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比特币全节点同步太慢?不用全节点也可验证支付的 SPV 机制

比特币自诞生以来,就因浪费电力资源为人所诟病,但其强大的算力是必要过程,很难找到更好的方式来代替。

随着它出现的年头越来越久,在其底层技术区块链上参与交易的人也越来越多,分布式账本的内容量急剧扩张,中本聪设置的一个区块 1 MB 的存储量使得交易过程和交易速度有了限制。

因此,下载整个账本成了令人头痛的一件事。能不能不下载整个账本,只找与自己相关的部分呢?换句话说,找个过滤器,把没用的都留在外面。

于是出现了 SPV 机制。

01 SPV 机制

比特币全节点同步太慢?不用全节点也可验证支付的 SPV 机制

SPV 全称“ Simplified Payment Verification ”,常见翻译为简单支付验证。其目的是为了验证某笔交易是否存在,但并不能验证交易的合法性,这需要进行两步操作,第一步是确认交易支付是否被验证过,第二步是计算得到了多少确认数。

中本聪在论文里提及了这一概念:

在不运行全节点时也依然有可能对交易进行验证,用户只需要保留最长链上的所有的区块头数据。

简单而言就是:

假如小黑给大白转了一个比特币,大白怎么才能知道币已经交易完成了呢?在去中心化的系统里找证人那是不太可能的。

按照传统的办法就是:大白需要下载下来所有的区块链账本,然后找到小黑的账户,先瞅瞅它之前是不是有这样一个比特币,并且有没有转给大白的记录。仅仅是第一步,就使得大白的存储量要爆掉。

每个比特币的区块容量是 1 MB ,区块头只有 80 KB ,因此只需要下载区块头就可以节省很多空间。

区块头和区块体究竟是什么呢?

把区块头比做人的头部,里面存储着区块的头信息,如哈希值、时间戳等;而区块体则类似于人的整个身体,存储着这个区块的详细数据,如具体交易信息。区块头包含在区块体中。

也就是说一个区块头尽管有哈希值,但下载了区块头后大白仍无法知道交易记录在哪个区块里,这时候就需要拿着交易 ID 去找全节点查一下,是否有且在哪一个区块里。

02 SPV 的支付验证过程

咦,那万一矿工和小黑联合起来骗大白怎么办?

这时候 SPV 机制就派上用场了。

如果矿工说小黑转过来了,但其实并没有。那么为了圆谎他必须伪造更多的交易,使得这些交易能得到和自己区块头里同样的哈希值。但由于哈希的技术特性,改变后的数据要想和原始数据得出一样的哈希值,那是很难实现的。

总之, SPV 整个交易过程是这样的:

第一步,确认交易支付是否被验证过

首先计算待验证支付的交易哈希值,把区块头从区块链网络上保存至本地,再从区块链获取待验证支付对应的默克尔树哈希认证路径

对比获得的哈希值与自己的是否一致,若一致,则证明支付真实有效。

第二步,验证得到了多少确认数。根据该区块头所处的位置,确定该支付已经得到的确认数量。

完成这两步,交易支付验证就完成了。

03 小结

SPV 机制不仅节省了储存空间,减少了 P2P 网络带宽的浪费,使得普通用户在没有下载完整数据的情况下也可以操作,而且也给查账带来了极大方便。

但是,由于 SPV 没有完整的区块数据,是无法验证交易不存在的,这种情况很容易导致双花的情况出现,而随机链接节点也有可能受到网络的恶意攻击。

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