Teknologi Asli Bitcoin yang Terintegrasi: Analisis Mendalam tentang Solusi Teknologi Konsensus Taproot

Pada tanggal 20 Mei 2024, sebuah tim pengembang Layer2 Bitcoin secara resmi merilis buku kuning teknologi berjudul "Taproot Consensus: Solusi BTC Layer2 yang Terdesentralisasi". Dokumen tersebut secara rinci menjelaskan cara pelaksanaan Taproot Consensus, serta bagaimana memanfaatkan tanda tangan Schnorr, MAST, node SPV Bitcoin, dan teknologi asli Bitcoin lainnya untuk membangun solusi BTC Layer2 yang sepenuhnya terdesentralisasi.

Setelah membaca keseluruhan teks, dapat dirasakan bahwa solusi Konsensus Taproot yang diajukan oleh tim ini adalah karya agung dari teknologi perluasan asli Bitcoin. Ini tidak melakukan modifikasi pada kode Bitcoin, tetapi dengan cerdik mengombinasikan beberapa teknologi inti Bitcoin, dengan pemikiran yang sederhana dan struktur yang rumit.

Sebelum secara resmi menginterpretasikan buku kuning, perlu untuk meninjau kembali perjalanan pengembangan teknologi Bitcoin, agar dapat memahami bagaimana Konsensus Taproot muncul dari jalur evolusi Bitcoin.

I. Sejarah Singkat Perkembangan Teknologi Bitcoin

Pada 31 Oktober 2008, Satoshi Nakamoto menerbitkan makalah "Bitcoin: Sistem Uang Elektronik Peer-to-Peer", secara resmi mengusulkan rencana implementasi teknis lengkap untuk Bitcoin. Bab kedelapan makalah tersebut menyebutkan solusi SPV (Simple Payment Verification), yaitu verifikasi pembayaran sederhana, yang merupakan metode teknis untuk memverifikasi pembayaran tanpa perlu menjalankan node penuh Bitcoin, cukup dengan menyimpan header blok.

Pada 3 Januari 2009, Satoshi Nakamoto menambang blok genesis di sebuah server kecil di Helsinki, menandai lahirnya Bitcoin secara resmi. Perlu dicatat bahwa kode resmi Bitcoin menggunakan teknologi tanda tangan kurva elips (ECDSA), bukan teknologi tanda tangan Schnorr yang lebih cocok untuk Bitcoin. Ini karena pada saat itu, tanda tangan Schnorr belum tersedia sebagai open source dan masih dalam masa perlindungan paten.

Tanda tangan Schnorr mempertahankan semua fungsi dan asumsi keamanan dari tanda tangan kurva elips, sambil melampaui batas maksimum 15 tanda tangan ganda yang dapat dicapai oleh Bitcoin, dan akhirnya dapat mengelola lebih dari 1000 alamat bersama untuk Bitcoin tanpa mempengaruhi kecepatan tanda tangan.

Pada tahun 2018, setelah bertahun-tahun verifikasi, pengembang inti Bitcoin secara resmi mengajukan BIP, yang menyarankan untuk memperkenalkan tanda tangan Schnorr ke dalam jaringan Bitcoin.

Pada 14 November 2021, Bitcoin menyelesaikan upgrade Taproot, tanda tangan Schnorr secara resmi diintegrasikan ke dalam jaringan Bitcoin, Bitcoin memasuki era multisignature terdesentralisasi yang baru.

Selain tanda tangan Schnorr, upgrade Taproot juga memperkenalkan MAST (Merkelized Abstract Syntax Trees), yaitu pohon sintaksis abstrak Merkel. Ini adalah teknologi yang memberikan fungsi mirip kontrak pintar pada Bitcoin dengan mengorganisir logika kontrak yang memiliki beberapa cabang kondisi ke dalam bentuk pohon Merkle, sehingga kode Bitcoin dapat menjalankan fungsi yang mirip dengan kontrak pintar (tetapi terbatas pada verifikasi pembayaran Bitcoin, berbeda dengan kontrak pintar kompleks Ethereum).

Tanda tangan Schnorr dapat memperluas alamat multi-tanda tangan Bitcoin hingga 1000+, sementara MAST dapat menggerakkan alamat tanda tangan Schnorr melalui program Bitcoin untuk multi-tanda tangan. Oleh karena itu, kombinasi tanda tangan Schnorr + MAST dapat mewujudkan jaringan multi-tanda tangan Bitcoin terdesentralisasi yang digerakkan oleh instruksi kode Bitcoin tanpa tanda tangan manual.

Ini berarti Bitcoin dapat melampaui batasan lapisan pertama dengan cara yang tidak memerlukan kepercayaan, dan mewujudkan skenario bisnis yang lebih kompleks dan kaya di lapisan kedua.

Dan solusi Konsensus Taproot yang diajukan oleh tim ini adalah hasil dari 13 tahun iterasi teknologi Bitcoin dari tahun 2008 hingga 2021.

Dua, Ringkasan Solusi Konsensus Taproot

Dokumen teknis Taproot Consensus menyatakan di awal: "Sifat non-Turing lengkap dari jaringan Bitcoin membatasi kemampuannya untuk langsung menerapkan solusi ekstensi Layer2 yang mirip dengan Rollup Ethereum. Lapisan kontrak skrip dari jaringan Bitcoin hanya dapat melakukan operasi transfer sederhana dan tidak dapat mendukung fungsi kontrak pintar yang lebih kompleks. Oleh karena itu, membangun solusi ekstensi Layer2 hanya dari lapisan skrip Bitcoin tidak dapat dilakukan."

Deskripsi ini sangat merangkum non-Turing completeness dari jaringan Bitcoin, serta karakteristik bahwa kontrak skrip Bitcoin hanya dapat mengeksekusi operasi transfer Bitcoin. Oleh karena itu, arah yang benar untuk pengembangan Bitcoin bukanlah dengan melakukan perubahan pada jaringan lapisan satu Bitcoin, tetapi harus memanfaatkan kemampuan yang ada dari Bitcoin, untuk membangun solusi ekspansi lapisan dua Bitcoin yang sepenuhnya terdesentralisasi.

Taproot Consensus adalah penggabungan teknologi Taproot Bitcoin (tanda tangan Schnorr dan MAST), node ringan SPV Bitcoin, dan mekanisme konsensus BFT PoS, yang membangun jaringan Layer2 yang terdesentralisasi dan sangat konsisten.

Tiga, Penjelasan Arsitektur Konsensus Taproot

Taproot Consensus terdiri dari tiga bagian: Schnorr+Mast, Bitcoin SPV, dan Aura+Grandpa.

Schnorr+Mast memanfaatkan dua teknologi asli yang dibawa oleh peningkatan Taproot Bitcoin, dapat mewujudkan manajemen multi-tanda tangan terdesentralisasi untuk Bitcoin, dan tidak memerlukan tanda tangan manual, melainkan menggunakan kode Bitcoin untuk menggerakkannya.

Kode-kode ini didorong oleh konsensus yang dicapai oleh jaringan lapisan kedua. Bagaimana jaringan lapisan kedua mencapai konsensus, dan bagaimana konsensus ini disinkronkan dengan status lapisan satu Bitcoin, itulah fungsi konsensus Bitcoin SPV+BFT POS (Aura+Grandpa).

Bitcoin SPV adalah metode verifikasi pembayaran sederhana yang diusulkan oleh Satoshi Nakamoto, yang memungkinkan untuk menyinkronkan dan memverifikasi transaksi Bitcoin tanpa perlu menjalankan node penuh. Fitur ini memungkinkan Konsensus Taproot untuk menyinkronkan status BTC dalam lingkungan yang sepenuhnya terdesentralisasi tanpa perlu izin.

Aura+Grandpa adalah protokol konsensus PoS tingkat tinggi yang umum untuk mencapai toleransi Byzantine, yang memastikan konsistensi tinggi node jaringan melalui protokol terdistribusi (sebagian besar blockchain yang dibangun dengan kerangka Substrate menggunakan Aura+Grandpa).

Ringkasan prinsip operasi tiga bagian dari Taproot Consensus:

Dalam sistem, setiap validator memegang kunci privat BTC untuk tanda tangan Schnorr. Karakteristik tanda tangan Schnorr memungkinkannya untuk melakukan agregasi tanda tangan yang efisien, sehingga meningkatkan keamanan dan efisiensi sistem. Kunci publik agregat Pagg yang dihasilkan melalui skema tanda tangan multipar Musig2 membentuk pohon MAST (Merkle Abstract Syntax Tree) yang besar.

Setelah nilai hash akar MAST tree dihasilkan, validator melakukan transfer BTC dan operasi pengukiran ke alamat tanda tangan batas yang dihasilkan oleh MAST tree, untuk mewujudkan fungsi pengiriman data dari jaringan utama BTC ke jaringan lapisan kedua. Sementara itu, setiap validator berfungsi sebagai node ringan SPV (Simplified Payment Verification) Bitcoin, memungkinkan mereka untuk menyinkronkan status jaringan BTC dengan aman dan tanpa izin.

Singkatnya:

Taproot Consensus membangun manajemen multi-tanda tangan BTC terdesentralisasi di lapisan satu Bitcoin menggunakan Schnorr+Mast, dan menjalankan jaringan node SPV Bitcoin di lapisan dua. Menggunakan salah satu jaringan lapisan dua sebagai contoh, seluruhnya menjalankan node SPV Bitcoin, yang dapat menyinkronkan status data lapisan satu Bitcoin, sehingga mewujudkan sinkronisasi informasi antara jaringan lapisan dua dan lapisan satu Bitcoin. Untuk menjamin keamanan dan kepercayaan jaringan lapisan dua, solusi ini mengintegrasikan jaringan node SPV Bitcoin dengan Aura+Grandpa, yaitu membuat jaringan node SPV Bitcoin memiliki tingkat keamanan di lapisan konsensus BFT. Ini berarti bahwa pengelolaan aset jaringan lapisan dua tidak dilakukan oleh beberapa orang multi-tanda tangan, tetapi didorong oleh konsensus BFT, sehingga mewujudkan desentralisasi yang sebenarnya.

Empat, Detail Teknologi Lain dari Buku Kuning

Selain kerangka teknologi yang disebutkan di atas, buku kuning Taproot Consensus juga menjelaskan secara rinci tentang implementasi teknologi seperti tanda tangan Schnorr, MAST, node ringan PSV Bitcoin, Aura+Grandpa, dan lain-lain. Bagi mereka yang ingin belajar dan memahami teknologi terbaru Bitcoin, buku kuning ini adalah sumber belajar yang sangat komprehensif dan rinci.

Tidak hanya itu, buku kuning juga menjelaskan secara rinci proses implementasi Musig2, serta perbedaan dengan proyek BTC Layer2 terkenal lainnya.

Beberapa proyek memiliki struktur teknologi dasar yang didasarkan pada protokol tBTC. tBTC memanfaatkan multi-signature Bitcoin untuk membangun jaringan tanda tangan batas, yang memiliki konsistensi yang lebih kuat dibandingkan dengan jaringan terdistribusi tradisional.

Namun, tBTC masih merupakan jaringan multi-tanda tangan yang memerlukan 9 orang untuk menandatangani. Untuk benar-benar mencapai ketergantungan pada konsensus, bukan pada manusia, maka perlu menggabungkan jaringan multi-tanda tangan dengan mekanisme konsensus BFT PoS (Bukti Kepemilikan Toleran Byzantine). Ini juga merupakan perbedaan antara jaringan terdistribusi dan blockchain, di mana jaringan terdistribusi menekankan distribusi, tetapi kurang memiliki konsensus toleransi Byzantine, sementara blockchain meskipun juga merupakan jaringan terdistribusi, tetapi bergantung pada konsensus toleransi Byzantine untuk menggerakkannya, sehingga merupakan jaringan yang benar-benar terdesentralisasi.

Rencana Konsensus Taproot mengadopsi desain yang lebih canggih ini. Dengan menggabungkan tanda tangan Schnorr, MAST, node ringan SPV Bitcoin, serta mekanisme konsensus toleransi kesalahan Bizantium Aura dan Grandpa, dibangunlah sebuah solusi ekstensi Layer2 yang sangat konsisten dan aman. Penggabungan ini tidak hanya meningkatkan skalabilitas dan kegunaan jaringan Bitcoin, tetapi juga memastikan keamanan dan konsistensi jaringan lapisan kedua.

Ringkasan

Dokumen teknis ini secara sistematis dan komprehensif menggambarkan rencana implementasi dan detail teknis dari Taproot Consensus, memperlihatkan solusi lapisan kedua Bitcoin yang sepenuhnya dibangun berdasarkan teknologi asli Bitcoin.

Taproot Consensus tidak hanya menghormati dan mewarisi arah teknologi asli Bitcoin, tetapi juga menggabungkan inovasi kombinatorial yang dihasilkan dari berbagai peningkatan Bitcoin, merupakan karya besar dari teknologi pengembangan asli Bitcoin yang sesungguhnya.

Seiring dengan perkembangan ekosistem Bitcoin yang terus berlanjut, orang-orang akan secara bertahap menyadari bahwa solusi lapisan kedua Bitcoin yang benar-benar terdesentralisasi adalah jalan yang harus dilalui untuk perkembangan ekosistem Bitcoin, dan solusi seperti Taproot Consensus akan benar-benar bersinar.