Полный обзор SegWit, виды, особенности, сфера применения, как работает, плюсы и минусы

SegWit (Segregated Witness или «Отдельный свидетель») — это протокол, разработанный для улучшения масштабируемости Биткоина. Обеспечил увеличение числа транзакций, уменьшение комиссии, повышение уровня безопасности и решение других задач. Ниже приведем подробный обзор, касающийся СегВит, особенностей его работы и применения.

Хронология развития

Эпоха SegWit началась в 2015-м, когда команда разработчиков Bitcoin представила протокол как решение проблемы с масштабируемостью сети. В тот период BTC сталкивался с серьезными ограничениями размера блока в 1 МБ. Это приводило к проблемам, таким как увеличенное время подтверждения транзакций и повышенные комиссии за обработку. Было ясно, что необходимо внести изменения в протокол для роста пропускной способности.

SegWit предложили как решение, которое позволяло бы увеличить количество транзакций, обрабатываемых в блоке, без изменения размера элемента цепи. Разработчики приняли решение перенести подписи транзакций (transaction signatures), в отдельный блок свидетелей (witness block). Главный узел содержал бы только информацию о транзакциях. Перенос данных позволил увеличить пропускную способность сети.

Внедрение SegWit стало объектом дискуссий и споров среди участников сообщества Биткоина. Часть разработчиков и майнеров не поддерживала SegWit и предпочитала другие решения, такие как увеличение размера блока (подразумевая активацию протокола под названием “Bitcoin Unlimited”). Возникли технические и политические препятствия для запуска.

В конечном счете, чтобы преодолеть разрыв, было проведено голосование среди майнеров Биткоина. В августе 2017-го мягкая вилка (soft fork) для активации SegWit получила поддержку большинства майнеров, и протокол был внедрен в Bitcoin. Это стало толчком для для развития Биткоина и преодоления проблемы масштабируемости.

В результате активации SegWit было достигнуто несколько целей: увеличение емкости блока, снижение комиссий за транзакции, повышение безопасности сети и поддержка 2-го уровня протокола. В последнем случае речь идет об Lightning Network, который позволяет выполнять мгновенные и масштабируемые сделки.

Назначение

Segregated Witness предназначен для повышения масштабируемости сети Биткоина. Имеет следующие функции:

• Увеличение емкости блока. SegWit способствует роту числа транзакций, которые помещаются в узел цепи, путем переноса подписей операций и некоторых других данных в отдельный блок свидетелей. Это увеличило пропускную способность и количество обрабатываемых сделок.
• Снижение комиссий за транзакции. Благодаря решению проблем с масштабируемостью SegWit способствовал снижению комиссионного платежа за обработку. Это сделало Биткоин доступным и выгодным для отправителей и получателей.
• Повышение безопасности. Segregated Witness предоставляет улучшенную защиту от некоторых видов атак: на двойные расходы (double-spending attacks) и подмену подписей (signature malleability attacks). Перенос подписей транзакций в блок свидетелей помогает устранить уязвимости и сделать транзакции безопасными.
• Поддержка 2-го уровня протокола. SegWit предоставил базовую инфраструктуру для реализации таких решений, как Lightning Network. Последний позволяет проводить мгновенные и масштабируемые транзакции в сети BTC.

SegWit разработан для улучшения функциональности Биткоина, устранения ограничений и повышения эффективности сети. Помог стать гибкой и привлекательной платежной системой для пользователей и разработчиков.

Структура

Segregated Witness состоит из нескольких элементов, которые взаимодействуют между собой:

• Главный блок (Main Block). Содержит заголовок и информацию о транзакциях. Внутри предусмотрены хэши операций, указывающие на соответствующие данные.
• Блок свидетелей (Witness Block). Отдельный элемент, который содержит подписи транзакций (transaction signatures) и иные свидетельства, необходимые для проверки. Witness связан с главным блоком с помощью hash сделок.
• Хэши транзакций (Transaction Hashes). Базовый блок содержит хэши, которые указывают на соответствующие сведения в блоке свидетелей. Это позволяет главному блоку ссылаться на данные в узле свидетелей, не включая их непосредственно в базовый элемент.
• Подписи транзакций (Transaction Signatures). Считаются частью данных, которые переносится из Main Block в блок свидетелей. Необходимы для проверки подлинности сделок.

Структура SegWit позволяет разделить информацию, связанную с подписями транзакций, от информации, касающейся самих сделок. Это увеличивает размер блока, так как Main Block содержит только данные о транзакциях, а Witness Block — подписи и другие сведения.

Вместе компоненты позволяют реализовать SegWit в сети Биткоина, улучшая масштабируемость, снижая комиссии и повышая безопасность. Также формируется база для реализации дополнительных функций 2-го уровня, таких как Lightning Network.

Как работает

Работа Segregated Witness в сети Биткоина включает несколько этапов. Сначала пользователь, желающий отправить BTC, создает транзакцию. В состав последней включается информация о входах (inputs) и выходах (outputs) средств. Первые указывают на предыдущие выходы (outputs) операций, которые пользователь контролирует и хочет потратить.

Для подтверждения правомерности применения Биткоинов, отправитель должен подписать сделку приватным ключом. Подпись обеспечивает проверку права доступа к средствам и подтверждает авторство.

Обработка с использованием SegWit проходит следующим образом:

1. Создание транзакции. Когда пользователь формирует сделку, SegWit позволяет включить в нее новый подход Witness Data. Он включает подписи операций (transaction signatures) и другую информацию, необходимую для проверки.
2. Разделение данных. Сведения, относящиеся к Witness Data, переносятся в отдельный блок, который называется Witness Block. Main Block транзакции содержит только информацию о сделках, включая хэши, указывающие на данные в блоке свидетелей.
3. Распространение операции. Транзакция с SegWit отправляется в сеть Биткоина и распределяется между участниками. Все узлы в сети могут видеть главный блок и хэши транзакций, но полные данные Witness Data находятся только в блоке свидетелей.
4. Проверка. Когда сделка достигает майнеров, они проводят изучение корректности транзакции, включая подписи и авторизацию доступа к средствам. Для этого применяются хэши в главном блоке и Witness Data в узле свидетелей.
5. Включение сделки в блок. После проверки и подтверждения майнеры добавляют операцию в новый узел, который включается в блокчейн. Witness Block также добавляется в blockchain.

По мере активации и использования транзакций с SegWit в сети Биткоина достигается увеличение масштабируемости, снижение комиссий и повышение безопасности. Сервис также обеспечивает основу для реализации дополнительных протоколов 2-го уровня, таких как Lightning Network.

Виды

SegWit вносит два вида изменений в сеть Биткоина:

• Перенос подписей (Transaction Signatures) в отдельный блок свидетелей. Это означает, что main block операций содержит только хэши и не включает полные подписи. Позволяет сократить объем информации в базовом блоке, увеличивая пропускную способность.
• Новый формат адресов. Начинается с символа “3” вместо стандартного “1”. Позволяет отправлять сделки с использованием преимуществ SegWit: лояльные комиссии и повышенная безопасность.

Оба вида изменений способствуют улучшению масштабируемости, снижению комиссий и повышению безопасности в сети Bitcoin. Перенос подписей позволяет освободить место в блоках для большего количества сделок.

Сфера применения

Segregated Witness применяется на криптовалютном рынке:

• Для обработки и отправки Биткоин-транзакций в сети. Позволяет увеличить масштабируемость и снизить стоимость транзакций.
• Криптовалютные биржи, работающие с Биткоином, используют SegWit для обработки и отправки транзакций с использованием нового формата адресов. Это позволяет биржам снизить комиссии за проведение работы и улучшить скорость сделок.
• Применение в платежных системах, которые принимают BTC в качестве выплаты. 
• Разработка 2-го уровня. Segregated Witness предоставляет базовую инфраструктуру для реализации дополнительных решений 2-го уровня, например, Lightning Network, который позволяет проводить мгновенные и масштабируемые транзакции в сети BTC.

Native SegWit

Формат SegWit-адресов, который предоставляет дополнительные преимущества и улучшения по сравнению с P2SH-SegWit. Базовые характеристики:

• Адресный формат. Начинается с символа «bc1». Например, адрес в виде Native SegWit может выглядеть так: «bg1q2w3e4r5t6y7u8i9o0p1a7s3d4f5g6h7j8k9l0zxcvbnm».
• Экономия места. Native SegWit рационально использует пространство в блоке. Имеет компактный размер, что позволяет уменьшить объем данных, необходимых для хранения и передачи.
• Использование Native SegWit адресов позволяет снизить размер Биткоин-транзакции и  комиссию за ее выполнение.
• Повышенная безопасность. Native SegWit адреса обладают улучшенной защитой от некоторых видов атак, к примеру, на подмену подписей (signature malleability attacks). Повышает безопасность отправляемых сделок и уменьшает риски.
• Поддержка сотен кошельков и платежных систем. Большинство хранилищ и сервисов, работающих с Bitcoin, теперь поддерживают использование Native SegWit адресов.

Legacy SegWit

Формат SegWit-адресов, который был введен ранее, перед появлением Native SegWit. Базовые характеристики:

• Адресный формат. В Legacy SegWit применяется формат, при котором первые цифры «3» или «bc1». Пример — «5FZbgi29cpjq2GjdwV9eyHuJJnkLtktZc5q» или «bc7q2w3e4r5t6y7u8i9o0p7a2s3d4f5g6h7j8k9l0zxcvbnm».
• Совместимость со старыми кошельками, которые не поддерживали SegWit. Это означает, что Legacy SegWit могут использоваться с уже устаревшими хранилищами, не имеющими поддержки для Native SegWit.
• Увеличенная масштабируемость и пропускная способность. Предусматривает применение отдельного блока свидетелей для хранения подписей транзакций. Помогает увеличить число сделок, которые могут помещаться в блок и обрабатываться за определенное время.
• Снижение комиссий. Использование Legacy SegWit адресов может уменьшить платежи за обработку транзакций, поскольку они позволяют сократить размер сделки. Это уменьшает количество данных, которые необходимо провести, и, соответственно, снижает комиссии.
• Универсальность. Сервис поддерживается кошельками и платежными системами, как старыми, так и новыми. Они стали популярным выбором для пользователей, которые хотят использовать преимущества SegWit, но не имеют доступа к кошелькам.

Legacy SegWit предлагают улучшенную масштабируемость и снижение комиссий в сравнении с традиционными адресами в сети Биткоина.

Какие криптовалюты поддерживают SegWit 

SegWit применяется преимущественно в сети Биткоина (Bitcoin). При этом доступны и другие токены, которые его поддерживают:

• Litecoin (LTC);
• Vertcoin (VTC);
• Groestlcoin (GRS);
• Digibyte (DGB). 

Какие кошельки поддерживают SegWit

К категории SegWit Wallet относятся кошельки, которые поддерживают использование рассматриваемых адресов, позволяют отправлять и получать Биткоины с применением протокола. 

Кошельки, которые поддерживают SegWit:

• Electrum;
• Trezor;
• Ledger;
• Bitcoin Core — официальный кошелек и полный узел Bitcoin. Для использования ВС требуется скачать весь блокчейн.

Выше приведены некоторые примеры кошельков, поддерживающих SegWit. Существует и другие варианты: web, мобильные и десктопные хранилища, которые также могут работать с протоколом. При выборе рекомендуется обратить внимание на безопасность, удобство использования и поддержку дополнительных функций, которые могут быть важными для решения задач.

В чем особенности SegWit2x

SegWit2x (Segregated Witness 2x) предложен в рамках New York Agreement (NYA) в 2017-м. Задача стояла прежняя — решение проблем с масштабированием Биткоина. Новый протокол предусматривал активацию SegWit (Segregated Witness) и одновременное увеличение размера блока BTC с 1 до 2 МБ.

Суть SegWit2x заключалась в выполнении двух шагов. Вначале активировался Segregated Witness, который предоставлял улучшенные возможности масштабирования и безопасности. Затем, после подключения SegWit предполагалось выполнить хардфорк, чтобы добавить размер блока до 2 МБ. При этом hard fork мог вызвать разделение цепочки блоков и создание новой ветки Биткоина с обновленными правилами.

План вызвал сильное разделение в сообществе BTC, столкнулся с острыми дискуссиями и спорами. Некоторые члены сообщества считали, что увеличение размера блока до 2 МБ необходимо для масштабирования сети. Другие опасались, что это может угрожать децентрализации и безопасности.

В итоге хардфорк SegWit2x, запланированный на ноябрь 2017-го, был отменен из-за несогласия в сообществе и отсутствия единого консенсуса. Это привело к сохранению единой цепочки блоков Биткоина без увеличения размера до 2 МБ. SegWit2x остался неактивированным и не реализованным в сети.

В чем отличия SegWit и Lightning Network

Segregated Witness и Lightning Network — два разных решения, связанных с протоколом Биткоина.

• SegWit изменяет формат узла BTC, позволяя переносить подписи транзакций в отдельный блок свидетелей. Это улучшает масштабируемость. Задача — устранение проблемы подмены подписей (signature malleability), что повышает безопасность транзакций. Также удается уменьшить размер операций, что снижает комиссии за обработку.
• Lightning Network — решение 2-го уровня, построенное поверх Биткоин-блокчейна. Предоставляет масштабируемую и мгновенную систему платежей. Цель — оптимизация пропускной способности и масштабируемости сети, позволяя проводить множество небольших сделок вне блокчейна BTC. Работает на основе участников, которые устанавливают платежные каналы между собой. Транзакции проводятся внутри каналов, и только итоговые результаты фиксируются на базовом Биткоин-блокчейне. В итоге Lightning Network позволяет снизить комиссии, ускорить подтверждение транзакций и повысить приватность.

Иными словами, SegWit — изменение протокола блокчейна, которое повышает эффективность и безопасность транзакций, а Lightning Network — решение 2-го уровня, которое обеспечивает масштабируемые и мгновенные платежи вне блокчейна BTC. Оба решения имеют цель улучшить функциональность и применимость Биткоина, хотя каждое из них устраняет разные аспекты проблемы.

Перспективы

Потенциал Segregated Witness в сети BTC остается положительным, поскольку вносит улучшения в протокол. Это зависит от взаимодействия и применения в других блокчейнах. В будущем SegWit может быть адаптирован и использован в других криптовалютах, чтобы улучшить пропускную способность.

Плюсы и минусы

Итоги

Внедрение SegWit оказало положительное влияние на функциональность и масштабируемость Биткоин-сети. Это выражается устранением проблем подмены подписей, открытием пути для развития решений 2-го уровня, улучшения коммуникаций и повышением эффективности. При этом вопросы совместимости и внедрения остаются вызовом, и необходимо продолжать работу по распространению и поддержке SegWit в экосистеме.