如果說2015年在香港舉行的“比特幣擴容研討會”上最令人興奮的提議，那毋庸置疑是開發(fā)者Pieter Wuille博士提出的隔離驗證（Segregated Witness）。這個提議受到技術(shù)界人士的好評，隔離驗證有望能改善比特幣的性能表現(xiàn)，而有些人甚至希望它能提供一種擴容的解決方案，幫助比特幣社區(qū)恢復(fù)一定的和諧。

什么是比特幣交易？

為了更好理解隔離驗證，最好先了解技術(shù)層面上的比特幣交易。（如果你對這方面并不陌生，可以直接跳到本文的最后一部分。）

對于初學(xué)者而言，要認識到很重要的一點，比特幣協(xié)議的核心是交易。實際上，點對點網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點并不會相互發(fā)送比特幣，而是互相發(fā)送包含交易數(shù)據(jù)的包（packages）。

在某種程度上，比特幣交易實際上是一套一套的“鎖”。更具體點說，每筆交易包含兩個主要組成部分。其中一半能有效解鎖之前交易中鎖定的比特幣，使用的數(shù)據(jù)片段被稱為輸入，輸入包括腳本和如何解鎖輸入的說明（稱為scriptSigs）。

另外一半由一個或多個被稱為輸出的新鎖組成，這些鎖會再次鎖定相同或更少數(shù)量的比特幣，輸出包括名為scriptPubKeys的腳本。因此，比特幣在單筆交易中有效地從輸入轉(zhuǎn)移到輸出，并同時從一筆交易跳轉(zhuǎn)到另一筆交易。

這條規(guī)則有一種主要的例外。一筆coinbase交易（不要與coinbase交易所混淆了）是礦工在找到新區(qū)塊時創(chuàng)建的交易，并且當(dāng)中包含了區(qū)塊獎勵：撰文時為25個比特幣（現(xiàn)在是12.5）。此外，礦工可以將交易中解鎖了但沒有再次鎖定的比特幣增加到coinbase獎勵當(dāng)中：簡單來說就是輸入和輸出的差額，即交易手續(xù)費。

所有這些比特幣的“解鎖”和“鎖定”都是由交易發(fā)送方完成的，隨后以數(shù)據(jù)包的形式通過比特幣網(wǎng)絡(luò)進行傳輸。然后，網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點都會檢查這個解鎖和鎖定過程是否正確完成。如果沒有問題，他們會將交易轉(zhuǎn)發(fā)給其他節(jié)點。如果某個節(jié)點同時也是一個礦工，那它就可能會將交易打包到區(qū)塊中。然而，是否會被打包進區(qū)塊取決于礦工，這就是給礦工手續(xù)費的原因。

非常重要的一點是，所有節(jié)點遵循的交易驗證規(guī)則與（幾乎）所有礦工使用的規(guī)則是兼容的。如果某些礦工將交易打包進其他節(jié)點拒絕的區(qū)塊中，則整個區(qū)塊將被該節(jié)點視為無效。如果該節(jié)點是礦工，則可能導(dǎo)致雙花和網(wǎng)絡(luò)分叉。

共識規(guī)則允許交易同時以幾種不同的方式來鎖定（和解鎖）比特幣。但鎖定比特幣的輸出通常至少包括一個scriptPubKey：“證明你擁有（或者知道）對應(yīng)于該比特幣地址的公鑰的私鑰。”

（用私鑰推導(dǎo)出公鑰很容易，但幾乎不可能通過公鑰推導(dǎo)出私鑰。同樣，通過公鑰計算出比特幣地址很容易，但很難通過比特幣地推導(dǎo)出公鑰。因此，從私鑰計算出比特幣地址也很容易，但不可能通過比特幣地址推導(dǎo)出私鑰。這是“單向的”。）

當(dāng)然，用于將比特幣鎖定在scriptPubKey中的比特幣地址是交易接收方提供的。由于接收方使用只有他自己知道的私鑰創(chuàng)建出這個比特幣地址，因此他是唯一可以創(chuàng)建有效scriptSig的人，也是唯一可以創(chuàng)建新交易并使用被鎖定比特幣的人。

簽名是怎么來的？

為了證明對應(yīng)于與比特幣地址的私鑰的所有權(quán)，理論上可以在交易的scriptSig中包含私鑰，但是這樣一點都不安全。最重要的是，任何看到交易的人都可以獲取私鑰，并創(chuàng)建一筆新的交易（或更改原始交易），將原始交易中的接收方改成自己。如果真是這樣的話，對礦工而言偷比特幣就會是小菜一碟了，因為他們是挑選交易進行確認的人。

因此，scriptPubys通常要求scriptSig包含一個或多個簽名來解鎖比特幣。

簽名是一種密碼學(xué)技巧，使用私鑰與任意其他數(shù)據(jù)組合來計算出唯一的數(shù)字字符串。并且，根據(jù)密碼學(xué)原理，可以使用對應(yīng)的公鑰來驗證簽名是不是使用該私鑰創(chuàng)建的。因此，簽名既證明了私鑰的所有權(quán)，又證明了該私鑰的所有者對特定數(shù)據(jù)片段的批準(zhǔn)，同時不需要泄露私鑰。

在比特幣中，私鑰通常用于對交易數(shù)據(jù)進行簽名來減去交易輸入。（包括，scriptPubKeys、鎖定的數(shù)量和一些其他細節(jié)。）隨后，將簽名和用于使用比特幣的公鑰添加到交易的輸入字段中。這樣也證明了私鑰的所有者確實打算創(chuàng)建交易并確保它不會被篡改。

然后，將所有這些交易數(shù)據(jù)（包括此時的交易輸入）一并哈希運算，創(chuàng)建出交易ID，用于標(biāo)識出特定交易。如果交易隨后被打包入塊，那么礦工會將交易ID與另一個交易ID一起哈希運算產(chǎn)生新的哈希值。如果有其他兩個交易ID的哈希值，則再次進行哈希處理，一直持續(xù)到只剩下一個哈希值為止。這種散列結(jié)構(gòu)稱為默克爾樹（Merkle Tree），最終產(chǎn)生的哈希值為默克爾根（Merkle Root）。該默克爾根與其他區(qū)塊數(shù)據(jù)組合以形成區(qū)塊頭（header），用于標(biāo)識特定區(qū)塊。最后，這個區(qū)塊頭的哈希值會被包含在下一個區(qū)塊的區(qū)塊頭中，從而將區(qū)塊鏈接在一起。

比特幣被認為是不可篡改的，因為追溯性地更改任意交易的任何部分都會改變交易ID，進而改變區(qū)塊頭。而改變了的區(qū)塊頭不再符合工作量證明的要求，并且由于區(qū)塊頭會影響后續(xù)區(qū)塊頭的組成，因此它們中的任何一個都會被視為無效。

什么是隔離驗證？

由Wuille在香港提出的隔離驗證提議是基于Blockstream的側(cè)鏈Elements中所使用的一個概念，再結(jié)合比特幣核心開發(fā)人員Luke Dashjr的補充構(gòu)思。在過去的幾個月中，Wuille與比特幣核心開發(fā)人員Gregory Maxwell和Eric Lombrozo合作對隔離驗證進行了概念化，并計劃在2016年推出。

因此，對于不使用隔離驗證的比特幣節(jié)點（我們稱之為“舊節(jié)點”）的而言，接下來一些新創(chuàng)建的交易輸出中可能會使用奇怪的scriptPubKeys。之所以奇怪，是因為這些scriptPubKeys幾乎不能被認為是鎖，基本上標(biāo)明了它們不需要簽名，或者說看起來就像“任何人都可以花”。此外，它們還包括一些無意義的文本。

從舊節(jié)點看來，這些交易是瘋狂的。他們會以為任何人都可以創(chuàng)建一個新的scriptSig，來解鎖這些交易輸出，這意味著這些交易非常不安全。但與此同時，舊節(jié)點也依然會照常運行。畢竟，又不是他們自己的交易出問題了。無意義的文本雖然奇怪，但也不會導(dǎo)致什么問題。因此，它們依然會確認交易有效，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給其他節(jié)點。

但是，使用了隔離驗證的節(jié)點（我們稱之為“新節(jié)點”）會識別出其他東西。他們會在scriptPubKey中看到那些“無意義的文本”，但并不會認為它們毫無意義。相反，新節(jié)點會將這段文本識別為另一種非常特殊的輸出類型。

與典型的交易輸出類似，這種新類型的輸出需要一個或多個簽名才能解鎖比特幣。但與典型輸出不同，這種新類型的輸出不需要將簽名包含在后續(xù)事務(wù)的scriptSig中。相反，它需要將簽名包含在交易之外的全新區(qū)域中：隔離見證數(shù)據(jù)區(qū)域。

這個隔離驗證數(shù)據(jù)區(qū)基本上就是一個帶有簽名和一些附加數(shù)據(jù)的“附加組件”。重要的是，隔離驗證區(qū)域被舊節(jié)點完全忽略，但會被新節(jié)點識別。此外，它們攜帶的數(shù)據(jù)不會與交易的其他部分一起哈希處理到交易ID中。

因此，舊節(jié)點和新節(jié)點都將會認為包含隔離驗證中的簽名的交易有效。舊節(jié)點會驗證它們，因為從他們的角度來看，這些交易根本不需要簽名（他們也看不到簽名），而新節(jié)點也會驗證它們，因為所需的簽名位于隔離驗證區(qū)域中。并且由于舊節(jié)點和新節(jié)點都將交易數(shù)據(jù)哈希處理到相同的交易ID中，所以每個節(jié)點都認可這些區(qū)塊的組成，乃至整個區(qū)塊鏈的結(jié)構(gòu)。

（值得注意的是，所有或者絕大多數(shù)礦工都應(yīng)該使用隔離驗證，以防止雙花和硬分叉，要么就都不使用。如果所有礦工都使用了隔離驗證，盡管網(wǎng)絡(luò)上的舊節(jié)點可能會想知道為什么有些交易沒有被打包，但由于打包哪些交易是由礦工決定的，而且這些交易也不是他們的交易，所以舊節(jié)點也不會介意。）

但是還存在一個問題：如果簽名對區(qū)塊鏈的構(gòu)成沒有影響，那么區(qū)塊鏈就不能證明交易中包含正確的簽名了。

為了確保簽名都被嵌入到區(qū)塊鏈中，啟用隔離驗證的礦工也需要添加一種手段。不僅在所有交易中創(chuàng)建默克爾樹，還要從所有隔離驗證中創(chuàng)建一個默克爾樹，來將交易的樹進行鏡像。

然后，將隔離驗證的默克爾根包含在coinbase交易的輸入字段中。因此，隔離驗證的默克爾根會改變coinbase交易的交易數(shù)據(jù)以及其交易ID，從而影響區(qū)塊頭，并最終影響區(qū)塊鏈的構(gòu)成。

Wuille的隔離驗證提議能夠?qū)崿F(xiàn)從比特幣交易中將簽名刪除，同時保持比特幣的不可篡改，并且不違反任何現(xiàn)有的共識機制。