SPV是什麼？SPV是“Simplified Payment Verification”(簡單支付驗證)的縮寫。中本聰論文簡要地提及了這一概念，指出：不執行完全節點也可驗證支付，使用者只需要儲存所有的block header就可以了。使用者雖然不能自己驗證交易，但如果能夠從區塊鏈的某處找到相符的交易，他就可以知道網路已經認可了這筆交易，而且得到了網路的多少個確認。
按照中本聰的原文，這裡有個細節需要注意，SPV指的是“支付驗證“，而不是“交易驗證”。這兩種驗證有很大區別。
“交易驗證”非常複雜，涉及到驗證是否有足夠餘額可供支出、是否存在雙花、指令碼能否透過等等，通常由執行完全節點的礦工來完成。
“支付驗證”則比較簡單，只判斷用於“支付”的那筆交易是否已經被驗證過，並得到了多少的算力保護(多少確認數)。
考慮這樣一種情況，A收到來自B的一個通知，B聲稱他已經從某某賬戶中匯款一定數額的錢給了A。去中心方式下，沒有任何人能證明B的可靠。接到這一通知，A如何能判斷B所說的是真的呢?
在比特幣系統中，這一通知是以一個固定格式的“交易”來實現的，該交易中包含B的匯款賬戶支票、B的簽名、匯給A的金額以及A的地址。
如果A想本人親自驗證這筆交易，首先，A要遍歷區塊鏈賬本，定位到B的賬戶上，這樣才能檢視B所給的賬戶支票上是否曾經有足夠的金額;接下來，A要遍歷後續的所有賬本，看B是否已經支出了這個賬戶支票上的錢給別人(是否存在雙花欺騙);然後還要驗證指令碼來判斷B是否擁有該賬戶的支配權。這一過程要求A必須得到完整的區塊鏈才行。
但是，如果A只想知道這筆支付是否已經得到了驗證(如果驗證了就發貨)，他可以依賴比特幣系統來快速驗證。即，檢查發生此項支付的那筆交易是否已經收錄於區塊鏈中，並得到了多少個確認。
原理：block header中有三個關鍵欄位，一是prev_block_hash(前一區塊的hash值，確保了區塊鏈所記錄的交易次序);二是bits(當前區塊的計算難度), 三是merkle_root_hash(藉助merkle tree演算法，確保收錄與區塊中所有交易的真實性)。
驗證某個交易是否真實存在時，理論上，使用者可以透過以下方式進行驗證：
(為了簡化模型，我們假設用tx_hash來定位block。這種方法有被“交易可鍛性”攻擊的風險，實際應用中可以根據output_point來定位。)
0. 從網路上獲取並儲存最長鏈的所有block header至本地;
1. 計算該交易的hash值tx_hash;
2. 定位到包含該tx_hash所在的區塊，驗證block header是否包含在已知的最長鏈中;
3. 從區塊中獲取構建merkle tree所需的hash值;
4. 根據這些hash值計算merkle_root_hash;
5. 若計算結果與block header中的merkle_root_hash相等，則交易真實存在。
6. 根據該block header所處的位置，確定該交易已經得到多少個確認。
優點：極大地節省儲存空間。減輕終端使用者的負擔。無論未來的交易量有多大，block header的大小始終不變，只有80位元組。按照每小時6個的出塊速度，每年產出52560個區塊。當只儲存block header時，每年新增的儲存需求約為4兆位元組，100年後累計的儲存需求僅為400兆，即使使用者使用的是最低端的裝置，正常情況下也完全能夠負載。
問題：如何才能透過tx_hash定位到該交易所在的區塊? 以往的比特幣協議中缺少對此的支援。
比特幣錢包
在進一步討論SPV的實現之前，先要說明一下比特幣錢包存放的是什麼，錢包和私鑰之間是什麼關係?
既然用到“錢包”一詞，那麼應該與我們日常生活中使用的錢包有一定的相似之處。為了更直觀說明，我們與日常生活中所使用的錢包做一下對比。
日常生活中裡面存放的可能是紙幣、支票、印鑑等等(為了簡化說明，我們把銀行卡排除在外，使用銀行卡涉及到很多中間環節，增加表述上的複雜度)。
用紙幣購物時，
1. 從錢包中湊足若干張不同面值的紙幣，計算總面值是否大於所需金額以及應找回多少零錢;
2. 將這些紙幣直接交給賣方;
3. 賣方驗證這些紙幣的真偽;
4. 賣方計算這些紙幣的面值是否大於或等於商品價格，並找回相應的零錢。
5. 將收到的零錢放回錢包。
比特幣的錢包裡存放的相當於是一張張標有面值的“一次性支票”和對應的“印鑑”。支付時，
1. 使用者從錢包中取出若干張“一次性支票”，自己計算總面值是否大於所需金額以及應找回多少零錢，注意要扣除比特幣系統所收取的手續費;
2. 給賣方開一張支票，註明賣方地址和支付金額;如果需要找零，給自己開一張找零支票(寫上自己的地址和找零金額);
3. 在每張從錢包中取出的支票上加蓋對應的印鑑，確認支付權;
4. 將這些票據提交給比特幣系統，比特幣系統驗證支票的真偽和支付是否有效。
5. 若比特幣系統驗證透過，收款方將收到的支票放入錢包。使用者則將自己錢包中的已支付的支票丟棄(這些支票已經被比特幣系統視為無效了，無法繼續使用)，
即使是剛接觸比特幣的人，估計也能猜出“印鑑”指的是“私鑰”。但“一次性支票”是什麼?
比特幣系統中，這種“一次性支票”的術語是UTXO，全稱是Unspent Transaction Outputs(未花費的交易輸出)。區塊鏈是一個收錄所有歷史交易(Transaction)的總帳，每個區塊(block)中包含若干筆交易記錄。
每個交易記錄由兩部分構成：資金來源(可以有多個來源)和資金去向(可以有多個去向)，術語為Tx_in(交易輸入)和Tx_out(交易輸出)。也就是說，每筆交易TX包含有若干個Tx_in和若干個Tx_out。
除創世區塊中的交易(genesis block)外，每筆交易必須要有資金來源。資金來源有兩種，一種是挖礦獎勵(依照固定演算法實現的貨幣發行)，出現在每個block的第一筆交易中;另一種是先前的交易中未曾使用的某個Tx_out(交易輸出)，即UTXO。支出方要出示證據來證明自己對該Tx_out擁有所有權，而比特幣系統則要驗證該Tx_out是否真的未被花費(是否是UTXO)以及支出方是否有權將其花費。
資金去向(TX_out)包含兩個部分，一是傳遞的金額，二是支配權(誰可以動用)。取款權透過比特幣的指令碼系統來實現。若收款方地址是以1開頭的普通地址，則指令碼中會包含地址所對應公鑰的hash值(hash260)，動用款項時一般需要用對應的私鑰進行簽名;若收款方地址是以3開頭的多重簽名地址，則指令碼中會包含某個特定指令碼的hash值(hash260)，動用款項時，一般需要依照特定的指令碼，用多個私鑰來簽名。
使用者錢包中的比特幣實際上是使用者擁有支配權的、且尚未花費的Tx_out中記錄的金額總和，即使用者可支配的所有UTXO金額之和。
完整的錢包中應存有若干個UTXO和支配每個UTXO時所對應的私鑰。當然，有時從安全形度出發，可能會把錢包劃分為兩個部分，線上錢包中只有UTXO，而離線錢包只存私鑰。
但是，使用者怎麼才能把自己的所有UTXO都放到錢包中呢?
使用者如何收錄自己的UTXO
(一)去中心化方式：
實現方法：
1. 在本地建立一個用於儲存UTXO的資料庫;
2. 設定區塊掃描起始點(區塊鏈上的掃描起始高度)，從該點開始，依次下載該點之後所有區塊(block)的完整資料。
3. 解析每個block的所有TX資料，依次讀取每個Tx_in的prev_Tx_out([tx hash] + [tx_out的序號])，檢索UTXO資料庫中是否存在這個Tx_out，如果有，則從UTXO資料庫中刪除(或標記刪除)。
4. 依次解析每個Tx_out的指令碼，若與使用者相關，則將[tx hash] + [Tx_out的序號]以及整個tx_out的內容記錄到UTXO資料庫;
備註：如果錢包中只有新建立的私鑰，可以從最新的區塊開始掃描(由於私鑰發生碰撞的可能性可以視為0.在你告知他人比特幣地址之前，該私鑰對應的地址上不會有任何收入)
優點：不依賴於信任;資料準確。
缺點：速度慢，需要從比特幣網路下載大量資料，對網路造成的壓力大。
(二)中心化方式：
1. 某個中心化機構(或個人)執行完整的比特幣節點，建立一個收錄所有UTXO的資料庫。
2. 使用者用中心化機構提供的api來請求與自己有關的UTXO資料。
優點：速度快，不拖累比特幣網路;
缺點：依賴於信任;資料不一定準確(有可能中心化伺服器出現故障，或是與中心伺服器的會話被劫持，資料遭篡改)
四、瘦客戶端、SPV輕錢包和SPV節點是什麼?
瘦客戶端：參考了SPV的機制，在監聽收款地址時，客戶端在本地只需儲存與使用者可支配交易相關的資料。因為本地沒有完整的區塊鏈，缺少傳送方的相關資料，客戶端無法親自驗證交易是否合法，只能判斷交易是否是被收錄，並且得到了幾個確認。這與SPV有很多相似之處，因而很多場合下這種瘦客戶端也常被成為是“SPV客戶端”，不過，與SPV的區別是，在去中心化方式下，這些客戶端仍需下載每個新區塊的全部資料並進行解析，只是無需在本地儲存全部資料而已。
“輕錢包”是用瘦客戶端模式實現的錢包，因為不儲存完整區塊鏈，就涉及到如何獲取UTXO的問題。不同的開發者可能有各自的實現方法，但從效率上考慮，往往多用中心化的方式來實現。
SPV節點：支援使用布隆過濾器(Bloom filter)在快速檢索並返回相關資料的節點。
SPV在實現上涉及到一個問題，如何才能透過交易特徵值(比如tx_hash)來定位到該支付交易所在的區塊?用中心化方式來實現很好解決，但用去中心化就不那麼簡單了，因為以往的比特幣系統協議中缺少對SPV的支援。去中心方式下獲取資料必須做到以下兩點：1. 客戶端和節點間採用公認的協議通訊;2. 資料真實性的自驗證——客戶端無需信任節點是否是誠實節點，返回的資料本身可以證明 該資料的真實性。
原有協議中，可以透過getheaders命令來獲取block headers，可以透過getdata命令支援獲取指定的block, 但不支援透過tx_hash反向查詢所在的block。為了定位block，客戶端往往不得不下載整個區塊鏈。
新的比特幣協議中增加了Bloom filter的功能，Bloom filter解決了客戶端檢索的問題，原理是Bloom filter可以快速判斷出某檢索值一定不存在於某個指定的集合，從而可以過濾掉大量無關資料，減少客戶端不必要的下載量。這樣的節點可以為去中心化方式SPV查詢提供必要的支援。
前文提到，SPV的用途是驗證某個支付是否確實存在，並得到多少個確認。而錢包的用途則是用於管理自己的資產以及進行支付。簡言之，SPV的應用場合往往是為發貨做準備(知道錢到帳了)，“輕錢包”的應用場合往往是數錢或花錢。雖然“輕錢包”中部分借鑑了SPV的機制，但和SPV是完全不用的應用方向，直接把這兩個詞連起略顯牽強。這種錢包要麼採用中心化的方式——提高了效率，但引入了信任的風險;要麼採用去中心化方式——無需信任，但效率低，且增加網路的負擔。
SPV節點的出現使以去中心化方式來實現高效、低負荷的“輕錢包”成為了可能。筆者認為將基於SPV節點來實現的”輕錢包”簡稱為“SPV輕錢包”可能會更為合適些。
