Біткойн технічних інновацій віхи: Глибина розгляду Taproot Consensus рішення

Вступ

Нещодавно команда розробників Layer2 Біткойн, що називається BEVM, опублікувала технічний жовтий документ "Taproot Consensus: децентралізоване рішення BTC Layer2". Цей документ детально викладає механізм реалізації Taproot Consensus, а також те, як поєднати техніки, такі як підписи Шнорра, MAST та SPV-узли Біткойн, для створення повністю децентралізованого рішення BTC Layer2.

Рішення Taproot Consensus можна вважати кульмінацією рідної технології розширення Біткойна. Воно майстерно поєднує кілька ключових технологій Біткойна, не вносячи жодних змін у код Біткойна, демонструючи інноваційне мислення та витончений дизайн.

Перед тим, як поглиблено розглянути цей жовтий документ, нам необхідно ознайомитися з технічним еволюційним шляхом Біткойну, щоб краще зрозуміти, як Taproot Consensus виник у контексті розвитку Біткойну.

Один. Огляд розвитку технології Біткойн

31 жовтня 2008 року Сатоші Накамото опублікував новаторську статтю "Біткойн: електронна грошова система рівноправних учасників", в якій вперше повністю викладено технічну реалізацію Біткойн. У статті згадувалася технологія SPV (просте підтвердження платежу), яка є легким рішенням для підтвердження транзакцій без необхідності запуску повного вузла.

3 січня 2009 року Сатоші Накамото видобув генезис-блок на сервері, розташованому в Гельсінкі, що ознаменувало офіційний запуск мережі Біткойн. Варто зазначити, що Біткойн спочатку використовував алгоритм цифрового підпису з еліптичними кривими (ECDSA), а не більш підходящий підпис Шнорра. Це сталося тому, що на той час технологія підпису Шнорра ще не була відкритою і залишалася під патентним захистом.

Підпис Шнорра не лише зберігає всі функції та характеристики безпеки ECDSA, але й долає обмеження ECDSA у багатопідписах, здатний підтримувати спільне управління Біткойн з понад 1000 адрес, не впливаючи на ефективність підпису.

У 2018 році, після багатьох років перевірки, основні розробники Біткойн, такі як Грегорі Максвелл, офіційно запропонували впровадження підписів Снорра в мережу Біткойн.

14 листопада 2021 року Біткойн завершив оновлення Taproot, офіційно впровадивши підпис Шнорра, що відкриває нову еру децентралізованих мультипідписів. Крім того, оновлення Taproot також впровадило технологію MAST (мерклеве абстрактне синтаксичне дерево), що надає Біткойну функції, схожі на смарт-контракти.

Комбінація підпису Schnorr і MAST дозволяє Біткойн реалізувати децентралізовану багатопідписну мережу через програмний код, а не ручні дії, закладаючи основу для розвитку другого рівня рішень Біткойн.

Пропозиція команди BEVM щодо консенсусу Taproot є підсумком 13-річного накопичення технологій Біткойна.

Два, огляд рішення Taproot Consensus

У вступі до жовтої книги технології Taproot Consensus зазначається, що нетюрінгова природа мережі Біткойн обмежує її можливості в реалізації рішень Layer2, подібних до Ethereum Rollup. Рівень скриптових контрактів Біткойн може виконувати лише прості операції переказу, не підтримуючи складні функції смарт-контрактів. Отже, побудова рішень Layer2, базуючись лише на рівні скриптів Біткойн, є неможливою.

Цей опис висвітлює обмеження мережі Біткойн, вказуючи, що правильний напрямок розширення Біткойн полягає не в маніпуляціях на першому рівні мережі, а в використанні існуючих можливостей Біткойн для створення повністю децентралізованого рішення для розширення другого рівня.

Taproot Consensus є поєднанням технології Taproot Біткойна (включаючи Schnorr-підписи та MAST), легких вузлів SPV Біткойна та механізму консенсусу BFT PoS, що створює децентралізовану та високоузгоджену мережу Layer2.

Три, детальний опис архітектури консенсусу Taproot

Taproot Consensus складається з трьох основних частин: Schnorr+MAST, Bitcoin SPV та Aura+Grandpa.

Schnorr+MAST використовують дві технології, введені оновленням Taproot для Біткойна, для реалізації децентралізованого управління мультипідписами Біткойна, без необхідності в ручному підписанні, а замість цього керується кодом Біткойна.

Консенсус, досягнутий у другому рівні мережі, використовується для керування цими кодами. А як другий рівень мережі досягає консенсусу, і як цей консенсус синхронізується зі статусом першого рівня Біткойн, залежить від реалізації консенсусу Bitcoin SPV+BFT POS (Aura+Grandpa).

Біткойн SPV - це спосіб простого підтвердження платежів, запропонований Сатоші Накамото, який дозволяє синхронізувати та перевіряти біткойн-транзакції без необхідності запуску повного вузла. Це дозволяє Taproot Consensus синхронізувати стан BTC у повністю децентралізованому середовищі без дозволу.

Aura+Grandpa є універсальним протоколом консенсусу PoS з високим ступенем стійкості до байєзантинських помилок, який забезпечує високу узгодженість мережевих вузлів.

Принцип роботи Taproot Consensus можна узагальнити так: у системі кожен валідатор має BTC приватний ключ, що використовується для підпису Schnorr. Через схему мультипідпису Musig2 генерується агрегований публічний ключ Pagg, що формує велику MAST-дерево. Валідатори здійснюють BTC перекази та операції гравіювання на адреси порогового підпису, створені MAST-деревом, реалізуючи функцію подання даних з основної мережі BTC у мережу другого рівня. Одночасно кожен валідатор, як легкий вузол Bitcoin SPV, може безпечно та без дозволу синхронізувати стан мережі BTC.

Коротко кажучи, консенсус Taproot використовує Schnorr+MAST для побудови децентралізованого управління BTC мультипідписами на першому рівні Біткойна, а на другому рівні працює мережа вузлів SPV Біткойна, яка може синхронізувати стан даних першого рівня Біткойна. Щоб забезпечити безпеку і надійність другої рівневій мережі, мережу вузлів SPV Біткойна об'єднали з Aura+Grandpa, що забезпечує мережі вузлів SPV рівень безпеки на рівні BFT консенсусу. Таким чином, управління активами другої рівні не здійснюється певними мультипідписниками, а базується на BFT консенсусі, що реалізує справжню децентралізацію.

Чотири, технічні деталі та інновації

Брошура Taproot Consensus також детально пояснює реалізацію таких технологій, як підписи Шнорра, MAST, SPV-легкі вузли Біткойна, Aura+Grandpa тощо, надаючи всебічні та докладні навчальні матеріали для тих, хто хоче глибше зрозуміти останні технології Біткойна.

Крім того, жовта книга детально описує процес реалізації Musig2 та порівнює його з відомим проектом BTC Layer2 Mezo.

Mezo заснований на протоколі tBTC, використовує багатопідписний механізм Біткойна для побудови мережі порогового підпису, яка має вищу консистентність у порівнянні з традиційними розподіленими мережами. Проте tBTC все ще є мережею багатопідпису, що потребує підпису 9 осіб. Для досягнення справжньої незалежності від людей і залежності від консенсусу, необхідно поєднати мережу багатопідпису з механізмом консенсусу BFT PoS.

Консенсус Taproot використовує цей більш просунутий дизайн. Поєднуючи підписи Schnorr, MAST, SPV-легкі вузли Біткойн, а також механізми консенсусу Aura та Grandpa з байєсівською стійкістю, було створено висококонсистентне та безпечне децентралізоване розширення Layer2. Це злиття не лише підвищує масштабованість та доступність мережі Біткойн, але й забезпечує безпеку та консистентність другого рівня.

Підсумок

Цей технічний жовтий документ повністю системно описує реалізацію Taproot Consensus та технічні деталі, демонструючи повністю побудоване на рідній технології Біткойн друге рівне рішення.

Taproot Consensus не лише поважає та успадковує технічний шлях Біткойн, але й поєднує інноваційні комбінації технологій, що виникли внаслідок усіх оновлень Біткойн, і справедливо вважається втіленням рідної технології розширення Біткойн.

З розвитком екосистеми Біткойн справжні децентралізовані рішення другого рівня Біткойн стануть невід'ємною частиною розвитку екосистеми Біткойн, а рішення на зразок Taproot Consensus неодмінно набудуть великого значення.