通俗易懂解釋下bitcoin 的 segwit ？

想聽聽前應後果和一些黑歷史。

Segregated Witness Costs and Risks

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常聽到比特幣需要「擴容」、然後又討論要不要支援「SegWit 隔離見證」，到底這個「SegWit 隔離見證」是甚麼？它對比特幣會有甚麼影響？

隔離見證（SegWit）背景

「隔離見證」的英文是「Segregated Witness」，一般會簡稱為「SegWit」，是 Bitcoin Core 團隊提出的比特幣擴容方案之一，目前最多人使用的 比特幣節點（node）軟體就是 Bitcoin Core 所開發的，他們 團隊 裡面也有很多知名的比特幣與區塊鏈開發者，所以他們在比特幣社區的「江湖地位」也比較高。

隔離見證起初的目標是為了解決比特幣的 交易延展性（transaction malleability）攻擊問題，但因為隔離見證所用到的技術也可以令比特幣交易功能更多樣化，所以逐漸變成解決擴容問題的其中一個可行方案。

比特幣擴容問題

有用比特幣的朋友或許會察覺到，近年傳送比特幣都需要等好一段時間對方才會收到，如果不幸設定的手續費過低，甚至可能會等上好幾天才能完成交易。

出現這種狀況是因為比特幣網路正面對「擴容問題」，因為比特幣區塊鏈每個區塊的容量有限（目前是 1MB），如果鏈上交易要求數量太多，一個區塊容不下所有交易，手續費較低的交易會先被忽略，直到有區塊有空間可以容下它們，這些交易才會被處理。

試想像比特幣的區塊是一架公車，而每一筆交易都是一個人，當要乘公車的人超過公車容量，不能上車的人就要等下一班，如果公車容許付較高車資的人先上車，那不願付高車資的人就要一直等下去。

那把區塊容量增加不就將問題解決了嗎？有些比特幣的開發者也是這麼想，所以在比特幣歷史中，就出現過幾個增加容量的建議方案，包括 Bitcoin Classic（2MB）、Bitcoin XT（8MB/20MB）和最近出現的 Bitcoin Unlimited（無限容量）。

那為什麼 Bitcoin Core 堅持保留 1MB 容量、還特意外加一個 SegWit，而這個看似比較複雜的方案，竟然是目前支持度最高的？

隔離見證擴容方案

隔離見證的擴容方案主要分兩個部份，第一個部份是將區塊上限提升到最多 4MB… 喂！等一下！剛不是說 Bitcoin Core 堅持保留 1MB 容量嗎？沒錯！隔離見證並沒有把比特幣原來的區塊容量改變，1MB 這個容量是被保留下來，但在這 1MB 之上，外加一個 3MB 的 SegWit 資料區塊，利用英文可能會表達得簡潔一點：

SegWit replaces the 1MB block-size limit with a 4MB block-weight limit

大家應該會察覺到「block-size」與「block-weight」兩個不同的字，所以隔離見證不像其他擴容方案那麼直覺地把區塊容量（block-size）變大，而是把區塊的「載量」（block-weight）增加。聽起來很複雜？沒搞懂我在講甚麼？

我們把公車的例子再搬過來講吧！現在公車大小沒有變，要搭車的人還是一樣多，擠不上去的還是一大堆；這個時候我們在公車後面掛一個像露營車的貨車（SegWit 車箱！），所有上公車的人都要把背包和行李放到這個貨車上面，因為少了隨身物品，每個人佔的空間變少了，那公車就可以多載一些人，乘載量就變多了。

隔離見證的 3MB 區塊會把交易細明包括交易地址、金額、認證資料等分開來處理，從而提升原有 1MB 區塊能盛載的交易數量，效果跟直接把區塊變大差不多，而且這些本來雜七雜八的交易資料被分開處理掉，解決垃圾交易訊息擠滿原有區塊的問題。

閃電網路（Lightning Network）

說了這麼多還是在講隔離見證方案的「第一個部份」（這部分確實比較難理解），方案第二個部份是在比特幣網路上再外加一個「閃電網路（Lightning Network）」的東西，把原有比特幣鏈上金額較少的交易，轉移到這個閃電網路來處理，完成後再記錄到原鏈上。

這是一種「鏈外交易（Off-chain transaction）」，目的是解決「微支付（micropayment）」所遇上的問題，加快交易速度，以太坊（Ethereum）也有類似的方案叫「Raiden Network」，我們之後會再詳細探討這種技術。

在公車路線旁邊再架一條鐵路，讓擠不上公車的人直接去坐火車，這樣子解決掉太多人要搭公車、而公車太小的問題。

隔離見證主要就是透過這兩種方法，雙管齊下去把擴容問題解決，因為在理論與技術層面都把比特幣交易網路提昇到另一個層次，讓比特幣可以跟一般電子支付的功能和速度媲美，所以被認為是最好的解決方案，目前支持度比較高。

隔離見證啟動時間

Bitcoin Core 團隊給了一個啟動隔離見證的時機，就是當 95%的網路算力都支持啟動，隔離見證就會被實裝。

為甚麼要 95%呢？因為如果支持度不夠，整個比特幣網路就有機會被分裂成兩半，然後就會出現兩種不同的比特幣，嚴重影響比特幣的生態和經濟價值；但只要有 95%的算力支持，其餘的 5%會因為算力不足、沒有足夠礦工處理交易和保障網路安全而慢慢被淘汰。

每一個比特幣交易，其實可以分為兩部份。第一部份是說明結餘的進出，第二部份是用來證明這個交易的合法性 (主要是簽署)。第一部份可稱為「交易狀態」，第二部份就是所謂的「見證」(witness)。如果你只關心每個賬戶的結餘，其實交易狀態資料就已經足夠。只有部份人(主要是礦工) 才有必要取得交易見證。

中本聰設計比特幣系統時，並沒有把兩部份資料分開處理，導致交易ID的計算混合了交易狀態和見證。因為見證本身包括簽署，而簽署不可能對其自身進行簽署，因此見證是可以由任何人在沒有交易雙方同意下可以改變的，造成所謂交易可變性 (malleability)。在交易發出後，確認前的交易ID可以被任意更改，因此基於未確認交易的交易是絕對不安全的。在2014年就曾有人利用這漏洞大規模攻擊比特幣網路，然而這問題一直至今沒有解決。

比特幣核心開發員Pieter Wuille 在2015年12月於香港提出的隔離見證 (Segregated Witness，以下簡稱SW) 軟分叉非常巧妙地徹底解決了這個問題。SW用戶在交易時，會把比特幣傳送到有別於傳統的地址。當要使用這些比特幣的時候，其簽署 (即見證) 並不會記錄為交易ID的一部份，而是另外處理。也就是說，交易ID完全是由交易狀態 (即結餘的進出) 決定，不受見證部份影響。這做法有幾個重要的結果:

1. 可以用軟分叉增加最大區塊容量: 因為舊有節點根本看不到這些被隔離的見證，即使真實的區塊已超過1MB，它們仍會以為沒有超過限制而會接受區塊。在整場有關區塊容量的辯論中，最大的難點就是硬分叉。SW可以提供約2MB的有效區塊空間而沒有任何硬分叉風險
2. 從此以後，只有發出交易的人才可以改變交易ID，沒有任何第三方可以做到。如果是多重簽名交易，就只有多名簽署人同意才能改變交易ID。這可以保證一連串的未確認交易的有效性，是雙向支付通道或閃電網路所必須的功能。有了雙向支付通道或閃電網路，二人或多人之間就可以實際上進行無限次交易，而無需把大量零碎交易放在區塊鏈，大為減低區塊空間壓力
3. 輕量錢包可以變得更輕量，因為它們無需再接收見證數據
4. 可以大幅改善簽署結構。在區塊鏈上，曾經有一個超過5000個輸入的交易，因為簽署設計缺憾，需要半分鐘才能完成檢查。在建議中的SW軟分叉會把這個問題解決掉。

而在該次軟分叉完成後，核心開發者們已有計划進一步完善整個系統的可用性和安全性:

1. 全節點可以為輕量錢包提供很簡潔的證明，以檢查交易是否合法。以後的節點就不再局限於完全驗證和完全不驗證，而是可以按個人的資源作部份驗證，也就是說一台手機也可以參與保障系統安全。這可以大為降低系統對全節點的依賴，即使以後區塊容量提升了，我們仍能保持安全。
2. 將會推出全新的交易腳本語言，例如可以把數以千計的不同腳本通過MAST技術壓縮至只有32位元組; 亦可以把不同簽署合併檢查，令檢查交易的速度再以倍數上升。

事後孔明的說，其實比特幣一開始就應該是要隔離見證。以上的計劃，是核心開發者們在過去數年對系統的了解日增而得到的成果。SW的測試網已在2015年12月開始運作，本人也有參與第一手測試，對2016年4月推出的目標感到樂觀。實行SW將是比特幣技術的一大飛躍，希望中國幣圈的各位能多加關注和支持。

有關隔離見證的比特幣改善方案:

1. 隔離見證軟分叉 https://github.com/CodeShark/bips/blob/segwit/bip-codeshark-jl2012-segwit.mediawiki
2. 隔離見證通信層 https://github.com/CodeShark/bips/blob/segwit_peer_services/bip-codeshark-segwit-peer-services.mediawiki
3. 隔離見證交易地址 https://github.com/jl2012/bips/blob/segwit-address/bip-segwitaddress.mediawiki
4. 隔離見證簽署檢查 https://github.com/jl2012/bips/blob/segwit-checksig/bip-segwit-checksig.mediawiki
5. 系統擴展常見問題解答: https://bitcoin.org/zh_CN/bitcoin-core/capacity-increases-faq
6. 需要30秒檢查的交易:https://blockchain.info/tx/bb41a757f405890fb0f5856228e23b715702d714d59bf2b1feb70d8b2b4e3e08

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