Bitcoin công nghệ đổi mới mốc: Độ sâu giải thích giải pháp đồng thuận Taproot

Lời mở đầu

Gần đây, một nhóm phát triển Bitcoin Layer2 có tên là BEVM đã phát hành tài liệu kỹ thuật "Taproot Consensus: Một giải pháp BTC Layer2 phi tập trung". Tài liệu này giải thích chi tiết cơ chế thực hiện của Taproot Consensus, cũng như cách kết hợp chữ ký Schnorr, MAST và các công nghệ nút SPV Bitcoin để xây dựng một giải pháp BTC Layer2 hoàn toàn phi tập trung.

Giải pháp đồng thuận Taproot có thể được coi là tác phẩm tổng hợp của công nghệ mở rộng bản địa Bitcoin. Nó khéo léo kết hợp nhiều công nghệ cốt lõi của Bitcoin mà không cần sửa đổi bất kỳ mã nào của Bitcoin, thể hiện tư duy sáng tạo và thiết kế tinh xảo.

Trước khi đi sâu vào thảo luận về tài liệu hướng dẫn này, chúng ta cần xem xét quá trình tiến hóa công nghệ của Bitcoin để hiểu rõ hơn về cách mà Taproot Consensus đã ra đời trong bối cảnh phát triển của Bitcoin.

Một, Tổng quan phát triển công nghệ Bitcoin

Vào ngày 31 tháng 10 năm 2008, Satoshi Nakamoto đã công bố một bài báo mang tính cách mạng có tiêu đề "Bitcoin: Một hệ thống tiền điện tử ngang hàng", lần đầu tiên trình bày đầy đủ về giải pháp kỹ thuật cho Bitcoin. Bài báo đề cập đến công nghệ SPV (xác minh thanh toán đơn giản), một giải pháp nhẹ nhàng cho phép xác minh giao dịch mà không cần chạy nút đầy đủ.

Vào ngày 3 tháng 1 năm 2009, Satoshi Nakamoto đã khai thác khối Genesis trên một máy chủ ở Helsinki, đánh dấu sự khởi đầu chính thức của mạng Bitcoin. Đáng chú ý là, Bitcoin ban đầu sử dụng thuật toán chữ ký số Elliptic Curve (ECDSA), thay vì chữ ký Schnorr phù hợp hơn. Điều này là do công nghệ chữ ký Schnorr lúc đó chưa được mã nguồn mở và vẫn đang được bảo vệ bởi bằng sáng chế.

Chữ ký Schnorr không chỉ giữ lại tất cả các chức năng và đặc điểm bảo mật của ECDSA mà còn phá vỡ giới hạn của ECDSA trong việc ký đa chữ ký, có thể hỗ trợ hơn 1000 địa chỉ cùng quản lý Bitcoin mà không ảnh hưởng đến hiệu suất ký.

Vào năm 2018, sau nhiều năm kiểm chứng, các nhà phát triển cốt lõi của Bitcoin như Gregory Maxwell đã chính thức đề xuất đưa chữ ký Schnorr vào mạng lưới Bitcoin.

Ngày 14 tháng 11 năm 2021, Bitcoin đã hoàn thành nâng cấp Taproot, chính thức đưa vào chữ ký Schnorr, mở ra một kỷ nguyên mới của chữ ký đa chữ ký phi tập trung. Ngoài ra, nâng cấp Taproot còn giới thiệu công nghệ MAST (Cây cú pháp trừu tượng Merkel), mang lại cho Bitcoin những chức năng tương tự như hợp đồng thông minh.

Sự kết hợp giữa chữ ký Schnorr và MAST đã giúp Bitcoin có thể thực hiện mạng đa chữ ký phi tập trung thông qua mã chương trình thay vì thao tác thủ công, đặt nền tảng cho sự phát triển của các giải pháp lớp hai cho Bitcoin.

Giải pháp Đồng thuận Taproot được nhóm BEVM đề xuất chính là thành quả tổng hợp của 13 năm tích lũy công nghệ của Bitcoin.

Hai, Tóm tắt kế hoạch đồng thuận Taproot

Tài liệu vàng về công nghệ Taproot Consensus mở đầu chỉ ra rằng đặc tính không hoàn chỉnh Turing của mạng Bitcoin đã hạn chế khả năng thực hiện trực tiếp các giải pháp mở rộng Layer2 tương tự như Rollup của Ethereum. Lớp hợp đồng kịch bản của Bitcoin chỉ có thể thực hiện các giao dịch chuyển tiền đơn giản và không thể hỗ trợ các chức năng hợp đồng thông minh phức tạp. Do đó, việc xây dựng các giải pháp mở rộng Layer2 thuần túy từ lớp kịch bản của Bitcoin là không khả thi.

Mô tả này tóm tắt cao độ những hạn chế của mạng Bitcoin, chỉ ra rằng phương hướng mở rộng Bitcoin đúng không phải là làm việc trên một mạng lớp một, mà là tận dụng khả năng hiện có của Bitcoin để xây dựng một giải pháp mở rộng lớp hai hoàn toàn phi tập trung.

Taproot Consensus chính là việc kết hợp công nghệ Taproot của Bitcoin (bao gồm chữ ký Schnorr và MAST), nút nhẹ SPV của Bitcoin và cơ chế đồng thuận BFT PoS để xây dựng một mạng Layer2 phi tập trung và đồng bộ cao.

Ba, Giải thích chi tiết về kiến trúc đồng thuận Taproot

Taproot Consensus được cấu thành từ ba phần cốt lõi: Schnorr+MAST, Bitcoin SPV và Aura+Grandpa.

Schnorr+MAST sử dụng hai công nghệ được giới thiệu trong nâng cấp Taproot của Bitcoin, đạt được quản lý đa ký hiệu phi tập trung cho Bitcoin mà không cần chữ ký thủ công, mà được điều khiển qua mã Bitcoin.

Sự đồng thuận đạt được từ mạng lưới lớp hai để điều khiển những mã này. Cách mà mạng lưới lớp hai đạt được sự đồng thuận, cũng như cách mà những sự đồng thuận này đồng bộ trạng thái với lớp một của Bitcoin, phụ thuộc vào sự đồng thuận Bitcoin SPV+BFT POS (Aura+Grandpa) để thực hiện.

Bitcoin SPV là phương pháp xác thực thanh toán đơn giản được Satoshi Nakamoto đề xuất, không cần chạy nút đầy đủ vẫn có thể đồng bộ và xác thực giao dịch Bitcoin. Điều này cho phép Taproot Consensus có thể đồng bộ trạng thái BTC trong môi trường hoàn toàn phi tập trung mà không cần sự cho phép.

Aura+Grandpa là một giao thức đồng thuận PoS cao cấp chịu lỗi Byzantine tổng quát, đảm bảo sự nhất quán cao của các nút mạng.

Nguyên lý hoạt động của Taproot Consensus có thể được tóm tắt như sau: Trong hệ thống, mỗi xác thực viên nắm giữ khóa riêng BTC dùng cho chữ ký Schnorr. Thông qua giải pháp chữ ký đa Musig2 tạo ra khóa công khai tổng hợp Pagg, hình thành một cây MAST lớn. Các xác thực viên thực hiện chuyển BTC và khắc lên địa chỉ chữ ký ngưỡng được tạo ra từ cây MAST, thực hiện chức năng gửi dữ liệu từ mạng chính BTC sang mạng tầng hai. Đồng thời, mỗi xác thực viên như một nút nhẹ SPV Bitcoin, có thể đồng bộ trạng thái mạng BTC một cách an toàn và không cần giấy phép.

Nói ngắn gọn, Taproot Consensus sử dụng Schnorr+MAST để xây dựng quản lý chữ ký đa tầng BTC phi tập trung trên lớp một của Bitcoin, và lớp hai chạy mạng nút SPV Bitcoin, có thể đồng bộ hóa trạng thái dữ liệu của lớp một Bitcoin. Để đảm bảo an toàn và đáng tin cậy cho mạng lớp hai, mạng nút SPV Bitcoin được tích hợp với Aura+Grandpa, giúp mạng nút SPV đạt được mức độ an toàn về mặt đồng thuận BFT. Như vậy, việc quản lý tài sản của mạng lớp hai không phải do một số người ký đa tầng thực hiện, mà là dựa vào đồng thuận BFT để thúc đẩy, đạt được sự phi tập trung thực sự.

Bốn, Chi tiết kỹ thuật và điểm đổi mới

Taproot Consensus sách vàng còn giải thích chi tiết về chữ ký Schnorr, MAST, nút nhẹ SPV Bitcoin, Aura+Grandpa và các chi tiết kỹ thuật khác, cung cấp tài liệu học tập toàn diện và chi tiết cho những ai muốn tìm hiểu sâu về công nghệ mới nhất của Bitcoin.

Ngoài ra, sách vàng còn trình bày chi tiết quá trình thực hiện Musig2 và so sánh với dự án BTC Layer2 nổi tiếng Mezo.

Mezo dựa trên giao thức tBTC, sử dụng chữ ký đa số Bitcoin để xây dựng một mạng lưới chữ ký ngưỡng, so với mạng lưới phân tán truyền thống có tính nhất quán mạnh mẽ hơn. Tuy nhiên, tBTC vẫn là một mạng lưới chữ ký đa số cần 9 người ký. Để đạt được sự phụ thuộc vào sự đồng thuận mà không phụ thuộc vào con người, cần kết hợp mạng lưới chữ ký đa số với cơ chế đồng thuận BFT PoS.

Taproot Consensus đã áp dụng thiết kế tiên tiến hơn này. Bằng cách kết hợp chữ ký Schnorr, MAST, các nút nhẹ SPV Bitcoin cùng với cơ chế đồng thuận Byzantine Aura và Grandpa, một giải pháp mở rộng Layer2 phi tập trung có tính nhất quán cao và an toàn đã được xây dựng. Sự kết hợp này không chỉ nâng cao khả năng mở rộng và tính khả dụng của mạng Bitcoin mà còn đảm bảo an toàn và tính nhất quán của mạng lớp hai.

Tóm tắt

Bản trắng kỹ thuật này mô tả một cách toàn diện và hệ thống về kế hoạch thực hiện và chi tiết kỹ thuật của Taproot Consensus, trình bày một giải pháp lớp hai hoàn toàn dựa trên công nghệ gốc của Bitcoin.

Taproot Consensus không chỉ tôn trọng và kế thừa lộ trình kỹ thuật của Bitcoin, mà còn kết hợp những công nghệ do các bản nâng cấp Bitcoin mang lại để tạo ra sự đổi mới, có thể gọi là tác phẩm hoàn hảo của công nghệ mở rộng nguyên bản của Bitcoin.

Với sự phát triển liên tục của hệ sinh thái Bitcoin, các giải pháp lớp hai Bitcoin thực sự phi tập trung sẽ trở thành con đường tất yếu trong sự phát triển của hệ sinh thái Bitcoin, và các giải pháp như Taproot Consensus chắc chắn sẽ tỏa sáng.