Що таке SegWit? Вступ до ефективного способу масштабування Bitcoin у ланцюгу

Технологія Segregated Witness (SegWit) стала важливим етапом у розвитку Bitcoin. Вона вирішила основні проблеми масштабованості, які виникли у міру зростання мережі. Сатоші Накамото визначив обмеження — один мільйон байтів на блок. Це стало проблемою з розширенням популярності Bitcoin. Блоки створюються приблизно кожні десять хвилин. В одному блоці обробляється близько семи транзакцій на секунду. Мережа часто відчувала значне перевантаження: черги на десятки тисяч транзакцій, високі комісії до десятків доларів і затримки обробки в пікові періоди. SegWit вирішив ці вузлові питання. Він дозволяє швидше обробляти транзакції, знижує комісії та зберігає безпеку мережі.

Впровадження SegWit

Технологію Segregated Witness у 2015 році запропонували розробник Bitcoin Пітер Вюлле та співавтори Bitcoin Core. Вона стала комплексним рішенням для обмежень швидкості обробки транзакцій. Офіційно технологію впровадили у мережі Bitcoin через "soft fork" у 2017 році. Це одразу збільшило пропускну здатність одного блоку в 1,7 раза. Дане оновлення стало важливою віхою для Bitcoin без необхідності запроваджувати суперечливий "hard fork".

SegWit швидко поширився поза межами Bitcoin. Криптовалюти Litecoin і Bitcoin Cash теж впровадили цю технологію, щоб отримати її переваги. Основні переваги SegWit охоплюють три напрями: збільшення місткості блоку для більшої кількості транзакцій, підвищення швидкості через оптимізовану структуру даних, і покращення масштабованості для подальшого розвитку. Ці вдосконалення комплексно вирішили актуальні питання користувачів і розробників щодо спроможності Bitcoin працювати як платіжна мережа.

Технічні принципи SegWit

Щоб зрозуміти SegWit, варто розглянути базову структуру транзакцій Bitcoin. Кожна транзакція містить дві частини: основні дані транзакції та дані "witness". Основна частина містить інформацію про баланси і суми переказу. Дані "witness" підтверджують особу користувача через криптографічні підписи. Користувачі цікавляться лише даними про активи. Перевірка особи потрібна, але не має займати багато місця у транзакції.

Недоліки початкової структури Bitcoin виникали через те, що дані "witness", тобто підписи, займали надто багато місця у транзакційному блоці. Це знижувало ефективність переказів і підвищувало вартість пакування даних. У типовій транзакції Bitcoin одержувачу важливо лише підтвердження наявності активів для переказу, а не деталі процесу верифікації особи відправника.

Інновація SegWit полягає у виокремленні даних "witness" із основної інформації про транзакцію та їх окремому зберіганні у новій структурі. Така сегрегація дозволяє одночасно: зменшити розмір транзакцій у головному блоці, розмістити більше транзакцій у межах одного мегабайта, прискорити обробку транзакцій. Відокремлення підпису оптимізує використання блочного простору без втрати безпеки чи функціональності.

Основні переваги SegWit

SegWit надає кілька важливих переваг, які комплексно змінюють ефективність Bitcoin і досвід користування мережею.

Збільшення місткості блоку

Аналіз показує, що підписи можуть займати до 65% простору блоку транзакцій Bitcoin. Впровадження SegWit і виокремлення даних "witness" відкриває блок для додаткової інформації про транзакції. Архітектурна зміна збільшує місткість блоку без зміни межі в один мегабайт. Кожен блок може містити значно більше транзакцій. Це ефективніше використовує обмежений простір блоку і вирішує проблему масштабованості для Bitcoin.

Вища швидкість обробки транзакцій

SegWit використовує багаторівневий підхід до обробки даних, подібний до "layer-2 solutions" у Ethereum, розділяючи обробку даних Bitcoin на рівні для підвищення пропускної здатності. Після впровадження SegWit система транзакцій Bitcoin концентрує обчислювальні ресурси та пам'ять на обробці інформації про транзакції, а не на верифікації підписів. Це знижує навантаження на обчислення й теоретично збільшує TPS (транзакцій за секунду). Фактичні дані показують: після SegWit середня вартість транзакції знизилася, що відображає зростання ефективності і зниження навантаження на мережу.

Сумісність із Lightning Network

Lightning Network — найвизначніше рішення для розширення протоколу Bitcoin на другому рівні, створене для вирішення масштабованості через обробку транзакцій поза ланцюгом. Lightning Network додає додатковий рівень до блокчейну, відкриваючи платіжні канали для швидких і масових переказів. Така обробка поза ланцюгом доповнює оптимізацію SegWit на ланцюгу, яка фокусується на обробці ключових даних безпосередньо у блокчейні.

Зменшення навантаження на головний блокчейн через SegWit створює сприятливі умови для впровадження Lightning Network. Відокремлення даних транзакції та підпису у SegWit дає додаткову перевагу безпеки: це повністю виключає підписи користувача з певних етапів обробки, усуваючи ризик "transaction malleability" (можливість зміни даних до підтвердження). Такий захист гарантує, що некоректна інформація не буде записана у блокчейн і дає додаткові переваги для програм відновлення транзакцій та майбутніх оновлень.

Крім того, SegWit став базою для технології Bitcoin ordinals, розширюючи межі розміщення довільних даних у транзакціях. Це дало змогу робити інскрипції на окремих сатоші Bitcoin. Оновлення Taproot розвинуло цю основу, створивши системи для зберігання довільних даних "witness" і розширення меж даних у транзакціях, що дозволило створити невзаємозамінні токени Bitcoin ordinals.

Як застосовується SegWit

Для користувачів SegWit забезпечує три основні практичні переваги, які впливають на щоденне використання криптовалюти. Перше — адреси SegWit мають підвищену безпеку завдяки кращій криптографії та захисту від зміни. Друге — вони забезпечують швидшу обробку транзакцій через розширену місткість блоку і прискорену перевірку. Третє — ці адреси дозволяють помітно знизити комісії, іноді до 35% порівняно з попередніми форматами.

Застосувати технологію просто: потрібно використовувати сумісну з SegWit адресу гаманця для отримання Bitcoin, і переваги активуються автоматично. За останні роки використання SegWit суттєво зросло, що свідчить про широке визнання серед користувачів і сервіс-провайдерів.

Формати адрес Bitcoin поділяються на кілька типів, кожен має свої особливості:

Традиційні адреси

Адреси Legacy (P2PKH) починаються з цифри 1. Це початкова структура адрес Bitcoin, яка досі використовується. Приклад: 1Fh7ajXabJBpZPZw8bjD3QU4CuQ3pRty9u. P2PKH означає Pay To PubKey Hash — платіж на хеш відкритого ключа. Ці адреси функціональні, але не мають оптимізації SegWit.

Вкладені адреси SegWit

Адреси Nested SegWit (P2SH) починаються з цифри 3 і є сумісними з SegWit. Приклад: 3KF9nXowQ4asSGxRRzeiTpDjMuwM2nypAN. Такі адреси використовують упаковку Pay-to-Script-Hash (P2SH), що дозволяє застосування SegWit і сумісність зі старими вузлами, які не підтримують нативні адреси SegWit. Формат P2SH підтримує складніші функції, найчастіше використовується для мультипідписних адрес, де потрібно кілька підписів. Адреси, що починаються з 3, мають широку підтримку і можуть надсилати Bitcoin на адреси, що починаються з 1 і bc1.

Нативні адреси SegWit

Адреси Native SegWit (Bech32) починаються з bc1q і розроблені для оптимізованої роботи SegWit. Приклад: bc1qf3uwcxaz779nxedw0wry89v9cjh9w2xylnmqc3. Визначені у BIP173, адреси Bech32 нечутливі до регістру (містять лише 0-9 та a-z), що спрощує введення.

Ці адреси використовують кодування Base32 замість Base58, тому потребують менше символів і дозволяють компактніше зберігати дані в QR-кодах. Bech32 забезпечує кращу безпеку через оптимізований checksum, що мінімізує ризик створення недійсної адреси. Нативна сумісність із SegWit усуває потребу у додатковому місці для включення адрес у P2SH, що знижує комісію. Адреси Bech32 мають перевагу перед Base58: менші QR-коди, стійкість до помилок, підвищену безпеку, нечутливість до регістру, зручніше читання через використання лише малих літер.

Для адрес SegWit версії 0, які починаються з bc1q, Pay-to-Witness-Public-Key-Hash (P2WPKH) мають фіксовану довжину 42 символи, Pay-to-Witness-Script-Hash (P2WSH) — 62 символи. P2WPKH використовуються для звичайних адрес, P2WSH — для мультипідписних адрес.

Виявлено невелику вразливість: якщо останній символ адреси Bech32 — P, введення одного чи кількох Q після нього може пройти checksum без помилки. Однак адреси SegWit мають суворі обмеження на довжину — 20 або 32 байти. Якщо ввести зайві Q, адреса стане недійсною і гаманець відмовить у транзакції.

Адреси Taproot

Адреси P2TR (Bech32m), які починаються з bc1p, є адресами Taproot. Приклад: bc1pqs7w62shf5ee3qz5jaywle85jmg8suehwhOawnqxevre9k7zvqdz2mOn. Для вирішення вразливості checksum у Bech32 запропоновано Bech32m у BIP0350. Bech32m додає цифру до формули checksum, що гарантує: додаткові символи створюють недійсний checksum.

Стандарт Bech32m застосовується тільки для адрес Taproot і майбутніх форматів, а для SegWit версії 0 застосовується Bech32, адже вони вже захищені лімітом у 20 або 32 байти. Для адрес SegWit версії 1 (Taproot) Bech32m завжди починається з bc1p і підтримує зберігання BTC NFT та Ordinals NFT.

Відмінності між адресами

Порівняння ефективності комісій для різних форматів адрес показує суттєві відмінності, які впливають на користування:

• Адреси SegWit (деякі з 3) дозволяють заощадити близько 24% комісії порівняно з традиційними адресами (з 1)
• Нативні SegWit (з bc1) дозволяють заощадити близько 35% комісії порівняно з адресами (з 1)
• SegWit (з bc1 і деякі з 3) можуть зменшити комісії до 70% порівняно з мультипідписними адресами (деякі з 3)
• Taproot підтримують зберігання BTC NFT і Ordinals NFT з комісіями, подібними до адрес (з 3)

Ці відмінності показують різну ефективність використання блочного простору та обробки транзакцій, з перевагами нових форматів щодо вартості і функціоналу.

Висновок

Технологія Segregated Witness стала важливою віхою в еволюції Bitcoin. Вона вирішила критичні проблеми масштабованості, зберігаючи зворотну сумісність і безпеку мережі. Відокремлення "witness" від даних транзакції дозволило збільшити ефективну місткість блоку у 1,7 раза без зміни ліміту в один мегабайт. Це — приклад вирішення проблем через архітектурні зміни, а не суперечливі протокольні оновлення.

SegWit дає конкретні переваги: збільшену місткість блоку для більшої кількості транзакцій, швидшу обробку, знижені комісії і усунення "transaction malleability" для посилення безпеки. Крім негайних покращень, SegWit заклав основу для сучасних рішень масштабування, таких як Lightning Network, а також для інноваційних застосувань — Bitcoin ordinals і NFT.

Широке впровадження основними криптовалютами — Bitcoin, Litecoin, Bitcoin Cash — підтверджує ефективність SegWit. Інфраструктура криптовалют сьогодні підтримує SegWit і Taproot, дозволяючи користувачам отримати оптимізовану обробку, нижчі комісії і доступ до нових застосувань на базі Bitcoin. У процесі розвитку Bitcoin для задоволення попиту SegWit залишається ключовим етапом, що показує: обдумані оновлення можуть дати значний приріст продуктивності без втрати базових цінностей Bitcoin. Розуміння SegWit необхідне всім, хто прагне оптимізувати свої транзакції Bitcoin і максимально використовувати сучасну інфраструктуру.

FAQ

Що таке SegWit у Bitcoin?

SegWit (Segregated Witness) — це оновлення Bitcoin, що відокремлює підписи транзакцій від основних даних, підвищує швидкість і місткість блоків. Впроваджено у 2017 році для вирішення проблем масштабування.

Чи можна надсилати BTC на адресу SegWit?

Так, можна надсилати BTC на адресу SegWit. Транзакція обробляється стандартно, оскільки адреси SegWit повністю сумісні зі звичайними транзакціями Bitcoin.

Чим відрізняється BTC від SegWit?

BTC SegWit має нижчі комісії, ніж стандартний BTC. Для транзакцій SegWit потрібні відповідні адреси, але не всі біржі їх підтримують.