Итоговая технология оригинального Биткойн: Глубокий анализ технологии Taproot Consensus

20 мая 2024 года команда разработчиков Layer2 Биткойн официально представила технический доклад «Taproot Consensus: децентрализованное решение BTC Layer2». В документе подробно описан способ реализации Taproot Consensus, а также то, как использовать Schnorr-подписи, MAST, SPV-узлы Биткойн и другие нативные технологии Биткойн для создания полностью децентрализованного решения BTC Layer2.

Прочитав весь текст, можно почувствовать, что предложенное командой решение Taproot Consensus является вершиной нативной технологии расширения Биткойна. Оно не вносит никаких изменений в код Биткойна, а巧妙но сочетает несколько ключевых технологий Биткойна, с простым и изящным подходом.

Перед официальным толкованием желтой книги необходимо вспомнить о техническом развитии Биткойна, чтобы понять, как Consensus Taproot возник из эволюционного контекста Биткойна.

Один. Историческое развитие технологий Биткойн

31 октября 2008 года Сатоши Накамото опубликовал работу «Биткойн: пиринговая электронная денежная система», в которой официально представил полное техническое решение для Биткойна. В восьмой главе работы упоминается решение SPV (Simple Payment Verification), то есть простая проверка платежей, это технология, которая позволяет проверять платежи, не запуская полный узел Биткойна, а просто сохраняя заголовок блока.

3 января 2009 года Сатоши Накамото добывает генезис-блок на небольшом сервере в Хельсинки, что знаменует официальное рождение Биткойна. Стоит отметить, что официальная кодовая база Биткойна использует технологию подписи на основе эллиптической кривой (ECDSA), а не более подходящую для Биткойна технологию подписей Шнорра. Это связано с тем, что на тот момент подписания Шнорра еще не были открыты, и находились под патентной защитой.

Подпись Шнорра сохраняет все функции и предположения безопасности подписи на основе эллиптической кривой, одновременно преодолевая ограничение Биткойна на максимальное количество 15 многоподписей, в конечном итоге позволяя управлять более чем 1000 адресами Биткойна без влияния на скорость подписания.

В 2018 году, после многих лет проверки, разработчики ядра Биткойн официально представили BIP, предлагая внедрить подписи Шнорра в сеть Биткойн.

14 ноября 2021 года Биткойн завершил обновление Taproot, подписи Шнорра официально были интегрированы в сеть Биткойн, Биткойн вступил в новую эпоху децентрализованного мультиподписного управления.

Помимо подписи Schnorr, обновление Taproot также ввело MAST (Merkelized Abstract Syntax Trees), то есть меркелевские абстрактные синтаксические деревья. Это технология, которая предоставляет Биткойн функции, аналогичные функциям смарт-контрактов, организуя логику контрактов с несколькими условиями в форме дерева Меркла, позволяя коду Биткойна выполнять функции, подобные смарт-контрактам (но только для проверки платежей Биткойн, в отличие от сложных смарт-контрактов Ethereum).

Подпись Шнорра может расширить многоподписной адрес Биткойн до более чем 1000, а MAST может управлять адресами с подписью Шнорра для многоподписей через программы Биткойн. Таким образом, комбинация подписи Шнорра + MAST может реализовать децентрализованную многоподписную сеть Биткойн, которая работает без ручной подписи, а управляется командами кода Биткойн.

Это означает, что Биткойн может преодолеть ограничения первого уровня ненадежным способом, реализуя более сложные и богатые бизнес-сценарии на втором уровне.

А решение Taproot Consensus, предложенное этой командой, является кульминацией 13-летней технологической итерации Биткойна с 2008 по 2021 год.

Два, Обзор решения консенсуса Taproot

Документ о технологии Taproot Consensus в начале указывает: "Неполная Тюрингова природа сети Биткойн ограничивает ее возможности для прямой реализации решений для расширения Layer2, подобных Rollup на Эфириуме. Уровень скриптовых контрактов сети Биткойн может выполнять только простые операции перевода, и не поддерживает более сложные функции смарт-контрактов. Таким образом, чисто с точки зрения уровня скриптов Биткойн невозможно построить решения для расширения Layer2."

Данное описание высоко обобщает не-турулианские свойства сети Биткойн, а также характеристики скриптовых контрактов Биткойн, которые могут выполнять только операции перевода Биткойн. Таким образом, правильное направление расширения Биткойн не заключается в манипуляциях с одноуровневой сетью Биткойн, а в использовании существующих возможностей Биткойн для создания полностью децентрализованной двухуровневой схемы расширения Биткойн.

Taproot Consensus представляет собой интеграцию технологии Taproot Биткойна (подписи Schnorr и MAST), легких узлов SPV Биткойна и механизма консенсуса BFT PoS, что позволяет создать децентрализованную и высоко согласованную сеть Layer2.

Три. Подробное объяснение архитектуры консенсуса Taproot

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

Schnorr+Mast, используя две основные технологии, принесенные обновлением Taproot Биткойна, могут обеспечить децентрализованное управление мультиподписями Биткойна без необходимости ручной подписи, а с использованием кода Биткойна для управления.

Эти коды управляются консенсусом, достигнутым во втором уровне сети. Как второй уровень сети достигает консенсуса и как этот консенсус синхронизирует состояние с первым уровнем Биткойн, такова роль консенсуса Bitcoin SPV+BFT POS (Aura+Grandpa).

Биткойн SPV — это способ простой проверки платежей, предложенный Сатоши Накамото, который позволяет синхронизировать и проверять Биткойн-транзакции без необходимости запускать полный узел. Эта особенность позволяет Taproot Consensus синхронизировать состояние BTC в полностью децентрализованной среде без каких-либо разрешений.

Aura+Grandpa является универсальным высокоуровневым PoS консенсус-протоколом, реализующим байесовскую устойчивость, обеспечивая высокую согласованность сетевых узлов через распределенный протокол (блокчейны, построенные на фреймворке Substrate, в основном используют Aura+Grandpa).

Сводка о принципах работы трех частей Taproot Consensus:

В системе каждый валидатор имеет BTC приватный ключ для подписей Schnorr. Особенности подписей Schnorr позволяют осуществлять эффективную агрегацию подписей, что повышает безопасность и эффективность системы. Аггрегированное публичное ключ Pagg, сгенерированное с помощью схемы многофирменной подписи Musig2, образует крупное дерево MAST (Merkle Abstract Syntax Tree).

После генерации корневого хэш-значения дерева MAST, валидатор осуществляет перевод BTC и операции записи на адресы пороговой подписи, сгенерированные деревом MAST, реализуя функцию передачи данных из основной сети BTC во вторичную сеть. В то же время каждый валидатор выступает в качестве легкого узла Bitcoin SPV (Упрощенная Проверка Платежей), что позволяет ему безопасно и без разрешения синхронизировать состояние сети BTC.

Короче говоря:

Taproot Consensus использует Schnorr+Mast для построения децентрализованного управления многоподписными BTC на первом уровне Биткойн, а на втором уровне работает сеть узлов Bitcoin SPV. В качестве примера возьмем определенную сеть второго уровня, которая полностью функционирует на узлах Биткойн SPV. Эти узлы могут синхронизировать состояние данных первого уровня Биткойн, что позволяет осуществлять синхронизацию информации между сетью второго уровня и первым уровнем Биткойн. Для обеспечения безопасности и надежности сети второго уровня данный план объединяет сеть узлов Биткойн SPV и Aura+Grandpa в единое целое, что позволяет сети узлов Биткойн SPV достичь уровня безопасности на уровне BFT консенсуса. Это означает, что управление активами сети второго уровня осуществляется не некоторыми многоподписчиками, а основано на BFT консенсусе, что позволяет достичь истинной децентрализации.

Четыре, другие технические детали желтой книги

Помимо вышеупомянутой технической структуры, желтая книга Taproot Consensus также подробно объясняет детали реализации таких технологий, как подписи Шнорра, MAST, легкие узлы Биткойн PSV, Aura+Grandpa и др. Для тех, кто хочет изучить и узнать о последних технологиях Биткойн, эта желтая книга является очень полным и подробным учебным материалом.

Кроме того, жёлтая книга подробно объясняет процесс реализации Musig2 и его отличие от других известных проектов BTC Layer2.

Некоторые проекты основаны на технологической структуре tBTC протокола. tBTC использует много подписей Биткойн для создания сети пороговых подписей, которая обладает большей согласованностью по сравнению с традиционными распределенными сетями.

Однако tBTC все еще является многоподписной сетью, требующей подписей 9 человек. Чтобы действительно достичь управления не через людей, а через консенсус, необходимо объединить многоподписную сеть с механизмом консенсуса BFT PoS (Байентинская стойкость к сбоям на основе доли). Это также является различием между распределенной сетью и блокчейном: распределенная сеть подчеркивает распределенность, но недостаточно эффективна в консенсусе с байентинской стойкостью к сбоям, тогда как блокчейн, хотя и является распределенной сетью, использует байентинский консенсус для своего функционирования, что делает его действительно децентрализованной сетью.

Решение Taproot Consensus использует более продвинутый дизайн. Благодаря сочетанию подписей Schnorr, MAST, SPV-легких узлов Биткойн и механизмов консенсуса с отказоустойчивостью, таких как Aura и Grandpa, построена высоко согласованная и безопасная децентрализованная расширенная Layer2-решение. Эта интеграция не только улучшает масштабируемость и удобство использования сети Биткойн, но и гарантирует безопасность и согласованность второго уровня.

Резюме

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

Taproot Consensus не только уважает и наследует оригинальное технологическое направление Биткойна, но также сочетает технологии, привнесенные в результате всех предыдущих обновлений Биткойна, для создания комбинированных инноваций, что является поистине великим достижением оригинальной расширенной технологии Биткойна.

С развитием экосистемы Биткойн люди постепенно осознают, что действительно децентрализованные решения второго уровня для Биткойн являются необходимым путем для развития экосистемы Биткойн, и решение Taproot Consensus действительно заиграет новыми красками.

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