إنجاز تكنولوجيا بيتكوين الأصلية: تحليل عميق لتقنية Taproot Consensus

في 20 مايو 2024، أصدرت فريق تطوير Layer2 لعملة البيتكوين رسميًا المستند التقني "Taproot Consensus: حل Layer2 لبيتكوين اللامركزي". يتناول المستند بالتفصيل كيفية تنفيذ Taproot Consensus، وكيفية استخدام تقنيات البيتكوين الأصلية مثل توقيعات شينور، وMAST، وSPV لبيتكوين لبناء حل Layer2 لبيتكوين بالكامل لامركزي.

بعد قراءة النص بالكامل، يمكن الشعور بأن الحل الذي قدمه هذا الفريق، وهو Taproot Consensus، هو تجسيد شامل لتقنية التوسع الأصلية لعملة البيتكوين. لم يتم إجراء أي تعديل على كود البيتكوين، بل تم دمج العديد من التقنيات الأساسية لعملة البيتكوين بذكاء، مما يجعل الفكرة بسيطة والبنية رائعة.

قبل تفسير الكتاب الأصفر رسميًا، من الضروري مراجعة تاريخ تطور تقنية بيتكوين لفهم كيف نشأ توافق Taproot من مسار تطور بيتكوين.

أ. تاريخ تطور تقنية البيتكوين

في 31 أكتوبر 2008 ، نشر ساتوشي ناكاموتو ورقة بعنوان "بيتكوين: نظام نقدي إلكتروني من نظير إلى نظير" ، حيث قدم رسميًا الحل التقني الكامل لبيتكوين. تشير الفصل الثامن من الورقة إلى الحل SPV (Simple Payment Verification) ، وهو التحقق من الدفع البسيط ، وهي تقنية تتيح التحقق من الدفع دون الحاجة إلى تشغيل عقدة كاملة لبيتكوين ، بل يتطلب فقط حفظ رؤوس الكتل.

في 3 يناير 2009، قام ساتوشي ناكاموتو بتعدين الكتلة الأولى على خادم صغير في هلسنكي، مما يمثل ولادة البيتكوين رسميًا. من الجدير بالذكر أن الشفرة الرسمية للبيتكوين تستخدم تقنية توقيع المنحنيات البيانية (ECDSA) بدلاً من تقنية توقيع شينور الأكثر ملاءمة للبيتكوين. وذلك لأن توقيع شينور لم يكن مفتوح المصدر في ذلك الوقت وكان لا يزال تحت حماية براءة الاختراع.

تحتفظ توقيعات شينور بجميع وظائف وتوقعات الأمان لتوقيعات المنحنيات البيانية، بينما تتجاوز قيود بيتكوين التي يمكن أن تحقق فقط 15 توقيع متعدد، مما يجعل من الممكن إدارة أكثر من 1000 عنوان لبيتكوين دون التأثير على سرعة التوقيع.

في عام 2018، وبعد سنوات من التحقق، اقترح مطورو بيتكوين الأساسيون رسميًا BIP، والذي يوصي بإدخال توقيعات شينور إلى شبكة بيتكوين.

في 14 نوفمبر 2021، أكملت بيتكوين ترقية Taproot، وتم تضمين توقيع شنوور رسميًا في شبكة بيتكوين، ودخلت بيتكوين عصر التوقيع المتعدد اللامركزي الجديد.

بالإضافة إلى توقيع شينور، فإن ترقية Taproot قد أدخلت MAST (أشجار البنية المجردة الميركلية) ، وهي تقنية تمنح بيتكوين وظائف مشابهة للعقود الذكية، من خلال تنظيم منطق العقود الذي يتضمن عدة فروع شرطية في شكل شجرة ميركل، مما يمكّن كود بيتكوين من تنفيذ وظائف مشابهة للعقود الذكية (لكن يقتصر ذلك على التحقق من مدفوعات بيتكوين، على عكس العقود الذكية المعقدة في إيثريوم).

يمكن لتوقيع شينور توسيع عنوان توقيع متعدد لبيتكوين إلى أكثر من 1000، بينما يمكن لـ MAST تشغيل عنوان توقيع شينور عبر برنامج بيتكوين لإجراء توقيع متعدد. لذلك، يمكن أن يحقق الجمع بين توقيع شينور + MAST شبكة توقيع متعدد لبيتكوين لامركزية مدفوعة بأوامر شفرة بيتكوين بدلاً من التوقيع اليدوي.

هذا يعني أن بيتكوين يمكن أن تتجاوز قيود الطبقة الأولى بطريقة غير موثوقة، وتحقق سيناريوهات أعمال أكثر تعقيدًا وثراءً في الطبقة الثانية.

وهذا الحل المقترح من فريق Taproot Consensus هو تجسيد لتطورات تقنية البيتكوين من عام 2008 إلى 2021 على مدى 13 عامًا.

٢. نظرة عامة على حل توافق Taproot

تشير مقدمة ورقة بيضاء تقنية Taproot Consensus إلى: "إن الطبيعة غير القابلة للتوجيه لشبكة بيتكوين تحد من قدرتها على تنفيذ حلول التوسع Layer2 المماثلة لـ Rollup في إيثريوم. يمكن لطبقة عقود الشبكة الخاصة ببيتكوين إجراء عمليات تحويل بسيطة فقط، ولا يمكنها دعم ميزات العقود الذكية الأكثر تعقيدًا. لذلك، فإن بناء حلول التوسع Layer2 فقط من منظور طبقة سكربت بيتكوين غير ممكن"

تصف هذه الفقرة بإيجاز عيوب شبكة بيتكوين من حيث عدم الكمال التوريني، وخصائص أن عقود سكربت بيتكوين يمكنها فقط تنفيذ عمليات تحويل بيتكوين. لذلك، فإن الاتجاه الصحيح لتوسيع بيتكوين ليس في إجراء تغييرات على شبكة بيتكوين من الطبقة الأولى، بل يجب استخدام القدرات الحالية لبيتكوين لبناء حل توسيع من الطبقة الثانية لبيتكوين بشكل كامل ولامركزي.

Taproot Consensus هو دمج تقنية Taproot الخاصة بـ بيتكوين (توقيعات Schnorr و MAST) ، ونقاط SPV الخفيفة لـ بيتكوين ، وآلية توافق BFT PoS ، لبناء شبكة Layer2 لامركزية ومتسقة للغاية.

ثلاثة، شرح هيكل توافق Taproot

يتكون إجماع Taproot من ثلاثة أجزاء هي Schnorr+Mast، و Bitcoin SPV، و Aura+Grandpa.

تجمع Schnorr+Mast بين هاتين التقنيتين الأصليتين اللتين جلبتهما ترقية Taproot في بيتكوين، مما يمكن من إدارة التوقيع المتعدد اللامركزي لبيتكوين دون الحاجة إلى توقيع يدوي، بل باستخدام كود بيتكوين لتحفيز العملية.

تُدفع هذه الرموز بواسطة توافق يتم تحقيقه من خلال الشبكات من الطبقة الثانية. كيف تحقق الشبكات من الطبقة الثانية توافقًا، وكيف تتزامن هذه التوافقات مع حالة البيتكوين من الطبقة الأولى، هذا هو دور توافق Bitcoin SPV+BFT POS (Aura+Grandpa).

بيتكوين SPV هو طريقة للتحقق من المدفوعات البسيطة التي اقترحها ساتوشي ناكاموتو، ولا تحتاج إلى تشغيل عقدة كاملة لتزامن والتحقق من معاملات بيتكوين. هذه الخاصية تجعل من الممكن لـ Taproot Consensus التزامن مع حالة BTC في بيئة لامركزية تمامًا، دون الحاجة إلى أي إذن.

Aura+Grandpa هو بروتوكول إجماع متقدم PoS عام يحقق تحمل الأخطاء البيزنطية، من خلال بروتوكول موزع يضمن التوافق العالي بين عقد الشبكة (تستخدم معظم سلاسل الكتل المبنية على إطار Substrate Aura+Grandpa).

ملخص مبدأ تشغيل Taproot Consensus في ثلاثة أجزاء:

في النظام، يحمل كل موثق مفتاح خاص بـ BTC يستخدم لتوقيع Schnorr. تتيح خصائص توقيع Schnorr تحقيق تجميع توقيعات بكفاءة، مما يعزز أمان النظام وكفاءته. تم تشكيل مفتاح عام مجمع Pagg الناتج عن مخطط التوقيع المتعدد Musig2، مما شكل شجرة MAST (شجرة ميركل المجردة) كبيرة.

بعد生成 القيمة الهاش لجذر شجرة MAST، يقوم المُصادقون بإجراء تحويل BTC وعمليات النقش إلى عنوان التوقيع الحدّي الذي تم إنشاؤه بواسطة شجرة MAST، مما يحقق وظيفة إرسال البيانات من شبكة BTC الرئيسية إلى الشبكة من الطبقة الثانية. في الوقت نفسه، يعمل كل مُصادق كنقطة خفيفة لبيتكوين SPV (التحقق المبسط للمدفوعات)، مما يتيح له مزامنة حالة شبكة BTC بأمان ودون إذن.

باختصار:

تستخدم Taproot Consensus على الطبقة الأولى من بيتكوين بناءً على Schnorr+Mast لإنشاء إدارة متعددة التوقيعات لعملة BTC اللامركزية، وتشغيل شبكة عقد SPV لبيتكوين على الطبقة الثانية. كمثال على شبكة الطبقة الثانية، فإنها تعمل بالكامل على عقد SPV لبيتكوين، حيث يمكن لهذه العقد مزامنة حالة بيانات الطبقة الأولى من بيتكوين، مما يحقق مزامنة المعلومات بين شبكة الطبقة الثانية وبيتكوين على الطبقة الأولى. لضمان أمان وثقة شبكة الطبقة الثانية، يدمج هذا الحل شبكة عقد SPV لبيتكوين وAura+Grandpa في كيان واحد، مما يعني أن شبكة عقد SPV لبيتكوين تتمتع بمستوى الأمان على مستوى توافق BFT. هذا يعني أن إدارة أصول شبكة الطبقة الثانية ليست بيد بعض الأشخاص ذوي التوقيعات المتعددة، بل تعتمد على توافق BFT للدفع، مما يحقق اللامركزية الحقيقية.

أربعة، التفاصيل التقنية الأخرى للكتاب الأصفر

بالإضافة إلى إطار العمل الفني المذكور أعلاه، يشرح الكتاب الأصفر Taproot Consensus بالتفصيل تفاصيل تنفيذ تقنيات مثل توقيع شينور، MAST، نقاط خفيفة من بيتكوين PSV، Aura+Grandpa وغيرها. بالنسبة لأولئك الذين يرغبون في تعلم وفهم أحدث تقنيات بيتكوين، يعد هذا الكتاب الأصفر مادة دراسة شاملة ومفصلة.

ليس ذلك فحسب، بل يوضح الكتاب الأصفر أيضًا عملية تنفيذ Musig2 بالتفصيل، بالإضافة إلى الاختلافات بينها وبين مشاريع BTC Layer2 المعروفة الأخرى.

بعض المشاريع تعتمد على الهيكل التكنولوجي الأساسي لبروتوكول tBTC. يستخدم tBTC توقيع متعدد لبيتكوين لبناء شبكة توقيع حدية، وهذه البنية تتمتع باتساق أقوى بالمقارنة مع الشبكات الموزعة التقليدية.

ومع ذلك، لا يزال tBTC شبكة متعددة التوقيع تتطلب 9 توقيعات. لتحقيق الاعتماد على التوافق بدلاً من الاعتماد على الأشخاص، يجب دمج شبكة التوقيع المتعدد مع آلية توافق BFT PoS (إثبات الحصة المقاوم للاختراق البيزنطي). هذه هي الفروق بين الشبكة الموزعة و blockchain، حيث تركز الشبكة الموزعة على التوزيع، لكنها تفتقر إلى توافق مقاوم للاختراق البيزنطي، بينما تعتبر blockchain أيضًا شبكة موزعة، ولكنها تعتمد على توافق مقاوم للاختراق البيزنطي، وبالتالي هي شبكة لامركزية حقيقية.

تتخذ خطة إجماع Taproot تصميمًا أكثر تقدمًا. من خلال دمج توقيعات Schnorr و MAST و بيتكوين SPV عقد خفيفة و آلية إجماع بيزنطية Aura و Grandpa، تم بناء خطة توسيع لطبقة 2 لامركزية تتمتع بتناسق وأمان عالٍ. لا يعزز هذا الدمج فقط قابلية توسيع واستخدام شبكة بيتكوين، بل يضمن أيضًا أمان وتناسق الشبكة من الطبقة الثانية.

ملخص

تصف هذه الوثيقة التقنية بشكل منهجي وشامل خطة التنفيذ والتفاصيل الفنية لـ Taproot Consensus، وتعرض حلاً من الطبقة الثانية للبيتكوين مبني بالكامل على التكنولوجيا الأصلية للبيتكوين.

توافق Taproot لا يحترم فقط ويورث الاتجاه التكنولوجي الأصلي لبيتكوين، بل يجمع أيضًا الابتكارات التكنولوجية الناتجة عن ترقيات بيتكوين السابقة، مما يجعله العمل الشامل الحقيقي لتقنية التوسع الأصلية لبيتكوين.

مع التطور المستمر لنظام بيتكوين البيئي، سيبدأ الناس تدريجياً في الوعي بأن الحلول من الطبقة الثانية اللامركزية الحقيقية لبيتكوين هي الطريق الضروري لتطور النظام البيئي لبيتكوين، وأن حل Taproot Consensus سيبرز حقاً.