فهم بيتكوين SegWit: الاختراق الذي حول كفاءة المعاملات على السلسلة

التحدي وراء نمو البيتكوين

فرضت البنية الأصلية لبيتكوين قيدًا صارمًا: لا يمكن أن يتجاوز حجم كل كتلة 1 ميغابايت. عندما صمم ساتوشي ناكاموتو هذه المعلمة لأول مرة، كانت تمثل سقفًا مناسبًا لسوق متخصصة من المتحمسين. ومع ذلك، مع تسارع اعتماد بيتكوين وانفجار قواعد المستخدمين، أصبحت هذه القيود عنق زجاجة حرج.

كانت الرياضيات بسيطة ولكنها مقلقة. مع توليد الكتل تقريبًا كل عشر دقائق، وقيود 1MB التي تحد من المعاملات إلى حوالي بضع عشرات لكل كتلة، استقر معدل المعاملات في بيتكوين عند حوالي سبع معاملات في الثانية في المتوسط. خلال ذروة نشاط الشبكة، أدى ذلك إلى ازدحام كبير - حيث كانت هناك عشرات الآلاف من المعاملات تنتظر على البلوكشين في انتظار التأكيد. قفزت رسوم المعاملات إلى عشرات الدولارات، وفي بعض السيناريوهات، عانى المستخدمون من تأخيرات تستمر لعدة أيام قبل الانتهاء من معاملاتهم. كانت البيئة بحاجة ماسة إلى آلية توسيع قابلة للتطبيق يمكن أن توفر تأكيدات أسرع وتكاليف أقل دون المساس بمبادئ اللامركزية أو الأمان في الشبكة.

ظهور الشاهد المنفصل

في عام 2015، اقترح مطور البيتكوين بيتر ويول ومساهمون آخرون في Bitcoin Core حلًا مبتكرًا: Witness المنفصل (SegWit). بدلاً من زيادة حجم الكتلة ببساطة - وهو نهج مليء بالتحديات المتعلقة بالتوافق - قدم SegWit إعادة تنظيم هيكلية لبيانات المعاملات نفسها.

تم تفعيل الاقتراح رسميًا في عام 2017 من خلال عملية شق ناعم، مما يمثل لحظة فارقة في خريطة طريق قابلية توسيع البيتكوين. كانت التأثيرات فورية وقابلة للقياس: زادت سعة الكتل الفعالة بمقدار 1.7 مرة. والأهم من ذلك، أن النهج وضع قالبًا للابتكارات المستقبلية في التوسع. اليوم، تم دمج البيتكوين واللايتكوين وبيتكوين كاش جميعها في بروتوكولاتها تقنية SegWit، مما يعكس صحتها كمنهجية للتوسع.

كيف يعيد SegWit تنظيم بنية المعاملات

كل معاملة بيتكوين تتكون من مكونين أساسيين: بيانات المعاملة الأساسية، التي تسجل نقل القيمة والعناوين المعنية، وبيانات الشاهد - التي هي في الأساس التوقيعات التشفيرية التي تثبت التفويض.

تاريخياً، كان كلا المكونين يشتركان في نفس تخصيص مساحة الكتلة. يمكن أن تستهلك بيانات الشهود، التي تتكون من التوقيعات الرقمية ومعلومات التحقق، ما يصل إلى 65% من إجمالي سعة الكتلة. كان هذا غير فعال: يحتاج مستلم التحويل أساسًا إلى تأكيد أن عنوان الإرسال يمتلك أموالاً كافية؛ فالتأكد من صحة التوقيع، على الرغم من كونه ضروريًا لأمان البروتوكول، لا يتطلب تخصيصًا مفرطًا للتخزين.

تقدم SegWit حلاً أنيقاً: فصل بيانات الشاهد عن معلومات المعاملة الأساسية. من خلال استخراج بيانات التوقيع وتخزينها بشكل منفصل ضمن بنية الكتلة، تحقق SegWit أهدافاً متعددة في آن واحد. تستهلك المعاملة الأساسية مساحة أقل من الكتلة، وتبقى بيانات الشاهد مرتبطة بشكل تشفيري ومحمية من التلاعب، كما يتحسن إجمالي الإنتاجية بشكل ملحوظ.

الفوائد المتراكمة لهذا التصميم الجديد

تحسين استخدام الكتل

من خلال استخراج 65% من تكلفة التوقيع الزائدة من البصمة القياسية للمعاملة، فإن SegWit يحرر فعليًا سعة الكتلة الكبيرة. يمكن أن تناسب المزيد من المعاملات ضمن نفس الحدود البالغة 1MB عندما يتم فصل بيانات الشاهد، مما يخلق تخفيفًا فوريًا للازدحام في الشبكة.

سرعة التسوية المعجلة

تتحسن كفاءة المعالجة بشكل ملحوظ. مع فصل بيانات الشهود عن المعلومات الأساسية للمعاملات، يمكن للمصادقين إعطاء الأولوية للتحقق من تفاصيل المعاملات الأساسية أثناء التعامل مع التحقق من التوقيع من خلال مسار أكثر تحسينًا. تظهر بيانات من مراقبة الشبكة أنه بعد تنفيذ SegWit، انخفض متوسط تكاليف المعاملات إلى حوالي 1 دولار - وهو انخفاض دراماتيكي من فترات الازدحام القصوى.

الدعم الأساسي لحلول الطبقة الثانية

شبكة لايتنينغ، البروتوكول الأكثر طموحًا من الطبقة الثانية لبيتكوين، تتطلب طبقة أساسية مستقرة وفعالة لتعمل بشكل مثالي. من خلال تقليل الازدحام على السلسلة وأوقات تأكيد المعاملات، تزيل SegWit نقطة احتكاك حاسمة. إنها تمكن من تطوير قنوات الدفع وآليات التسوية خارج السلسلة التي يمكن أن تعالج المعاملات على نطاق واسع دون تحميل بلوكشين بيتكوين نفسه. لقد أنشأت SegWit في الأساس المساحة اللازمة لاعتماد شبكة لايتنينغ.

إزالة مخاطر تغير المعاملات

ميزة دقيقة ولكنها مهمة: من خلال فصل بيانات التوقيع، فإن SegWit يقضي على إمكانية استغلال قابلية تغيير المعاملات - السيناريوهات التي يمكن فيها تغيير معرفات المعاملات قبل الانتهاء. هذا يغلق ثغرة أمان ويبسط تصميم وظائف العقود الذكية الأكثر تعقيدًا.

هيكل العنوان: أربع مراحل تطور

عندما يتفاعل المستخدمون مع المحافظ المدعومة بتقنية SegWit، فإنهم يواجهون تنسيقات عناوين مختلفة، كل منها يمثل مرحلة مختلفة من التنفيذ:

عناوين قديمة ( صيغة P2PKH)

العناوين التي تبدأ بـ “1” تمثل التنسيق الأصلي للبيتكوين: الدفع إلى تجزئة المفتاح العام (P2PKH). مثال: 1Fh7ajXabJBpZPZw8bjD3QU4CuQ3pRty9u. تظل هذه العناوين تعمل بشكل كامل ولكنها لا تقدم أي فوائد لتوفير المساحة من SegWit. تمثل نموذج المعاملات ما قبل الترقية.

تنسيق SegWit المتداخل (P2SH )

العناوين التي تبدأ بـ “3” تمثل عناوين Pay-to-Script-Hash (P2SH). مثال: 3EktnHQD7RiAE6uzMj2ZifT9YgRrkSgzQX. توفر هذه العناوين توافقاً عكسياً – فهي تعمل في محافظ تدعم SegWit بينما تظل قابلة للتعرف عليها من قبل العقد القديمة. العديد من محافظ التوقيع المتعدد تستخدم هذا التنسيق. مقارنةً بالعناوين التقليدية، فإن عناوين P2SH المتوافقة مع SegWit تقلل من رسوم التحويل بنسبة تقارب 24%.

نموذج Bech32 الخاص بـ SegWit (

العناوين التي تبدأ بـ “bc1” تمثل عناوين SegWit الأصلية باستخدام ترميز Bech32، والتي تم تأسيسها في BIP173 )2017(. مثال: bc1qf3uwcxaz779nxedw0wry89v9cjh9w2xylnmqc. تم تصميم Bech32 خصيصًا لـ SegWit ويقدم العديد من المزايا التقنية: يستخدم ترميز Base32 بدلاً من Base58، مما يجعل العمليات الحسابية أكثر كفاءة. مجموعة الأحرف )0-9، a-z فقط( غير حساسة لحالة الأحرف، مما يقلل من أخطاء الإدخال. رموز QR أكثر كفاءة. كشف أخطاء المجموع الاختباري أفضل. مقارنة بالعناوين التقليدية، توفر عناوين SegWit الأصلية توفيرًا في الرسوم يبلغ حوالي 35%.

بالنسبة لعناوين SegWit النسخة 0، يوجد فئتان فرعيتان:

• P2WPKH )دفع إلى مفتاح الشاهد العام - تجزئة (: طول ثابت 42 حرفًا، مناسب لعناوين المفاتيح الفردية القياسية. مثال: bc1qmgjswfb6eXcmuJgLxvMxAo1tth2QCyyPYt8shz
• P2WSH )الدفع إلى هاش سكريبت الشاهد(: طول ثابت يبلغ 62 حرفًا، مصمم لسيناريوهات التوقيع المتعدد. مثال: bc1q09zjqeetautmyzrxn9d2pu5c5glv6zcmj3qx5axrltslu90p88pqykxdv4wj

عناوين Taproot ) تنسيق Bech32m (

عناوين Taproot، المميزة بـ P2TR والتي تبدأ بـ “bc1p”، تمثل الجيل الأحدث. مثال: bc1pqs7w62shf5ee3qz5jaywle85jmg8suehwhOawnqxevre9k7zvqdz2mOn. ظهرت هذه العناوين في عام 2021 واستفادت من رؤى تصميم SegWit لإنشاء إطار عمل أكثر مرونة لتخزين البيانات العشوائية. Bech32m - تحسين لـ Bech32 - يصلح ثغرة نادرة في حالات الطوارئ ويسمح بإصدارات عناوين أكثر قابلية للتوسيع.

هيكل الرسوم المقارن عبر أنواع العناوين

تتضح الآثار العملية لهذه الصيغ عند فحص تكاليف المعاملات:

• عناوين متوافقة مع SegWit )P2SH، تبدأ بـ 3( تحقق تخفيضًا في الرسوم بنسبة 24% مقارنةً بالعناوين التقليدية )P2PKH، تبدأ بـ 1(
• عناوين SegWit الأصلية )Bech32، بدءًا من bc1( تحقق تخفيضًا بنسبة 35% في الرسوم مقابل العناوين القديمة
• عناوين Bech32 SegWit توفر تخفيضات تصل إلى 70% في الرسوم مقارنةً بعناوين التوقيع المتعدد
• تحافظ عناوين Taproot على توازن الرسوم مع P2SH بينما تمكن من وظائف إضافية مثل الأرقام التسلسلية ودعم رموز BRC-20

مسار التبني والحالة الحالية

بحلول أغسطس 2020، كانت نسبة استخدام SegWit قد وصلت إلى 67% من معاملات البيتكوين. وقد ازدادت هذه النسبة منذ ذلك الحين. يشمل نظام اليوم محافظ متقدمة تقوم تلقائيًا بتوجيه المستخدمين نحو التنسيقات المتوافقة مع SegWit، مما يجعل التبني أكثر شفافية.

تقوم بنية المحفظة الحديثة - بما في ذلك المنصات التي تدعم تحويلات بيتكوين و لايتكوين و بيتكوين كاش - الآن بشكل روتيني بتوليد عناوين SegWit، مما يسرع من اعتماد الشبكة بشكل عام. يستفيد المستخدمون من الرسوم الأقل، والتأكيدات الأسرع، والأمان المحسن من خلال هذه الآليات دون الحاجة إلى فهم تقني عميق.

الأهمية الأوسع لـ SegWit في تطور البيتكوين

كان SegWit يمثل أكثر من مجرد تحسين بسيط في الكفاءة. لقد أظهر بشكل أساسي أنه يمكن إعادة تصميم الطبقة الأساسية لـ بيتكوين بشكل مدروس لإطلاق قدرات جديدة دون الحاجة إلى تقسيمات قاسية أو تغييرات مثيرة للجدل في التوافق. أثبت نموذج الشاهد المنفصل أنه أنيق للغاية لدرجة أنه أصبح أساسًا للابتكارات اللاحقة:

تم بناء Taproot على مبادئ SegWit لتمكين عقود ذكية أكثر تعقيدًا ولإتاحة ظهور أوامر بيتكوين وعملات BRC-20 - فئات الأصول غير القابلة للتبادل التي تتداول الآن بمليارات في الحجم.

شبكة Lightning، بينما تعمل على الطبقة الأساسية لبيتكوين، تم تمكينها بشكل كبير من خلال إصلاح قابلية تغيير المعاملات في SegWit وتحسين الكفاءة على الطبقة الأساسية.

الخاتمة

تُعد SegWit ابتكارًا محوريًا في تاريخ البيتكوين - وهو اختراق تقني حول blockchain من شبكة مزدحمة ومكلفة إلى طبقة تسوية قابلة لدعم بروتوكولات الطبقة الثانية المعقدة وفئات الأصول الجديدة. من خلال إعادة تنظيم كيفية هيكلة البيانات ومعالجتها، زادت SegWit من الإنتاجية، وخفضت التكاليف، وأزالت الثغرات التقنية مع الحفاظ على التوافق العكسي وأمان الشبكة.

بالنسبة للمستخدمين والمطورين، فإن فهم تنسيقات عنوان SegWit المختلفة ومزاياها الخاصة يمكّن من اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن اختيار المحفظة واستراتيجية المعاملات. مع استمرار تطور بيتكوين كشبكة، فإن مبادئ SegWit—إعادة التصميم الأنيقة، التوافق العكسي، والتحسين التدريجي—تعمل كقالب لمعالجة تحديات التوسع والوظائف المستقبلية.