隔離見證+閃電網絡啦。

擴容方案之一：增加區塊大小

如果將區塊大小增至8M，簡單思考一下，比特幣每秒處理的交易數似乎也增加到原來的8倍，即56筆每秒。如果每個區塊1個GB，比特幣每秒將處理7000筆交易，擁堵問題不就解決了嗎？中本聰可沒那麼傻，之所以將區塊大小設定為1M，是有重要原因的。比特幣白皮書的標題為：一種點對點的電子現金系統，相比於傳統貨幣系統，比特幣的核心價值在於實現了一種去中心而且安全的貨幣。如果區塊的大小過大，則會危害到比特幣的安全模型，作為一種貨幣應用，這顯然是不能令人接受的。

為什麼這麼說呢？

POW機制的安全基礎，是假設一個人的算力無法超過全網算力的50%。如果增大區塊，可能一個人的算力超過全網的1/3，就危害到了比特幣的安全。舉個例子，為了達到每秒7000筆的交易速度，我們把區塊的大小增加到1GB： a.假設1GB的區塊從產生到廣播到全網節點需要10分鐘； b.有一個叫Byzantium的節點，擁有的算力超過全網1/3； c.當Byzantium節點挖出一個新區塊時，假設該時間點為0秒，那麼Byzantium節點 獲取新區塊的時間點為0秒；根據假設a，全網最後一個獲取新區塊的節點的獲取時間 為600秒，如果獲取速度是線性的，全網其它節點獲取新區塊的平均時間是300秒。 d.因為在新區塊上挖坑的算力才是有效算力；根據c，全網其它節點的有效算力只剩下 一半，也就是說，全網其它節點的有效算力小於1/3； e.根據b和d，這種情況下，Byzantium節點算力超過全網其它節點算力，如果Byzantium 節點在自己挖出的區塊上繼續挖礦且不公佈廣播，則Byzantium節點上沒公佈的區塊 長度，會大於全網區塊長度；一旦Byzantium節點公佈這些區塊，則全網其它節點挖 出的區塊全部作廢。

可見，區塊設計過大，會威脅到比特幣的安全。換句話說，比特幣區塊的大小是有上限的，《On Scaling Decentralized Blockchain》這篇論文指出，在目前的互聯網環境下，如果十分鐘產生一個區塊，區塊的大小最好不能超過4MB。這樣看來，增加區塊大小這種擴容方案，效果就十分有限了。

擴容方案之二：隔離見證+閃電網絡

隔離見證為什麼能擴容呢？先來看看比特幣區塊的數據結構：

每筆交易平均250字節，見證部分的數據約為150字節，其餘部分100字節。如果將見證數據隔離出來，原來1MB空間的區塊可以放下10000筆交易（原來為4000筆），交易速度約提升2.5倍。隔離出來的見證數據放到了區塊末尾，大小為1.5到2MB，所以隔離見證的整個區塊大小為2.5到3MB左右。

可見，隔離見證也是通過增加區塊大小來達到擴容的效果。這和上一節講到的直接增加區塊大小相比，有什麼新的意義呢？

主要有三方面的意義： a.解決了交易延展性（Transaction Malleability）問題； b.為閃電網絡鋪路 c.其它優化

a.交易延展性，指的是一筆交易發起後，交易數據中的見證部分可以被篡改，而且篡改後的交易仍然有效。具體的說，見證的實現依靠一種簽名算法，比如橢圓曲線數字簽名算法（ECDSA），這種算法下簽名（r，s）和簽名（r，-s（mod n））都是有效的，所以可以把一種有效見證數據篡改成另一種有效見證數據，該筆交易仍然是有效的。每筆交易有個交易ID，交易ID是對整個交易數據的Hash值，為該筆交易的唯一標識。通過對見證數據的篡改，可以改變Hash值，從而改變該筆交易的唯一標識。

隔離見證通過把見證數據隔離移出，生成交易ID時Hash的數據不包括見證數據，因此也就無法改變交易ID值。

b.從第3節可知，通過增加區塊大小無法從根本上解決比特幣的擴容問題。閃電網絡通過在比特幣基礎上，構建第二層網絡，將交易轉移到鏈下的方式，來減輕公鏈負擔，以實現擴容的效果。目前看來，在公鏈基礎上構建協議層網絡，是解決公鏈擁堵問題最合適也是最有前景的方案，有關技術細節在此就不做展開了。感興趣的同學，可以關注閃電網絡、Litex等協議層項目。

隔離見證所帶來的改變，為閃電網絡的實現提供了一些便利，主要有3點： a.交易延展性的解決，讓交易無法被幹擾，閃電網絡白皮書中提到的“人質狀態” （hostage situation），得以避免； b.在通道的生命週期上，隔離見證讓閃電網絡的通道永久開啟更方便實現； c.雖然從理論上系統是安全的，但用戶還是要查看區塊鏈中的交易是否廣播撤回，防止 交易方的欺詐行為，隔離見證使得這項活動可以外包出去，只要給服務器傳送少量信息， 就能代替你完成這一過程。

c.此外，隔離見證給比特幣帶來了一些細節優化，比如增加了腳本版本（Script Version），使得腳本語言可以以一種向後兼容的方式來發展；簽名算法複雜度有了較大優化等等。

關於分叉

隔離見證通過巧妙的設計，引入更少破壞性的改變，使得老的非隔離見證系統仍然能夠驗證新的區塊。對於老的節點，一個隔離見證的輸出看起來像一個任何人都能花費的輸出，該輸出可以被一個空的簽名見證，所以一個交易裡面沒有簽名（簽名被隔離）也可以通過老節點的驗證。這種能向後兼容的變化，被稱作軟分叉。總的來說，隔離見證的主要功勞在於解決了交易延展性問題，而且為協議層網絡提供了一個友好的接口，這是非常重要的。這項更新使得，最有前景的、通過鏈下從根本上解決比特幣擁堵問題的方案，得以更快更好的實現。