Что такое SegWit? Введение в инновационный способ масштабирования сети Bitcoin

Segregated Witness (SegWit) — ключевое нововведение в развитии Bitcoin, решившее фундаментальные проблемы масштабируемости, возникшие по мере роста сети за пределы ранней ниши. Изначально Bitcoin, разработанный Сатоши Накамото, имел ограничение в один мегабайт на блок, что было достаточно для первых этапов развития криптовалюты. Однако с ростом популярности Bitcoin это ограничение вызвало серьезную перегрузку сети. Новый блок появляется примерно раз в десять минут, и при лимите в один мегабайт блок вмещал лишь ограниченное число транзакций — зачастую всего несколько десятков. В результате средняя пропускная способность составляла всего около семи транзакций в секунду, что приводило к большим очередям при пиковых нагрузках. Пользователи часто сталкивались с задержками обработки на несколько дней и комиссиями, достигающими десятков долларов, что создало острую потребность в эффективном техническом решении для ускорения обработки и снижения стоимости транзакций Bitcoin.

Внедрение SegWit

Технология SegWit стала решением проблемы масштабируемости Bitcoin. В 2015 году ее предложил разработчик Bitcoin Питер Вюлле вместе с участниками Bitcoin Core. SegWit была специально создана для устранения ограничений по скорости обработки транзакций. После тщательной разработки и тестирования технология была внедрена через soft fork в сети Bitcoin в 2017 году. Это стало важной вехой и позволило увеличить пропускную способность одного блока Bitcoin примерно в 1,7 раза. Влияние SegWit распространилось и на другие крупные криптовалюты, включая Litecoin и Bitcoin Cash. Основные преимущества внедрения SegWit — увеличение емкости блоков, ускорение транзакций и оптимизация масштабируемости. Эти улучшения сделали транзакции Bitcoin быстрее, надежнее и дешевле для пользователей.

Технические основы SegWit

Чтобы понять SegWit, необходимо рассмотреть базовую структуру транзакций Bitcoin. Каждая транзакция состоит из двух компонентов: основных данных транзакции и witness-данных. Данные транзакции содержат ключевую информацию — балансы и суммы переводов, а witness-данные подтверждают личность пользователя через цифровые подписи. Пользователи прежде всего интересуются информацией об активах, например, балансами, тогда как проверка личности, хотя и обязательна, не должна занимать много места и ресурсов. На практике получателю достаточно знать, что активы существуют и легитимны — подробные сведения о личности отправителя не требуются.

В исходной структуре транзакций Bitcoin witness-данные — особенно подписи — занимали несоразмерно много пространства в блоке, что снижало эффективность переводов и увеличивало затраты майнеров. Инновация SegWit заключается в вынесении witness-данных за пределы основной транзакционной информации и отдельном хранении этих данных. Такое разделение позволяет эффективнее использовать пространство блока, ускоряет обработку транзакций и снижает нагрузку на сеть. Это дает возможность Bitcoin сосредотачивать ресурсы на обработке основной информации, а проверочные данные обрабатывать более оптимально.

Ключевые преимущества SegWit

SegWit обеспечивает три основных преимущества для Bitcoin. Во-первых, значительно увеличивается емкость блока. По статистике, подписи могли занимать до 65% пространства блока. После внедрения SegWit это место стало доступно для новых транзакций, что расширило возможности сети без изменения основного лимита на размер блока.

Во-вторых, SegWit ускоряет обработку транзакций. По аналогии со second-layer решениями Ethereum, в Bitcoin реализована многоуровневая обработка данных для повышения пропускной способности. После внедрения SegWit система переводов Bitcoin концентрирует больше ресурсов на обработке основной информации, что уменьшает нагрузку на сеть и теоретически увеличивает TPS. Практика подтверждает: после внедрения SegWit транзакционные издержки стали ниже.

В-третьих, SegWit создает условия для работы Lightning Network — протокола второго уровня, который масштабирует Bitcoin за счет off-chain обработки. Lightning Network — это дополнительный слой над блокчейном Bitcoin, который использует платежные каналы для быстрой отправки крупных переводов даже при экстремальных нагрузках. Lightning Network обрабатывает off-chain данные, а SegWit — ключевые данные на основной цепочке, снижая нагрузку на основной блокчейн и облегчая внедрение Lightning Network.

Техническая архитектура SegWit полностью разделяет данные транзакции и подписи, исключая подписи пользователей из основной системы обработки транзакций. Это исключает возможность подделки транзакционных данных и предотвращает запись ошибочных сведений на блокчейн. Это также упрощает расширение и внедрение программ для восстановления транзакционной информации. Кроме того, SegWit стал основой для появления Bitcoin ordinals, поскольку увеличил лимиты на размещение произвольных данных в транзакциях и позволил создавать надписи на сатоши. Последующее обновление Taproot в 2021 году расширило эти возможности, позволив хранить произвольные witness-данные и увеличив лимиты, что привело к появлению Bitcoin ordinals как невзаимозаменяемых токенов.

SegWit в аппаратных кошельках и поддержка native SegWit

Для пользователей SegWit обеспечивает три главных преимущества: более высокую безопасность по сравнению с традиционными адресами, ускоренную обработку транзакций за счет увеличенной емкости блока и снижение комиссий по сравнению со стандартными адресами кошельков. Эти преимущества доступны при использовании адресов с поддержкой SegWit, в том числе на аппаратных кошельках, таких как Ledger. С момента внедрения доля использования SegWit в Bitcoin существенно выросла, а уровень внедрения native SegWit продолжает расти в экосистеме.

В Bitcoin используются четыре основных формата адресов. Legacy (P2PKH) — адреса, начинающиеся с "1", это оригинальный формат, используемый с самого начала. Они реализуют схему Pay To Public Key Hash и соответствуют исходным спецификациям Bitcoin. Nested (P2SH) — адреса, начинающиеся с "3", используются в мультиподписных схемах. Адреса Pay-to-Script-Hash поддерживают более сложные сценарии, например, для подтверждения перевода несколькими подписями. В таком адресе, которым управляют три участника, для перевода могут потребоваться подписи двух из них. Оба формата — Legacy и Nested — появились до внедрения SegWit.

Современные адреса SegWit представлены двумя основными типами. Nested SegWit (P2SH) — адреса, также начинающиеся с "3", являются SegWit-совместимыми. Они используют упаковку P2SH, распознаются старыми узлами и предоставляют преимущества SegWit. Native SegWit (Bech32) — адреса, начинающиеся с "bc1", это собственный стандарт SegWit, определенный в BIP173 в конце 2017 года. Кодировка Bech32 создана специально для native SegWit, не чувствительна к регистру, использует только цифры 0–9 и строчные буквы a–z, что исключает путаницу и повышает читаемость. Формат использует Base32 вместо Base58, что сокращает количество символов, упрощает вычисления и делает QR-коды компактнее. Native SegWit Bech32-адреса обеспечивают повышенную безопасность за счет оптимизированного механизма обнаружения ошибок, минимизируя риск неправильных адресов, и предоставляют все преимущества native SegWit и низкие комиссии. Аппаратные кошельки Ledger полностью поддерживают native SegWit-адреса, обеспечивая безопасное хранение и высокую эффективность.

Форматы native P2WPKH и P2WSH — это SegWit-адреса версии 0, всегда начинающиеся с "bc1q". Pay-to-Witness-Public-Key-Hash (P2WPKH) — это адреса фиксированной длины 42 символа для обычных адресов, а Pay-to-Witness-Script-Hash (P2WSH) — до 62 символов для мультиподписных схем. В изначальной версии Bech32 обнаружили уязвимость: если последний символ адреса "P", а затем случайно добавлены "Q", checksum могла пройти проверку. Однако лимиты длины native SegWit-адресов (20 или 32 байта) не позволяли потерять средства — лишние символы делали адрес невалидным, и кошельки не принимали такие переводы.

Для устранения уязвимости предложили стандарт Bech32m — модифицированную формулу checksum, которая не позволяет дополнительным символам проходить проверку. Стандарт определен в BIP0350 и применяется только к Taproot-адресам и будущим форматам, тогда как native SegWit-адреса версии 0 продолжают использовать оригинальный Bech32. Адреса P2TR (Bech32m), начинающиеся с "bc1p", — это Taproot-адреса с поддержкой расширенных функций, включая хранение BTC NFT и Ordinals NFT. Аппаратные кошельки Ledger и другие современные решения поддерживают как native SegWit, так и Taproot, позволяя пользователям использовать все преимущества последних обновлений Bitcoin при максимальной безопасности.

Отличия форматов адресов

Практическое сравнение форматов адресов показывает существенную разницу в комиссиях. SegWit-совместимые адреса (с "3" в начале) экономят примерно 24% комиссии по сравнению с Legacy-адресами (с "1" в начале). Native SegWit-адреса (с "bc1" в начале) дают еще больший эффект — экономия до 35% по сравнению с Legacy. В сравнении с мультиподписными (также с "3"), native SegWit-адреса ("bc1" или "3") позволяют экономить до 70% комиссии. Taproot-адреса поддерживают хранение BTC NFT и Ordinals NFT при конкурентных комиссиях. Эти различия доказывают экономическую выгоду новых форматов, особенно native SegWit, — пользователи получают ощутимую финансовую пользу наряду с техническими улучшениями. Аппаратные кошельки с поддержкой native SegWit, такие как Ledger, позволяют максимизировать эти преимущества, сохраняя высокий уровень защиты активов Bitcoin.

Вывод

Segregated Witness стал технологическим прорывом в истории Bitcoin, значительно увеличив пропускную способность сети и решив ключевые проблемы масштабируемости. Помимо увеличения throughput, SegWit устранил редкие эксплойты, связанные с изменяемостью транзакций, и расширил возможности программируемости Bitcoin, открыв путь к масштабируемым решениям второго уровня, например Lightning Network. Масштабное внедрение технологии на ведущих платформах подтверждает ее практическую ценность: современные криптовалютные и аппаратные кошельки, включая Ledger, поддерживают native SegWit в Bitcoin, Litecoin и Bitcoin Cash, оптимизируя пользовательский опыт за счет низких комиссий и высокой скорости. Кроме того, поддержка Taproot-адресов открывает возможности для Ordinals BRC-20 и BTC NFT. Аппаратные кошельки Ledger гарантируют надежное хранение активов и позволяют полностью использовать преимущества native SegWit. Успешная реализация SegWit показывает, как инновационные технические решения преодолевают фундаментальные ограничения блокчейна при сохранении безопасности и децентрализации. По мере развития Bitcoin SegWit остается основным элементом, позволившим сети эффективно масштабироваться, сохраняя принципы и открывая новые возможности для будущих инноваций.

FAQ

Что такое native SegWit на Ledger?

Native SegWit — наиболее современный формат адресов Bitcoin на устройствах Ledger. Он обеспечивает низкие комиссии, быструю обработку транзакций и повышает эффективность блокчейна за счет уменьшения размера транзакций.

Можно ли переводить с native SegWit на SegWit?

Да, перевод с native SegWit на SegWit возможен. Для этого используется стандартная транзакция, так как оба типа адресов совместимы внутри сети Bitcoin.

Что выбрать: Bitcoin Taproot или native SegWit?

Native SegWit оптимален для регулярных и недорогих транзакций. Taproot предлагает расширенную конфиденциальность и поддержку смарт-контрактов. Выбор зависит от ваших задач.

Насколько хорош native SegWit?

Да, native SegWit — отличное решение. Он обеспечивает высокую эффективность, низкие комиссии и повышенную безопасность по сравнению с традиционными адресами. Этот формат широко распространен и считается самым передовым для транзакций Bitcoin.