Что представляет собой обновление Segregated Witness

Обновление Segregated Witness (SegWit) в 2017 году изменило структуру данных транзакции в Биткоине.

Основной причиной обновления было исправление пластичности транзакций (я объясню это чуть позже). Другим значительным изменением стало увеличение размера блока.

Перевод статьи Грега Уокера, опубликованной на сайте learnmeabitcoin.

Поддержать проект.

В чем заключалось основное изменение? #

Legacy-транзакция #

В традиционной (Legacy) транзакции Биткоина код разблокировки (и подписи) располагаются следом за каждым входом, поэтому код разблокировки распределен по всем данным транзакции.

Затем на основе всех данных транзакции создается TXID (идентификатор транзакции):

SegWit-транзакция #

В SegWit-транзакции весь код разблокировки (и подписи) переносятся в конец данных транзакции.

Затем TXID создается из всех данных транзакции, за исключением кода разблокировки:

В итоге, на TXID в SegWit-транзакции влияют только результаты транзакции (движение биткоинов), но не код, необходимый для валидации транзакции (т.е. подписи, необходимые для разблокировки биткоинов для расходования).

Таким образом, по сути, мы отделили “валидирующую” часть (код разблокировки) от остальной части транзакции.

Если мы назовем этот код валидации данными свидетеля (как это сделал бы криптограф), то можно сказать, что мы “отделили свидетеля”. “Segregated Witness” переводится с английского как “отделённый свидетель”.

Преимущества SegWit #

1. Исправление пластичности транзакций #

В Биткоине под пластичностью транзакций понимается тот факт, что ID транзакции может быть изменен путем изменения подписей:

Подпись может быть изменена путем инвертирования значения s. Подпись остается действительной, и транзакция имеет тот же результат, но TXID будет другим.

Это означает, что при отправке Legacy-транзакции в сеть любой узел имеет возможность изменить TXID, прежде чем передавать его дальше:

В конце концов ваша транзакция попадет в блокчейн под другим TXID, чем вы ожидали, что будет доставлять неудобства.

Однако если подписи больше не являются частью TXID, то впоследствии кто-то другой не сможет изменить TXID вашей транзакции:

Другими словами, SegWit делает идентификаторы транзакций достоверными.

2. Увеличение вместимости блока #

Из-за того, что код разблокировки был перенесен в новое поле witness в данных транзакции, способ расчета размера блока также изменился.

Ранее размер транзакций измерялся в байтах, а предельный размер блока составлял 1 000 000 байт (1 МБ):

С появлением SegWit транзакции больше не измеряются в байтах. Вместо этого транзакции и блоки получили новую метрику под названием вес:

• Максимальный размер блока составляет 4 000 000 единиц веса.
  • Один обычный байт в транзакции равен 4 единицам веса.
  • Байт witness-данных в транзакции равен 1 единице веса.

То есть, ограничение размера блока умножается на 4, чтобы получить новое ограничение веса блока.

Каждый байт в транзакции умножается на 4, чтобы получить вес транзакции. Однако вы умножаете каждый байт witness-данных на 1, что, по сути, дает вам 75-процентную скидку на размещение “кода разблокировки” в блоке.

Таким образом, можно сказать, что код разблокировки занимает четверть занимаемого ранее места, что означает, что теперь в блоке больше места для данных транзакций.

Увеличило ли обновление SegWit размер блока? #

Да, размер каждого блока теперь может превышать 1 000 000 байт (1 МБ).

Хотя ограничение на размер блока не было увеличено на определенное количество байт, снижение веса кода разблокировки означает, что блоки могут превысить прежний лимит в 1 МБ.

То, что размер блока изменился с 1 000 000 байт до 4 000 000 единиц веса, не означает, что SegWit увеличил абсолютный размер блока до 4 МБ.

Это связано с тем, что типичный блок не будет заполнен исключительно witness-данными (1 единица веса за байт). Вместо этого транзакции содержат комбинацию обычных данных (4 весовые единицы) и witness-данных (1 единица веса). Поэтому “увеличение размера блока” зависит от состава транзакций в блоке.

Насколько увеличился размер блока благодаря SegWit? #

Обновление SegWit увеличило максимальный размер типичных блоков примерно до 1,8 МБ.

Типичный блок транзакций состоит примерно на 60% из кода разблокировки ¹. Таким образом, если мы вычислим вес блока размером 1 МБ, состоящего из “типичных” данных транзакций, мы получим:

400 000 байт * 4 = 1 600 000 единиц веса
600 000 байт * 1 =   600,000 единиц веса

Общий вес        = 2 200 000 единиц веса

Теперь, если блок может иметь максимальный вес в 4 000 000 единиц, мы можем определить, насколько это увеличивает его размер:

4,000,000 / 2,200,000 = 1.81

Так что можно сказать, что это эффективное увеличение размера блока до 1,8 МБ.

Почему изменения были реализованы именно так? #

Если вы хотите исправить пластичность транзакций и увеличить ёмкость блока, то, наверняка, есть более простой способ этого добиться, верно? Зачем реструктурировать данные о транзакциях и создавать новую метрику под названием “вес блока”?

Хороший вопрос. И вы правы — добиться изменений можно было гораздо проще. Например, можно было бы сделать вот так:

Однако если вы сделаете это, транзакции и блоки станут “недействительными” в соответствии с текущими правилами.

Это означает, что узлы сети будут отвергать эти новые транзакции и блоки, поскольку они не соответствуют их правилам о том, как должны “выглядеть” транзакции и блоки.

Например, одно из правил гласит, что каждый блок должен быть размером не более 1 МБ.

Поэтому, если вы захотите внести эти изменения, вам придется заставить всех в сети обновить свое программное обеспечение (и, очевидно, согласиться с изменениями).

В противном случае вы получите сеть, в которой будут созданы два разных блокчейна: обновленные узлы будут строить блокчейн по новым правилам, а старые узлы продолжат строить блокчейн по старым правилам.

Это явление называется хардфорком. В принципе, это может сработать, но очень рискованно и создаст проблемы для тех, кто не обновит программное обеспечение.

Как при обновлении SegWit удалось избежать хардфорка? #

Вместо того чтобы сделать SegWit хардфорком, он был реализован как софтфорк.

При обновлении SegWit транзакции и блоки все еще следуют текущим правилам сети Биткоин, поэтому все узлы по-прежнему воспринимают SegWit-блоки как действительные. “Старые” узлы будут принимать эти “новые” блоки и добавлять их в свою копию блокчейна.

Поэтому старые узлы продолжают взаимодействовать с новыми узлами, несмотря на то, что они (старые узлы) не обновились.

Вследствие софтфорка все узлы синхронизируются с единой версией блокчейна.

Недостатком для “старых” узлов является то, что они не смогут воспользоваться новыми возможностями SegWit до тех пор, пока не обновятся. Однако они могут продолжать совершать транзакции “старого образца” и поддерживать блокчейн.

Итак, обновление SegWit может показаться “хакерским” способом устранения пластичности транзакций и увеличения ёмкости блоков, но такой подход позволяет избежать проблемы, связанной с попыткой заставить всех перейти на новое программное обеспечение (или в противном случае остаться не у дел).

Когда был активирован SegWit? #

Segwit был активирован 24 августа 2017 года в 01:57:37 по UTC, на высоте блока 481824.

Именно тогда узлы начали применять новые правила консенсуса, предусмотренные обновлением SegWit, для всех новых блоков и транзакций.

Как вступил в действие SegWit? #

Обновление Segregated Witness вступило в силу, когда 95% майнеров заявили о готовности его поддержать.

Майнеры могут сигнализировать о готовности, используя определенный номер версии в блоках, которые они добывают.

Поле версии является частью заголовка блока.

Таким образом, когда 95% блоков имели этот номер версии, SegWit был запланирован к активации:

Порог 95% рассчитывается в течение периода между корректировками сложности (целевого значения). Если 95-процентный порог достигнут, софтфорк активируется в начале следующего периода (который составляет 2016 блоков, или примерно 2 недели).

Было ли ограничение по времени для активации? #

Да, было задано окно активации:

Если бы к полуночи 15 ноября 2017 года достаточное количество майнеров не заявило о готовности к обновлению Segregated Witness, предложение было бы отменено.

График активации #

В таблице показано количество блоков, сигнализирующих о SegWit, за каждый период между корректировками сложности, предшествующий активации:

Как видите, порог в 95% майнеров, сигнализирующих о готовности к SegWit, был превышен в период между блоками 477792 и 479807.

Таким образом, обновление SegWit было активировано спустя 2016 блоков (примерно через 2 недели) на блоке 481824:

• Период с 439488 до 441503 был первым сигнальным периодом после начала окна активации.
• 100% блоков между 477792 и 479807 сигнализировали о переходе на SegWit. Вы можете посмотреть блоки и их сигналы здесь: segwit-signals-version-bits.txt (второй бит справа сигнализирует о поддержке SegWit).
• Существует промежуток в один период между корректировками сложности, когда софтфорк “зафиксирован”, прежде чем он будет активирован.

Почему решение об активации принимали майнеры? #

Если вы хотите, чтобы софтфорк был успешным, вам нужно, чтобы большинство майнеров добывали блоки “нового” типа.

Это необходимо для того, чтобы блокчейн с “новыми” блоками опередил любой блокчейн, который может быть создан на основе “старых” блоков (от необновленных майнинг-узлов, которые всё ещё добывают блоки “старого образца”).

В результате “новый” блокчейн будет строиться быстрее, чем любой блокчейн, создаваемый из “старых” блоков, поэтому все узлы, естественно, примут одну и ту же самую длинную цепочку:

Большинство майнинговых мощностей позволяет всем участникам сети работать с одной цепочкой.

Таким образом, наличие подавляющего большинства майнеров обеспечивает плавное обновление, поскольку гарантирует, что вся сеть придет к одной версии блокчейна.

Не обязательно, чтобы майнеры были наиболее компетентной группой для принятия решений при софтфорке; скорее, они необходимы для обеспечения плавного обновления для всей сети.

Что произойдет, если я не запущу обновление SegWit? #

Если вы используете старую версию узла (например, Bitcoin Core v0.13.0 или ниже), все узлы SegWit, к которым вы подключены, будут удалять все witness-данные из транзакций, прежде чем отправить их вам.

Это означает следующее:

• Вы будете получать те же транзакции, что и все остальные.
• Если вы получите транзакцию SegWit, вы увидите движение биткоинов, но не увидите никаких данных кода разблокировки.

Так что, по сути, ваш узел получит “облегченную” версию SegWit-транзакций.

Как обновиться? #

• Bitcoin Core – Убедитесь, что вы используете версию 0.13.1 или выше.
• Другие кошельки – Почти все современные кошельки на сегодняшний день поддерживают транзакции SegWit.

SegWit существует уже так давно, что вряд ли вы столкнетесь с программным обеспечением, которое его не поддерживает (если только оно не очень старое).

Источники #

• BIP 141 (Уровень консенсуса)
• BIP 144 (Взаимодействие между узлами)
• Bitcoin.org – Преимущества Segregated Witness

Спасибо #

• Питеру Вюлле – за объяснение структуры данных SegWit-транзакций (помимо всего прочего).
• Грегори Максвеллу и Люку Дашеру – за объяснение параметра веса блока.

Дополнительные материалы #

• Объяснение Segregated Witness – Хорошее объяснение SegWit в видеоформате с полезными визуализациями изменений в структуре данных транзакций.

Поддержите переводчика #

Поддержать переводчика можно, отправив немного сат в сети Лайтнинг:

lnurl1dp68gurn8ghj7ampd3kx2ar0veekzar0wd5xjtnrdakj7tnhv4kxctttdehhwm30d3h82unvwqhk7mnv093kcmm4v3unxwg6jxyqf