Taproot Consensus: 比特幣原生技術集大成的Layer2解決方案

2025-07-11 07:23:36

比特幣原生技術的集大成：深度解析 Taproot Consensus 技術方案

2024 年 5 月 20 日，一個比特幣 Layer2 開發團隊正式發布了《Taproot Consensus：一種去中心化的 BTC Layer2 解決方案》技術黃皮書。該文詳細闡述了 Taproot Consensus 的實現方式，以及如何利用施諾爾籤名、MAST、比特幣 SPV 節點等比特幣原生技術來構建完全去中心化的 BTC Layer2 解決方案。

通讀全文後，可以感受到這個團隊提出的 Taproot Consensus 解決方案是比特幣原生拓展技術的集大成之作。它沒有對比特幣的代碼進行任何修改，而是巧妙地組合了比特幣的幾項核心技術，思路簡潔而結構精妙。

在正式解讀黃皮書之前，有必要回顧一下比特幣的技術發展歷程，以便理解 Taproot Consensus 是如何從比特幣的演進脈絡中應運而生的。

一、比特幣技術發展簡史

2008 年 10 月 31 日，中本聰發表了《比特幣：一種點對點的電子現金系統》論文，正式提出了比特幣的完整技術實現方案。論文第八章提到了 SPV (Simple Payment Verification) 解決方案，即簡單支付驗證，這是一種無需運行比特幣全節點，僅需保存區塊頭就能驗證支付的技術手段。

2009 年 1 月 3 日，中本聰在赫爾辛基的一臺小型服務器上挖出了創世區塊，標志着比特幣正式誕生。值得注意的是，比特幣的正式代碼採用了橢圓曲線籤名技術（ECDSA），而非更適合比特幣的施諾爾籤名技術。這是因爲當時施諾爾籤名尚未開源，仍在專利保護期內。

施諾爾籤名保留了橢圓曲線籤名的所有功能和安全假設，同時突破了比特幣最多只能實現 15 重多籤的限制，最終可實現 1000+ 地址共同管理比特幣且不影響籤名速度。

2018 年，經過多年驗證，比特幣核心開發者正式提出 BIP，建議將施諾爾籤名引入比特幣網路。

2021 年 11 月 14 日，比特幣完成 Taproot 升級，施諾爾籤名正式納入比特幣網路，比特幣進入了全新的去中心化多籤時代。

除了施諾爾籤名，Taproot 升級還引入了 MAST（Merkelized Abstract Syntax Trees），即默克爾抽象語法樹。這是一種賦予比特幣類似智能合約功能的技術，通過將多個條件分支的合約邏輯組織成 Merkle 樹的形式來實現，使比特幣代碼能夠執行類似智能合約的功能（但僅限於比特幣支付驗證，區別於以太坊的復雜智能合約）。

施諾爾籤名可以將比特幣的多簽地址擴展到 1000+，而 MAST 可以通過比特幣程序來驅動施諾爾籤名地址進行多籤。因此，施諾爾籤名 + MAST 的組合可以實現無需人工籤名，而是通過比特幣代碼指令驅動的去中心化比特幣多籤網路。

這意味着比特幣可以以去信任的方式突破一層的限制，在二層實現更復雜、更豐富的業務場景。

而這個團隊提出的 Taproot Consensus 解決方案，正是對比特幣從 2008 年至 2021 年這 13 年技術迭代的集大成之作。

二、Taproot Consensus 解決方案概述

Taproot Consensus 技術黃皮書開篇指出："比特幣網路的非圖靈完備性質限制了其直接實現類似以太坊 Rollup 的 Layer2 擴展方案。比特幣網路的腳本合約層只能進行簡單的轉帳操作，無法支持更復雜的智能合約功能。因此，單純從比特幣腳本層面來構建 Layer2 擴展方案是不可行的"

這段描述高度概括了比特幣網路的非圖靈完美性，以及比特幣腳本合約只能執行比特幣轉帳操作的特點。因此，比特幣拓展的正確方向不是在比特幣一層網路上做文章，而是要利用比特幣現有的能力，構建一個完全去中心化的比特幣二層擴展方案。

Taproot Consensus 就是將比特幣的 Taproot 技術（Schnorr 籤名和 MAST）、比特幣 SPV 輕節點以及 BFT PoS 共識機制融合在一起，構建出了一個去中心化且高度一致的 Layer2 網路。

三、Taproot Consensus 架構詳解

Taproot Consensus 總共由 Schnorr+Mast、Bitcoin SPV 和 Aura+Grandpa 三部分組成。

Schnorr+Mast 利用比特幣 Taproot 升級帶來的這兩大原生技術進行組合，可以實現比特幣的去中心化多籤管理，且無需通過人工籤名，而是使用比特幣代碼來驅動。

這些代碼由二層網路達成的共識來驅動。二層網路如何達成共識，以及這些共識如何與比特幣一層實現狀態同步，這就是 Bitcoin SPV+BFT POS 共識（Aura+Grandpa）的作用。

Bitcoin SPV 是中本聰提出的簡單支付驗證方式，無需運行全節點也可以同步和驗證比特幣交易。這一特性使得 Taproot Consensus 能夠在完全去中心化的環境下，無需任何許可，同步 BTC 狀態。

Aura+Grandpa 是實現拜佔庭容錯的通用高級 PoS 共識協議，通過分布式協議確保網路節點的高度一致性（以 Substrate 框架構建的區塊鏈基本都使用 Aura+Grandpa）。

總結 Taproot Consensus 三部分的運行原理：

在系統中，每個驗證者都持有一個用於 Schnorr 籤名的 BTC 私鑰。Schnorr 籤名的特性使其能夠實現高效的籤名聚合，從而提高系統的安全性和效率。通過 Musig2 多籤名方案生成的聚合公鑰 Pagg，形成了一顆大型 MAST（Merkle Abstract Syntax Tree）樹。

在 MAST 樹的根哈希值生成後，驗證者通過向 MAST 樹生成的門限籤名地址進行 BTC 轉帳和銘刻操作，實現 BTC 主網向二層網路提交數據的功能。同時每個驗證者均作爲 Bitcoin SPV（Simplified Payment Verification）輕節點，使其能夠安全且無許可地同步 BTC 網路狀態。

簡而言之：

Taproot Consensus 在比特幣一層使用 Schnorr+Mast 構建去中心化的 BTC 多籤管理，二層運行 Bitcoin SPV 節點網路。以某個二層網路爲例，其全部運行比特幣 SPV 節點，這些節點可以同步比特幣一層的數據狀態，從而實現二層網路和比特幣一層的信息同步。爲了保障二層網路的安全可信，該方案將比特幣 SPV 節點網路和 Aura+Grandpa 融爲一體，即讓比特幣 SPV 節點網路具備了 BFT 共識層面的安全級別。這意味着，管理二層網路資產的不是某些多籤人，而是依靠 BFT 共識來驅動，從而實現真正的去中心化。

四、黃皮書其他技術細節

除了上述技術框架外，Taproot Consensus 黃皮書還詳細解釋了施諾爾籤名、MAST、比特幣 PSV 輕節點、Aura+Grandpa 等技術的實現細節。對於想學習和了解比特幣最新技術的人來說，這份黃皮書是一個非常全面且詳細的學習資料。

不僅如此，黃皮書還詳細解釋了 Musig2 的實現過程，以及與其他知名 BTC Layer2 項目的區別。

某些項目的底層技術結構是基於 tBTC 協議。tBTC 利用比特幣多籤構建了一個門限籤名網路，這種結構相比傳統分布式網路而言，具有較強的一致性。

然而，tBTC 仍是一個需要 9 人籤名的多籤人網路。要想真正實現不依靠人而是依靠共識驅動，則需要把多籤網路與 BFT PoS（拜佔庭容錯權益證明）共識機制相結合。這也是分布式網路和區塊鏈的區別，分布式網路強調分布式，但缺乏拜佔庭容錯的共識，而區塊鏈雖然也是一個分布式網路，但依靠拜佔庭容錯共識來驅動，因此是真正去中心化的網路。

Taproot Consensus 方案採取了這種更爲先進的設計。通過結合 Schnorr 籤名、MAST、比特幣 SPV 輕節點以及 Aura 和 Grandpa 拜佔庭容錯共識機制，構建了一個高度一致性和安全的去中心化 Layer2 擴展方案。這種融合不僅提升了比特幣網路的擴展性和可用性，還確保了二層網路的安全性和一致性。