SegWit 解釋：從比特幣的簽名問題到現代實現

SegWit，縮寫為 Segregated Witness，代表自比特幣誕生以來對比特幣協議最重要的升級之一。這項精巧的改進並未徹底改革整個系統，而是針對特定的技術漏洞進行修正，同時引入基礎設施的改善，從而重塑比特幣的擴展方式。理解 SegWit 的作用及其重要性，需要先了解它旨在解決的問題。

核心問題：交易可變性與第二層障礙

在 SegWit 出現之前，比特幣面臨一個奇特的密碼學問題，稱為交易可變性。用來驗證比特幣交易的數位簽名可以被篡改，使得即使未經原始創建者修改，交易的外觀也會不同。這並不會使交易失效或改變其基本效果——幣仍然從發送者轉移到接收者——但卻造成了一個關鍵的漏洞，使得部署第二層解決方案幾乎變得不可能。

閃電網絡（Lightning Network）和其他第二層協議需要對交易完整性有絕對的確信。若未解決交易可變性問題，這些擴展方案就無法可靠地在比特幣之上運作。這個問題不僅令人不便，更是比特幣演進成高吞吐量支付系統的架構死胡同。

SegWit 的技術解決方案：將見證資料分離

SegWit 的巧妙之處在於它如何解決交易可變性問題。透過將簽名資料——稱為「見證資料」——從主交易空間移到每個比特幣區塊的獨立部分，SegWit 消除了操控交易簽名的可能性。這種結構重組產生了多重下游效應。

首先，也是最重要的，它解鎖了第二層的開發。閃電網絡和類似協議現在可以有信心地運作，為比特幣提供比基礎層多倍的交易處理能力。除了這個主要好處外，SegWit 透過一個稱為「權重單位」的技術機制，實現了區塊容量的擴展。這並非單純增加區塊大小（這會引發激烈的硬分叉），而是巧妙地重新定義了區塊資料的計數方式，使得理論上區塊資料可達約 4MB，實務上則約 2MB，視交易組成而定。

這種效率提升意味著使用支持 SegWit 的錢包的用戶可以享受較低的交易手續費。此外，SegWit 的技術架構還創造了開發者所稱的「腳本版本」——一個簡化未來比特幣改進部署的框架。像 Schnorr 簽名這樣的創新，將提升比特幣的可程式性與彈性，也因此變得可行。

所有這些改進都是透過軟分叉完成的，這是一種向後相容的升級，只需大多數礦工的算力支持，無需全網一致同意。這個技術選擇避免了因激烈硬分叉而可能導致的網路碎裂。

開發者的創新：比特幣核心如何實現升級

推動 SegWit 實現的路徑涉及多個團隊。Blockstream 最早為其 Elements 側鏈項目開發了這一概念的早期版本。然而，突破點在於比特幣核心貢獻者 Luke-jr 發現可以在比特幣主網上部署一個向後相容的版本。

比特幣核心開發團隊負責實作工作，Eric Lombrozo、Johnson Lau 和 Pieter Wuille 為主要的比特幣改進提案（BIP）作者與主要開發者。他們的工作奠定了技術基礎，雖然許多其他核心開發者也透過審查、測試與改進做出貢獻。激活機制本身也經過社群意見的演變——Litecoin 開發者 Shaolinfry 和 Bitmain 工程師 James Hilliard 提出了替代的信號激活方案，後來證明非常關鍵。

激活之戰：礦工、用戶與 UASF

SegWit 從提案到實現的過程揭示了技術升級背後的政治複雜性。雖然在 2015 年 12 月公開提出，並在一年內完成代碼準備，但直到 2017 年才正式激活——這段兩年的延遲主要源於大量比特幣礦工拒絕支持這次升級。

在比特幣技術社群中，SegWit 幾乎沒有受到懷疑。外部的辯論主要圍繞是否應優先採用其他擴展方案，或僅靠 SegWit 是否足夠。然而，這些正當的分歧與激活爭議交織在一起。有觀察者推測礦工利用 SegWit 作為更廣泛擴展談判的籌碼。更激烈的是，有證據顯示某些礦工運用一種名為 AsicBoost 的專有優化技術，與 SegWit 不相容，這讓他們在經濟上有動機阻擋升級。

這種僵局促使草根反抗運動出現。2017 年，比特幣用戶支持 Shaolinfry 提出的想法：用戶激活軟分叉（UASF）。這些用戶宣布計畫在夏季自行啟用 SegWit，不顧礦工偏好。如果成功，將會產生兩個獨立的比特幣網路——一個有 SegWit，一個沒有，這對生態系來說是災難性的結果。

面對這個「核選項」，礦工在 UASF 截止日前幾天投降，使用由 James Hilliard 設計的新激活機制來發出支持 SegWit 的信號。到 2017 年 8 月，SegWit 已在比特幣網路上正式啟用。

實務應用：SegWit 地址與交易手續費

使用 SegWit 只需使用已整合此技術的錢包。這些錢包會產生 SegWit 地址，並自動透過 SegWit 機制進行交易，讓用戶立即享受較低的手續費。

目前有兩種 SegWit 地址格式。P2SH 地址以「3」開頭——但並非所有以 3 開頭的地址都是 SegWit 地址，視覺辨識並不完美。Bech32 地址以「bc1」開頭，則是明確的 SegWit 地址，且提供所有比特幣地址類型中最低的手續費。這些 bech32 交易比 P2SH SegWit 交易更便宜，因為它們更有效率地利用了權重單位系統。

傳統地址以「1」開頭，從未是 SegWit 地址。支持 SegWit 的熱門錢包包括 Bitcoin Core、Electrum、Green、Trezor、Ledger 以及其他許多，但錢包的採用逐漸推廣中。

當前採用情況：為何 SegWit 尚未普及

距離 SegWit 激活已近十年，採用率仍不完整。超過一半的比特幣交易已使用 SegWit，但仍有相當比例的網路依賴傳統交易格式。這個令人驚訝的緩慢採用，源於技術與政治因素。

技術障礙包括實作負擔。對於大型金融機構與支付平台來說，整合 SegWit 需要系統全面遷移與大量開發資源。較小的錢包開發者與服務提供商則相對將升級列為次要任務，即使整合相對簡單。

政治層面也仍然存在。有些實體被指抗拒採用 SegWit，作為對其擴展方案的抗議。他們可能偏好完全不同的解決方案，或懷疑 SegWit 無法充分解決比特幣的吞吐限制。有些觀察者甚至推測，故意維持高額手續費，旨在促使用戶轉向其他加密貨幣。

值得注意的是，不完整的 SegWit 採用並不妨礙早期用戶獲得好處。已升級的用戶可以享受較低的手續費，無論整個網路的採用率如何。隨著採用率提升，手續費的優勢也會增加，但這些好處是逐步累積的。有趣的是，較低的 SegWit 採用率也會降低平均區塊大小，這在節點效率與網路韌性方面具有一定的技術優勢。