【币圈不定期更新的日常】聊一聊比特币为什么要部署隔离验证

简介

之前的文章，为大家介绍了闪电网络的原理，并且特别强调了闪电网络的应用，一定要基于隔离验证的部署。今天就来讲讲，隔离验证的技术原理、解决的问题、隔离验证带来的好处等等。

隔离验证技术原理

我们先为大家展示一下比特币交易的区块结构，如下图所示：

实施隔离验证前的区块数据结构

我们抛去其他字段，重点看下Transactions字段，Transactions字段包含该区块的多笔交易，每笔交易的数据结构如下图：

实施隔离验证前的交易数据结构

我们顺便抓取一笔的交易实例看看（未实施隔离验证）：

{          

    "version": 1,          

    "locktime": 0,          

    #交易输入(input)部分      

    "vin": [                   

                  {              

                        #输入引用的交易(transaction)HASH       

                         "txid": "7957a35fe64f80d234d76d83a2a8f1a0d8149a41d8......", 

                         #引用交易中的UTXO索引    

                         "vout": 0,                                                       

                          #解锁脚本，用于解锁UTXO的脚本（这是可以花费这笔UTXO的关键信息）

                         "scriptSig": "3045022100884d142d86652a3f47ba4746ec71....",     

                         "sequence": 4294967295                    

                     }          

         ],          

         #交易输出(output)部分      

         "vout": [                 

                        {              

                                #第一个输出的比特币数量          

                                "value": 0.01500000,                      

                                #锁定脚本，后续的交易如要使用该输出，必须解锁锁定脚本         

                                "scriptPubKey": "OP_DUP OP_HASH160 ab68025513c3dbd2f7.."                                   },           

                         {              

                                #第二个输出的比特币数量          

                                "value": 0.08450000,                      

                               "scriptPubKey": "OP_DUP OP_HASH160 7f9b1a7fb68d60c536c2...",      

                         }          

             ]       

}

其中，scriptSig解锁脚本就是我们今天的主角，解锁脚本是tx input引用上一笔output的合法性凭据，是私钥签名的结果。交易hash在计算时，需要包含scriptSig解锁脚本的内容。然而，比特币的椭圆曲线签名算法（ECDSA）具有对称性，签名s和签名s'都可以用来验证交易的合法性，但是由此产生的交易hash却不同。交易hash的不一致就会产生安全问题，下节讲的延展性攻击就是最大的问题之一。为了解决由于签名改变引起的交易hash改变的问题，隔离验证技术应运而生。

首先，我们来看看，升级了隔离验证的交易数据结构有哪些变化？如下图所示，增加了flag、witnesses等字段。Tx In的scriptSig解锁脚本被放入了witnesses字段中，在计算交易hash时，无论解锁脚本的内容如何变更，都不会影响交易hash的结果。要验证交易合法性，就去查找witnesses里面的内容即可。

实施隔离验证后的交易数据结构

延展性攻击

攻击原理

攻击者监听比特币网络中的交易，发现攻击目标交易，则利用椭圆曲线的对称性更改交易input中的签名，生成有相同input和output但交易hash不同的新交易，并广播到网络中，实行双花攻击。

攻击影响

延展性攻击并不会影响交易的最终确认结果，但是很可能对钱包和交易所造成双花攻击。

1）充币：黑客发起两笔不同hash的相同转账A和B，A和B可能先后会出现在不同的区块中（其中，某个区块最后会成为孤块并废弃），而钱包和交易所如果区块的确认上账次数设置的不够大，在区块回滚前就确认上账，就会读到这两笔充值交易，为用户上两次账，造成双花。

2）提币：黑客发起提币交易，交易所构造完成提币交易A并广播。黑客抓取广播后的交易A，更改签名后生成不同hash的相同交易B。如果交易B率先被确认，黑客就能够拿着交易A的hash找交易所，说没收到提币。交易所如果确认机制做的不好，就会再次提币，造成双花。

隔离验证的好处

1）杜绝延展性攻击。隔离验证部署后，一笔交易有相同的input和output，则hash是唯一确认的，就不存在延展性攻击的可能。

2）支持闪电网络架构。上文提到，闪电网络是一系列未上链交易组成的转账记录，延展性攻击会严重破坏闪电网络的安全性。而隔离验证的部署，则为闪电网络的大规模应用提供了安全的基础环境。

3）区块容纳更多的交易。因为隔离验证的部署，每个区块能容纳的交易，实际上得到了翻倍的增加，区块的大小由原来的1M提升到3M，对比特币交易处理能力有显著的提升。

参考文献

隔离验证前后交易数据结构的变更：https://bitcoin.stackexchange.com/questions/83683/how-does-the-structure-of-a-segwit-block-differ-from-a-non-segwit-block

比特币交易数据结构：https://en.bitcoin.it/wiki/Transaction#General_format_.28inside_a_block.29_of_each_input_of_a_transaction_-_Txin

比太公开课讲隔离验证：https://www.8btc.com/article/79496

延展性攻击原理：https://blog.csdn.net/m3o3n3/article/details/72901642

延展性攻击—门头沟倒闭的罪魁祸首：https://blog.csdn.net/chunlongyu/article/details/80417356