Біткойн рідної технології зібрання: Глибокий аналіз технологічного рішення Taproot Consensus

20 травня 2024 року команда розробників Layer2 Біткойна офіційно випустила технічний довідник "Taproot Consensus: децентралізоване рішення BTC Layer2". У документі детально викладено способи реалізації Taproot Consensus, а також як використати підписи Шнорра, MAST, SPV-нод Біткойна та інші рідні технології Біткойна для побудови повністю децентралізованого рішення BTC Layer2.

Прочитавши весь текст, можна відчути, що рішення Taproot Consensus, запропоноване цією командою, є кульмінацією рідної технології розширення Біткойн. Воно не вносить жодних змін до коду Біткойн, а вміло поєднує кілька основних технологій Біткойн, з чіткою концепцією та витонченою структурою.

Перед офіційним тлумаченням жовтої книги необхідно ознайомитися з технічним розвитком Біткойна, щоб зрозуміти, як Taproot Consensus виник з еволюційної лінії Біткойна.

Один. Історія розвитку технологій Біткойн

31 жовтня 2008 року Сатоші Накамото опублікував статтю «Біткойн: електронна грошова система рівноправних учасників», в якій офіційно представив повний технічний план реалізації Біткойна. У восьмому розділі статті згадується рішення SPV (Simple Payment Verification), тобто проста верифікація платежів, яка є технологічним засобом, що дозволяє верифікувати платежі без необхідності запуску повного вузла Біткойна, достатньо лише зберігати заголовки блоків.

3 січня 2009 року, Сатоші Накамото видобув генезис-блок на невеликому сервері в Гельсінкі, що ознаменувало офіційне народження Біткойна. Варто зазначити, що офіційний код Біткойна використовує технологію підпису на основі еліптичних кривих (ECDSA), а не більш придатну для Біткойна технологію підпису Шніра. Це сталося тому, що на той час підпис Шніра ще не був відкритим, і все ще перебував під патентним захистом.

Підпис Шнорра зберігає всі функції та припущення безпеки підпису на основі еліптичних кривих, одночасно подолавши обмеження Біткойна, яке дозволяє реалізувати максимум 15 підписів. В результаті можна забезпечити спільне управління Біткойном з 1000+ адрес, не впливаючи на швидкість підпису.

У 2018 році, після багатьох років перевірки, розробники ядра Біткойн офіційно запропонували BIP, щоб ввести сигнатури Шнорра в мережу Біткойн.

14 листопада 2021 року, Біткойн завершив оновлення Taproot, сигнатури Шнорра офіційно були інтегровані в мережу Біткойн, Біткойн увійшов в нову еру децентралізованих мультипідписів.

Окрім підпису Шнорра, оновлення Taproot також ввело MAST (Merkelized Abstract Syntax Trees), тобто меркле-абстрактні синтаксичні дерева. Це технологія, яка на赋予 Біткойн подібні до функцій смарт-контрактів, організовуючи логіку контракту з кількома умовними гілками у формі дерева Меркле, що дозволяє коду Біткойн виконувати функції, подібні до смарт-контрактів (але лише для верифікації платежів Біткойн, на відміну від складних смарт-контрактів Ethereum).

Підписи Schnorr можуть розширити багатопідписні адреси Біткойн до 1000+, а MAST може керувати адресами підписів Schnorr для багатопідпису через програми Біткойн. Таким чином, комбінація підписів Schnorr + MAST може реалізувати децентралізовану мережу багатопідпису Біткойн, яка не потребує ручних підписів, а керується інструкціями коду Біткойн.

Це означає, що Біткойн може у бездоверчий спосіб подолати обмеження першого рівня, реалізуючи більш складні та різноманітні бізнес-сценарії на другому рівні.

А це рішення Taproot Consensus, запропоноване командою, є підсумком 13-річної технічної ітерації Біткойна з 2008 по 2021 рік.

Два, огляд рішення Taproot Consensus

Технічний білл про консенсус Taproot починається з того, що: "Неконтрольована природа Біткойн-мережі обмежує її можливість безпосередньо реалізувати рішення для розширення Layer2, подібні до Rollup Ethereum. Сcripting layer Біткойн-мережі може виконувати лише прості операції переказу, і не може підтримувати більш складні функції смарт-контрактів. Тому чисте створення рішень для розширення Layer2 з рівня скриптів Біткойна є неможливим."

Цей опис високо узагальнює нетюрінгівську природу мережі Біткойн та особливість того, що скрипт-контракти Біткойн можуть виконувати лише операції з переказу Біткойн. Тому правильний напрямок розширення Біткойн полягає не в маніпуляціях на першому рівні мережі Біткойн, а у використанні існуючих можливостей Біткойн для створення повністю децентралізованого рішення для розширення на другому рівні Біткойн.

Taproot Consensus – це об'єднання технології Taproot Біткойна (Schnorr підписи та MAST), легких вузлів SPV Біткойна та механізму консенсусу BFT PoS, що створює децентралізовану та високостабільну мережу Layer2.

Три, детальний опис архітектури консенсусу Taproot

Консенсус Taproot складається з трьох частин: Schnorr+Mast, Bitcoin SPV та Aura+Grandpa.

Schnorr+Mast, використовуючи ці дві великі рідні технології, які надає оновлення Taproot Біткойн, може реалізувати децентралізоване багатопідписне управління Біткойн, і при цьому не потрібно ручного підпису, а замість цього використовується код Біткойн для управління.

Ці коди керуються консенсусом, досягнутим у мережі другого рівня. Як мережа другого рівня досягає консенсусу, і як цей консенсус реалізує синхронізацію стану з першим рівнем Біткойн, це і є роль консенсусу Bitcoin SPV+BFT POS (Aura+Grandpa).

Біткойн SPV є простим методом перевірки платежів, запропонованим Сатоші Накамото, який дозволяє синхронізувати та перевіряти біткойн-транзакції без необхідності запуску повного вузла. Ця особливість дозволяє Taproot Consensus синхронізувати стан BTC в повністю децентралізованому середовищі без будь-яких дозволів.

Aura+Grandpa є універсальним високорівневим PoS консенсус-протоколом, який реалізує байєсівську стійкість, забезпечуючи високу узгодженість мережевих вузлів за допомогою розподіленого протоколу (блокчейни, які будуються на основі фреймворку Substrate, зазвичай використовують Aura+Grandpa).

Підсумок принципів роботи трьох частин консенсусу Taproot:

У системі кожен валідатор має BTC приватний ключ для підпису Schnorr. Особливості підпису Schnorr дозволяють здійснювати ефективну агрегацію підписів, що підвищує безпеку та ефективність системи. Агрегований публічний ключ Pagg, згенерований за допомогою схеми мультипідпису Musig2, формує велику деревоподібну структуру MAST (Merkle Abstract Syntax Tree).

Після генерації кореневого хешу дерева MAST, валідатор здійснює переказ BTC та операцію гравірування на адресу порогового підпису, згенеровану деревом MAST, реалізуючи функцію подання даних з основної мережі BTC до другого рівня. Одночасно кожен валідатор виступає як легкий вузол Bitcoin SPV (Simplified Payment Verification), що дозволяє йому безпечно та без дозволу синхронізувати стан мережі BTC.

Коротко кажучи:

Taproot Consensus використовує Schnorr+Mast для побудови децентралізованого управління BTC мультипідписами на першому рівні Біткойн, а другий рівень працює на мережі вузлів Bitcoin SPV. Наприклад, у певній мережі другого рівня, усі вузли працюють як вузли Біткойн SPV, ці вузли можуть синхронізувати стан даних першого рівня Біткойн, що дозволяє досягти синхронізації інформації між мережею другого рівня та першим рівнем Біткойн. Щоб забезпечити безпеку та надійність мережі другого рівня, це рішення інтегрує мережу вузлів Біткойн SPV з Aura+Grandpa, тобто надає мережі вузлів Біткойн SPV рівень безпеки на рівні BFT консенсусу. Це означає, що управління активами мережі другого рівня не здійснюють певні мультипідписники, а покладається на BFT консенсус для досягнення справжньої децентралізації.

Чотири, Інші технічні деталі жовтої книги

Окрім вищезгаданої технічної структури, жовта книга Taproot Consensus також детально пояснює реалізаційні деталі таких технологій, як підпис Шнорра, MAST, легкі вузли Біткойн PSV, Aura+Grandpa тощо. Для тих, хто хоче вивчити та зрозуміти останні технології Біткойн, ця жовта книга є дуже всебічним та детальним навчальним матеріалом.

Не лише це, жовта книга також детально пояснює процес реалізації Musig2 та відмінності від інших відомих проектів BTC Layer2.

Деякі проекти мають підґрунтову технічну структуру, основану на протоколі tBTC. tBTC використовує багатопідпис для створення мережі з пороговим підписом, ця структура має вищу узгодженість у порівнянні з традиційними розподіленими мережами.

Проте tBTC все ще є мультипідписною мережею, що потребує підписів 9 осіб. Щоб дійсно реалізувати систему, що не залежить від людей, а спирається на консенсус, необхідно поєднати мультипідписну мережу з механізмом консенсусу BFT PoS (бізантійський толерантний до помилок доказ частки). Це також є відмінністю між розподіленими мережами та блокчейном: розподілені мережі акцентують на розподілі, але їм не вистачає консенсусу, стійкого до бізнесантійських помилок, тоді як блокчейн, хоча також є розподіленою мережею, спирається на консенсус, стійкий до бізнесантійських помилок, щоб працювати, тому це справді децентралізована мережа.

Taproot Consensus рішення використовує цей більш вдосконалений дизайн. Поєднуючи Schnorr підписи, MAST, Біткойн SPV легкі вузли, а також механізми Баяцантійської стійкості Aura і Grandpa, було створено високоузгоджене і безпечне децентралізоване Layer2 розширення. Це злиття не лише підвищило масштабованість і зручність використання Біткойн мережі, але й забезпечило безпеку та узгодженість другого рівня мережі.

Підсумок

Цей технічний жовтий документ системно та всебічно описує реалізацію Taproot Consensus та технічні деталі, демонструючи повністю засноване на рідній технології Біткойну рішення другого рівня для Біткойну.

Taproot Consensus не лише поважає і успадковує первісний технологічний напрямок Біткойну, але й поєднує технології, які з'явилися під час усіх оновлень Біткойну, для створення комбінованих інновацій, що є справжнім шедевром нативної розширювальної технології Біткойну.

З розвитком екосистеми Біткойн люди поступово усвідомлять, що справжнє децентралізоване рішення другого рівня для Біткойн є необхідним етапом у розвитку екосистеми Біткойн, і рішення Taproot Consensus справді сяятиме.