SPV科普介绍，2022SPV节点和SPV钱包详情介绍

什么是SPV？SPV是“简化支付验证”的缩写。中本聪简要提到了这个概念，指出支付可以在不运行完整节点的情况下进行验证，用户只需要保存所有的块头。虽然用户不能自己验证交易，但是如果他可以在区块链的某个地方找到匹配的交易，他就可以知道网络已经批准了该交易以及它已经收到了多少确认。

根据中本聪的原文，这里有一个细节需要注意。SPV指的是“支付验证”，不是“交易验证”。这两种验证有很大的区别。

“交易验证”非常复杂，涉及验证是否有足够的余额支付，是否存在双花，脚本是否可以通过等。通常由运行完整节点的矿工来完成。

“支付验证”更简单。它只判断用于“支付”的交易是否经过验证，收到了多少计算保护(多少确认)。

考虑这样一种情况，A收到B的通知，B声称自己从某某账户给A汇了一定的钱，在去中心化模式下，没有人能证明B是可靠的。收到这个通知后，A怎么判断B说的是真的？

在比特币系统中，这种通知实现为一种固定格式的“交易”，包含B的汇款账户支票、B的签名、汇给A的金额、A的地址。

如果A想亲自核实这笔交易，首先A要遍历区块链账本，定位到B的账户上，以此来查看B曾经给的账户支票是否有足够的金额；接下来，A要遍历后续的所有账本，看B是否已经把这张账户支票上的钱付给了别人(是否存在双花作弊)；然后验证脚本，确定B是否有权限控制账户。这个过程要求A必须获得完整的区块链。

但是，如果A只想知道这笔款项是否经过验证(如果经过验证，就会发货)，他可以依靠比特币系统快速验证。也就是说，检查发生该支付的交易是否包括在区块链中，以及获得了多少确认。

原理：块头有三个关键字段。一个是prev_block_hash(前一个块的hash值保证了区块链记录的交易顺序)；二是bits(当前块的计算难度)，三是merkle_root_hash(借助merkle树算法，保证块内所有事务的真实性)。

在验证一个事务是否真的存在时，理论上用户可以通过以下方式进行验证：

(为了简化模型，我们假设使用tx_hash来定位块。这种方法有被“事务延展性”攻击的风险，在实际应用中可以根据output_point进行定位。)

0。获取并保存从网络到本地的所有链最长的blockheaders

1。计算事务的哈希值tx _ hash

2。找到包含tx_hash的块，并验证块头是否包含在最长的已知链中；

3。从块中获取构建merkle树所需的哈希值；

4。根据这些哈希值计算merkle _ root _ hash

5。如果计算结果等于块头中的merkle_root_hash，则该事务是真实的。

6。根据该块标题的位置，确定该交易的确认数量。

优点：大大节省存储空间。减轻最终用户的负担。不管以后的交易量有多大，块头的大小都是一样的，只有80字节。以每小时6块的速度，每年生产52560块。仅保存块头时，每年新增存储需求约4兆，100年后累计存储需求只有400兆。即使用户使用的是最低端的设备，正常情况下也能满载。

问题：如何通过tx_hash定位这个交换所在的块？过去，比特币协议缺乏对此的支持。

比特币钱包

在进一步讨论SPV的实现之前，请先解释一下比特币钱包里存储了什么，钱包和私钥有什么关系？

既然用了“钱包”这个词，那它应该和我们日常生活中使用的钱包有一些相似之处。为了更直观的解释，我们来和日常生活中使用的钱包对比一下。

日常生活中，可能会有纸币、支票、印章等。(为简化解释，我们排除银行卡，银行卡涉及中间环节多，增加了表达的复杂性)。

用纸币购物时，

1。从钱包里装满多张不同面额的纸币，计算总面额是否大于所需金额，以及应该找回多少零钱；

2。把这些纸币直接交给卖家；

3。卖方验证这些钞票的真实性；

4。卖家计算这些纸币的面值是否大于等于商品价格，得到相应的零钱。

5。把收到的零钱放回钱包。

比特币的钱包里储存着相当于“一次性支票”的面值和相应的“印章”。付款时，

1。用户从钱包里拿出几张“一次性支票”，计算总面值是否大于要求的金额，以及应该找回多少零钱。注意扣除比特币系统收取的手续费；

2。给卖家写一张支票，写明卖家地址和付款金额；如果需要零钱，给自己写一张零钱支票(写上地址和零钱金额)；

3。在从钱包中取出的每张支票上加盖相应的印章，以确认支付权；

4。将这些账单提交给比特币系统，该系统将验证支票的真实性以及支付是否有效。

5。如果比特币系统验证通过，收款人会将收到的支票放入钱包。用户钱包中已支付的支票将被丢弃(这些支票已被比特币系统视为无效，不能再使用)。

即使是刚接触比特币的人也能猜到“封印”指的是“私钥”。但什么是“一次性支票”？

在比特币系统中，这种“一次性支票”的术语是UTXO，全称是Unspent Transaction Outputs。区块链是记录所有历史交易的总账，每个区块2022尚力财经小编包含若干交易记录。

每条交易记录由两部分组成：资金来源(可以有多个来源)和资金去向(可以有多个去向)。术语是Tx_in(事务输入)和Tx_out(事务输出)。也就是说，每个事务TX包含几个tx _ ins和几个tx _ outs。

除了创世纪区块的交易，每笔交易都要有资金来源。资金来源有两种，一种是挖矿奖励(按照固定算法的货币发行)，出现在每个区块的第一笔交易中；另一个是之前的事务中没有使用过的Tx_out(事务输出)，即UTXO。挥金者要拿出证据证明自己对Tx_out的所有权，而比特币系统要验证Tx_out是否真的没有被消费过(是否是UTXO)，挥金者是否有权消费。

资金去向(TX_out)包含两个部分，一个是转出的金额，一个是控制权(谁可以使用)。提现权是通过比特币的脚本系统实现的。如果收款人地址是以1开头的普通地址，脚本会包含地址对应的公钥的hash值(hash160)，使用货币时一般需要用对应的私钥签名；如果收款人的地址是从3开始的多重签名地址，脚本将包含特定脚本的哈希值(hash160)。用钱的时候一般需要根据具体的脚本用多个私钥签名。

用户钱包中的比特币，实际上是用户有权支配且尚未消费的Tx_out中记录的金额之和，即用户支配的所有UTXO金额之和。

一个完整的钱包应该包含几个UTXO和控制每个UTXO时对应的私钥。当然，有时候，从安全的角度来说，钱包可能会被分成两部分。在线钱包里只有UTXO，而离线钱包里只有私钥。

但是，如何让用户把所有的UTXO都放进钱包呢？

用户如何收集自己的UTXO

(1)去中心化：

实现：

1。建立本地存储UTXO的数据库；

2。设置块扫描的起点(区块链上的扫描起点高度)，从这个点开始，依次下载这个点之后所有块的完整数据。

3。分析每个块的所有TX数据，依次读取每个Tx_in的prev 2022尚力财经小编 _ Tx_out([TX hash][TX _ OUT的序列号])，搜索UTXO数据库中是否存在这个TX _ OUT。如果是这样，从UTXO数据库中删除它(或者将其标记为删除)。

4。依次分析每个Tx_out的脚本，如果与用户相关，记录[Tx hash][tx_out的序列号]和整个Tx _ OUT在UTXO数据库中的内容；

备注：如果钱包中只有新创建的私钥，可以从最新的块开始扫描(由于私钥冲突的可能性可以视为0。在你把比特币地址告诉别人之前，这个私钥对应的地址是不会有收入的)

优点：不依赖信任；准确的数据。

缺点：速度慢，需要从比特币网络下载大量数据，对网络压力大。

(二)集权方式：

1。一个中心化的机构(或个人)运行一个完整的比特币节点，建立一个包含所有UTXO的数据库。

2。用户使用集中机构提供的API请求与自己相关的UTXO数据。

优点：速度快，不拖累比特币网络；

缺点：依赖信任；数据不一定准确(可能是集中式服务器出现故障，或者与中央服务器的会话被劫持，数据被篡改)

[4]瘦客户端、SPV轻钱包、SPV节点是什么？

瘦客户端：参考SPV的机制，客户端在监控收款地址时，只需要将用户可支配交易的相关数据保存在本地即可。由于当地没有完整的区块链，也缺乏汇款人的相关数据，客户无法亲自核实交易是否合法，只能判断交易是否包含，已经确认了几次。与SPV有很多相似之处，所以这种瘦客户端在很多场合常被称为“SPV客户端”。但与SPV不同的是，在去中心化模式下，这些客户端仍然需要下载并分析每个新块的所有数据，只是不需要将所有数据保存在本地。

“轻钱包”是用瘦客户端模式实现的钱包，因为它涉及到如何在不存储完整区块链的情况下获取UTXO的问题。不同的开发人员可能有自己的实现方法，但是从效率的角度来看，他们往往采用集中式的方式来实现。

SPV节点：支持使用Bloom filter快速检索并返回相关数据的节点。

SPV在执行中涉及到一个问题。如何通过交易特征值(比如tx_hash)定位支付交换所在的区块？中心化是一个很好的解决方案，但是去中心化就没那么简单了，因为之前的比特币系统协议缺乏对SPV的支持。要在分散模式下获取数据，必须做到以下两点：1 .客户端和节点通过接受的协议相互通信；2.数据真实性的自验证3354客户端不需要信任节点是否是诚实节点，返回的数据本身就可以证明数据的真实性。

在原协议中，可以通过getheaders命令获得块头，通过getdata命令获得指定的块，但是不支持块的tx_hash反向查找。为了定位块，客户通常必须下载整个区块链。

新的比特币协议增加了Bloom filter的功能，解决了客户端检索的问题。其原理是Bloom filter可以快速确定某个检索值一定不存在于指定集合中，从而过滤掉大量无关数据，减少客户端不必要的下载。这样的节点可以为分散式SPV查询提供必要的支持。

如前所述，SPV的目的是验证某笔支付是否实际存在，以及获得了多少确认。钱包的目的是管理自己的资产，进行支付。 简而言之，SPV的应用往往是准备发货(知道钱到了)，而“轻钱包”的应用往往是数钱或者花钱。虽然SPV的机制部分借鉴了“轻钱包”，但和SPV是一个完全不用的应用方向。直接把这两个词联系起来有点牵强。这种钱包要么采用集中式的方式提高效率，但引入了信任风险；要么分散模式——不需要信任，但是效率低，增加了网络负担。

SPV节点的出现，使得以去中心化的方式实现高效低负载的“轻钱包”成为可能。我觉得简称“SPV轻钱包”可能更合适，它是基于SPV节点的。[x]

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