Биткойн технические инновации: Глубина анализа Taproot Consensus方案

Введение

Недавно команда разработчиков Bitcoin Layer2 под названием BEVM выпустила технический желтый документ «Taproot Consensus: децентрализованное решение BTC Layer2». Этот документ подробно описывает механизм реализации Taproot Consensus, а также то, как объединить технологии Schnorr-подписей, MAST и узлов SPV Bitcoin для создания полностью децентрализованного решения BTC Layer2.

方案 Taproot Consensus является кульминацией оригинальной технологии масштабирования Биткойн. Он巧妙но объединяет несколько ключевых технологий Биткойн, не внося изменений в код Биткойн, демонстрируя инновационное мышление и тонкий дизайн.

Перед тем как углубиться в обсуждение этой желтой книги, нам необходимо вспомнить о технологической эволюции Биткойна, чтобы лучше понять, как Taproot Consensus возник в контексте развития Биткойна.

Один. Обзор технологического развития Биткойн

31 октября 2008 года Сатоши Накамото опубликовал прорывную статью «Биткойн: электронная денежная система с одноранговыми платежами», в которой впервые полностью изложил техническое решение для Биткойн. В статье упоминается технология SPV (простая проверка платежей), которая является легковесным решением для проверки транзакций без необходимости запуска полного узла.

3 января 2009 года Сатоши Накамото выкопал генезис-блок на сервере в Хельсинки, что ознаменовало официальный запуск сети Биткойн. Стоит отметить, что изначально Биткойн использовал алгоритм цифровой подписи с эллиптической кривой (ECDSA), а не более подходящую подпись Шнорра. Это произошло потому, что на тот момент технология подписи Шнорра еще не была открыта и все еще находилась под патентной защитой.

Подпись Шнорра не только сохраняет все функции и характеристики безопасности ECDSA, но и преодолевает ограничения ECDSA в области мультиподписей, позволяя поддерживать совместное управление Биткойн более чем 1000 адресами, не влияя на эффективность подписания.

В 2018 году, после многолетней проверки, разработчики ядра Биткойн, такие как Грегори Максвелл, официально предложили внедрить подписи Шнорра в сеть Биткойн.

14 ноября 2021 года Биткойн завершил обновление Taproot, официально введя сигнатуры Шнорра, что открыло новую эпоху децентрализованных мультиподписей. Кроме того, обновление Taproot также внедрило технологию MAST (мерклеизованное абстрактное синтаксическое дерево), что привнесло в Биткойн функции, аналогичные смарт-контрактам.

Сочетание подписей Шнорра и MAST позволяет Биткойну создавать децентрализованную многоподписную сеть с помощью программного кода, а не ручной работы, что положило начало развитию решений второго уровня для Биткойна.

Предложенная командой BEVM схема консенсуса Taproot является кульминацией 13-летнего накопления технологий Биткойна.

Два. Обзор решения консенсуса Taproot

Введение в технический документ по Taproot Consensus указывает на то, что нетьютерная природа сети Биткойн ограничивает её возможность прямого осуществления решений для расширения Layer2, подобных Rollup в Эфириуме. Уровень скриптовых контрактов Биткойн может выполнять только простые операции перевода и не поддерживает сложные функции смарт-контрактов. Таким образом, простое создание решений для расширения Layer2 на уровне скриптов Биткойн невозможно.

Это описание высоко обобщает ограничения сети Биткойн, указывая на то, что правильное направление расширения Биткойн заключается не в доработке первого уровня сети, а в использовании существующих возможностей Биткойн для создания полностью децентрализованного решения второго уровня.

Taproot Consensus именно объединяет технологию Taproot Биткойна (включая сигнатуры Шнорра и MAST), легкие узлы SPV Биткойна и механизм консенсуса BFT PoS, создавая децентрализованную и высоко согласованную сеть Layer2.

Три. Подробное объяснение архитектуры консенсуса Taproot

Консенсус Taproot состоит из трех основных частей: Schnorr+MAST, Bitcoin SPV и Aura+Grandpa.

Schnorr+MAST использует две технологии, введенные обновлением Taproot Биткойна, чтобы реализовать децентрализованное управление многими подписями Биткойна без необходимости в ручной подписи, а с помощью кода Биткойна.

Консенсус, достигнутый во втором уровне сети, используется для управления этим кодом. Как второй уровень сети достигает консенсуса и как этот консенсус синхронизируется с состоянием первого уровня Биткойн, зависит от консенсуса Bitcoin SPV+BFT POS (Aura+Grandpa).

Bitcoin SPV — это способ простой проверки платежей, предложенный Сатоши Накамото, который позволяет синхронизировать и проверять транзакции Биткойна без необходимости запуска полного узла. Это позволяет Taproot Consensus синхронизировать состояние BTC в полностью децентрализованной среде без необходимости получения разрешения.

Aura+Grandpa является универсальным протоколом консенсуса PoS с высоким уровнем устойчивости к ошибкам, обеспечивающим высокую согласованность узлов сети.

Принципы работы Taproot Consensus можно обобщить следующим образом: в системе каждый валидатор обладает BTC-приватным ключом для подписи Schnorr. С помощью схемы многофирменной подписи Musig2 создается агрегированный публичный ключ Pagg, формирующий крупное дерево MAST. Валидаторы осуществляют перевод BTC и операции по чеканке, направляя средства на адреса с пороговыми подписями, сгенерированными деревом MAST, тем самым реализуя функцию передачи данных из основной сети BTC во вторичную сеть. В то же время каждый валидатор функционирует как легкий узел Bitcoin SPV, который может безопасно и без разрешений синхронизировать состояние сети BTC.

В кратце, Taproot Consensus использует Schnorr+MAST для построения децентрализованного управления многоподписными BTC на первом уровне Биткойн, а на втором уровне работает сеть узлов SPV Биткойн, которая может синхронизировать состояние данных первого уровня Биткойн. Для обеспечения безопасности и надежности второго уровня сети, сеть узлов SPV Биткойн объединяется с Aura+Grandpa, что позволяет достичь уровня безопасности на уровне BFT для сети узлов SPV. Таким образом, управление активами второго уровня осуществляется не некоторыми многоподписчиками, а осуществляется за счет BFT консенсуса, что позволяет достичь истинной децентрализации.

Четыре, технические детали и инновации

Белая книга Taproot Consensus также подробно объясняет детали реализации таких технологий, как подписи Шнорра, MAST, легкие узлы SPV Биткойна, Aura+Grandpa и другие, предоставляя всесторонние и подробные учебные материалы для тех, кто хочет углубленно изучить последние технологии Биткойна.

Кроме того, в желтой книге подробно описан процесс реализации Musig2 и проведено сравнение с известным проектом BTC Layer2 Mezo.

Mezo основан на протоколе tBTC и использует многофакторную подпись Биткойн для создания сети подписи с ограничениями, которая имеет более высокую согласованность по сравнению с традиционными распределенными сетями. Однако tBTC все еще является сетью многофакторных подписей, требующей подписей от 9 человек. Для достижения истинной независимости от людей и опоры на консенсус необходимо объединить сеть многофакторной подписи с механизмом консенсуса BFT PoS.

Консенсус Taproot использует этот более продвинутый подход. Объединив подписи Schnorr, MAST, легкие узлы SPV Биткойна, а также механизмы согласования Aura и Grandpa с терпимостью к ошибкам, был создан высоко согласованный и безопасный децентрализованный план расширения Layer2. Эта интеграция не только улучшает масштабируемость и удобство сети Биткойн, но и обеспечивает безопасность и согласованность второго уровня сети.

Итог

Этот технический желтый отчет всесторонне и систематически описывает реализацию Taproot Consensus и технические детали, демонстрируя полностью основанное на оригинальной технологии Биткойн решение второго уровня.

Taproot Consensus не только уважает и наследует технологическую линию Биткойн, но и сочетает инновационные комбинации технологий, приведенных к Биткойн в результате его обновлений, что делает его настоящим шедевром нативной технологии расширения Биткойн.

С развитием экосистемы Биткойн, действительно децентрализованные решения второго уровня для Биткойн станут необходимым этапом развития экосистемы Биткойн, и решения вроде Taproot Consensus обязательно будут в центре внимания.

! Коллекция технологий масштабирования Bitcoin Native Scale: всесторонняя интерпретация Желтой книги технологии BEVM