保护好包：将交易减少一半以解决比特币网络拥塞

比特币的网络拥塞情况千差万别。在几天的几个小时中，成千上万的交易正等待被包含在一个区块中，从而导致费用飙升并使许多用户等待。同时，在较慢的时间内，甚至没有足够的交易来填补所有障碍，而且最小的费用就足以快速确认。

对于需要快速进行大量事务的服务，高峰时段的网络拥塞当然是一个大问题。例如，交易所，挖矿池或薪资服务有时会同时向数百名用户付款-这些用户可能不耐烦地想拿钱。因此，这些服务需要支付高额费用，从而使比特币网络上的所有其他交易重回队列。

现在，比特币核心贡献者杰里米·鲁宾（Jeremy Rubin）认为，他已经找到了如何可靠地缓解网络拥塞的方法，从而提高了高峰时段比特币的吞吐量。

他的建议称为OP_SECURETHEBAG。

固定袋子

要了解OP_SECURETHEBAG（从现在开始，我们将其简称为“保护袋子”），我们举一个实际的例子并从基础开始。在此示例中，有12个客户都要求交易所在收取高额费用的同时发出提款。 （实际上，这可能很容易成为1200个客户，但只有12个客户，这个概念更容易解释。）

即使没有安全袋，交易所也是明智的，并且不会创建12个单独的交易来分别向每个客户付款。相反，为了节省费用，它创建了一个“批处理”交易，该交易更为紧凑。交易包括三个输入（指“发件人”地址，所有三个都属于交易所）和12个输出（包括“发件人”地址，属于不同的客户）。在此示例中，金额相加很好，因此没有更改地址。

在下面的图像中，交易看起来像右边的交易A-不像左边所示的12个单独交易。

图片来自Jeremy Rubin在Scaling Bitcoin 2019上的OP_SECURETHEBAG演示文稿中拍摄

由于批处理事务包含如此多的输出（每个客户一个），因此在数据方面非常大。事务越大，将其包含在块中的成本越高。而且在高峰时段，交易所要迅速确认交易会非常昂贵。 （虽然不像12个单独的交易那样昂贵，但是仍然很昂贵。）

现在，交易所可以改为收取较低的费用，在这种情况下，确认交易只需要一段时间。但是在确认之前，客户将一直在等待他们的钱，不确定他们是否真的会收到这笔钱：这笔钱可能会被双花，直到将交易包括在其中。这使客户不满意，而交易平台则不希望如此。 （在某些情况下，甚至可能无法让客户等待：例如，根据合约，薪资服务可能有义务在特定的一天确认交易。）

这是“安全袋”进来的地方。

安全袋是提议的“ OpCode”：对比特币编程语言的补充。该操作码实质上将使交易所将其批量交易“拆分”为两个交易：“发送”交易和“接收”交易。

其中第一个（“发送”交易）包括三个原始输入，指的是交易所拥有的地址。但它仅包含一个特殊输出。此输出称为“提交的输出”，其中包含一个特殊的加密货币哈希：看似随机但相对较短的数字字符串。

该哈希实质上是一个唯一的序列号，将其链接到两个事务中的另一个：“接收”事务。确保袋子安全的关键，可以使用已承诺的输出的唯一方法是通过此特定的“接收”事务，并通过哈希将其链接到该事务。 （用技术术语来说，哈希将提交给除“ prevouts”之外的整个“接收”事务，但这是一个实现细节。）

那么，“收款”交易可以视为原始交易的后半部分。它仅包含一个输入（指“发送”事务中的已提交输出）以及所有12个输出。因此，带有所有输出的“接收”交易要比“发送”交易大得多。

在下面的图像中，你可以在左侧看到正常的批量交易，而在右侧则看到安全袋付款的两个分开的交易（“发送”和“接收”）。

图片来自Jeremy Rubin在Scaling Bitcoin 2019上的OP_SECURETHEBAG演示文稿中拍摄

当它向其12个客户发出提款时，交易所同时广播“发送”和“接收”交易。但这两者之间有一个很大的区别，这就是诀窍的核心。较小的“发送”交易包括相对较大的费用，以确保快速确认。由于该交易很小，从数据角度来说，即使是相对较大的费用也是可以管理的。相比之下，较大的“接收”交易包含的费用要低得多，这意味着交易所可能需要一段时间才能确认。

相比之下，较大的“收款”交易所包含的费用要低得多，这意味着确认可能需要一段时间。但是这一次，等待低价交易确认对客户来说不是大问题，因为一旦“发送”交易被确认，就可以确保所有的钱都可以保证“接收”??交易。资金锚固在区块链中，除了交易所的客户之外别无其他。

钱还没有到位……但是手提包已经放好了。

孩子为父母付费

尽管上面概述的基本示例可以确保*交易所的12个客户最终获得他们的资金，但这可能还不能完全满足他们的所有要求。

（*如果交易费用从未降到所需水平，则“收款”交易实际上不会自行确认；这可以通过相同的技巧来解决，如本文其余部分所述。）

举例来说，12个客户之一的爱丽丝必须今天向房东付款。因此，仅仅知道她最终会收到她的钱是不够的-不管她有多确定自己确实会收到这笔钱。她实际上需要能够花费她的输出。

从技术上讲这是可能的。爱丽丝可以将未经确认的输出（12个之一）输出，并立即用于新交易中。唯一的问题：爱丽丝的交易只有在确认“收款”交易后才能确认。同时，她的房东要求今天进行确认交易。

幸运的是，爱丽丝可以利用旧的比特币技巧来确保“收款”交易和她自己的交易都可以确认：“孩子为父母付款”（CPFP）。基本上，如果爱丽丝在向房东的交易中包含足够高的费用，则矿机也将被激励将大笔“收货”交易也包括在内-即使他们不关心“收货”交易本身的费用。毕竟，只有同时确认两者，他们才能获得爱丽丝的高额费用。

也就是说，补偿大型“收货”交易将是非常昂贵的。这就是交易所最初使用“安全袋”的原因。现在，Alice无需为交易所而向所有12个客户支付批量交易的费用。这不会使她成为一个非常满意的客户。

幸运的是，安全袋提供了更好的解决方案。

树木付款

为了解决爱丽丝的问题，交易所可以进一步采取“安全袋”技巧。

在上面显示的基本示例中，“发送”交易包括一个“安全袋”输出，而单个“接收”交易包括一个相应的“安全袋”输入和12个正常输出。但是可以将这12个输出进一步拆分为更多的“接收”交易。

例如，“发送”交易可以包括两个“安全袋”输出，指的是两个不同的“接收”交易，每个交易都包括六个正常输出。当然，这意味着要进行快速确认，“发送”交易要贵一些，但是爱丽丝的费用将减少一半以上：她现在只为五个其他客户付款，而不是十一个。

更好的是，交易所可以在初始的“发送”交易和最终的“接收”交易之间创建“中间”交易这些“中间”事务都将包括一个“安全袋”输入和一个或多个“安全袋”输出以及可能的正常输出，从而创建树结构。这样，即使对于需要立即花费资金的客户，交易所也可以合理地降低CPFP成本。赶时间的客户最多需要为与他们相关的中间交易付款，而忽略其余交易。

如下图所示，交易所可以根据自己的需求选择最适合自己的方式来创建这种树。 （更多的中间步骤通常需要在区块链上确认更多的总交易数据，但每位用户的成本较低。“链式”付款类似于树式付款，但更多地取决于交易的时间顺序。）

图片摘自Jeremy Rubin在Scaling Bitcoin 2019上关于OP_SECURETHEBAG的演讲

详细信息和部署

本文介绍了安全袋的相当基本的实现。实际上，该提案可以各种方式实施和利用。例如，她不必使用CPFP才能向房东付款，而是可以将资金接收到Lightning渠道，并立即能够通过这些渠道向房东付款。还有其他更复杂的解决方案可以加快“接收”交易的速度。

同样，严格地说，建议的“安全袋操作码”不是实现两阶段支付解决方案的唯一方法。即使使用当前的比特币协议，也可以实现类似的目的-但它要求所有接收者进行协调与合作，在交易所及其客户的例子中这种可能性很小，而且随着更多用户加入，这种情况将变得更加困难。其他解决方案（例如契约）将需要升级比特币协议。

固定袋子也需要通过向后兼容的软分叉来升级协议。鲁宾已经完成了所需的大多数编码工作-尽管代码和构想仍需接受审查。此外，即使提案通过了所有同行评审，协议升级也可能需要一段时间才能被采用。因此，目前尚无法确定“安全袋”何时将在比特币上发布（如果有的话）。

感谢Jeremy Rubin的信息和反馈。有关安全袋的更多信息，仿真数据和其他各种用例，请参阅相关的比特币改进提案，有关该主题的开发邮件列表讨论以及鲁宾在特拉维夫的Scaling Bitcoin 2019上的完整演讲：

《安全囊：将交易减少一半以解决比特币网络拥塞》一文首先出现在《比特币杂志》上。

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