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Taproot Consensus:比特幣原生技術構建的去中心化Layer2解決方案
比特幣原生擴展技術的革新:深度解析 Taproot Consensus 技術黃皮書
2024年5月20日,一個名爲BEVM的比特幣Layer2開發團隊發布了技術黃皮書《Taproot Consensus:一種去中心化的BTC Layer2解決方案》。這份文檔詳細闡述了Taproot Consensus的實現方式,以及如何結合施諾爾籤名、MAST、比特幣SPV節點等原生技術構建完全去中心化的BTC Layer2解決方案。
Taproot Consensus方案是比特幣原生擴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,展現出簡潔而巧妙的創新思路。
比特幣技術發展回顧
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,提出了比特幣的完整技術實現方式。論文第八章介紹了SPV(Simple Payment Verification)解決方案,即簡單支付驗證,這是一種無需運行全節點就能驗證支付的技術。
2009年1月3日,中本聰在赫爾辛基的一臺服務器上挖出了創世區塊,標志着比特幣的正式誕生。值得注意的是,比特幣最初採用了橢圓曲線籤名技術(ECDSA),而非更適合的施諾爾籤名技術,這是因爲當時施諾爾籤名尚未開源,仍在專利保護期內。
2018年,經過多年驗證,比特幣核心開發者正式提出將施諾爾籤名引入比特幣網路的提案。
2021年11月14日,比特幣完成Taproot升級,正式引入施諾爾籤名,開啓了去中心化多籤時代。Taproot升級還引入了MAST(Merkelized Abstract Syntax Trees),使比特幣具備了類似智能合約的功能。
施諾爾籤名與MAST的結合,使得比特幣可以實現由代碼驅動的去中心化多籤網路,爲比特幣二層網路的發展奠定了基礎。
Taproot Consensus方案概述
Taproot Consensus技術黃皮書指出,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。比特幣的腳本合約層只能進行簡單的轉帳操作,無法支持復雜的智能合約功能。因此,單純從比特幣腳本層面構建Layer2擴展方案是不可行的。
Taproot Consensus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,構建了一個去中心化且高度一致的Layer2網路。
Taproot Consensus架構詳解
Taproot Consensus由Schnorr+Mast、Bitcoin SPV和Aura+Grandpa三部分組成。
Schnorr+Mast利用比特幣Taproot升級帶來的原生技術,實現了比特幣的去中心化多籤管理,通過代碼驅動而非人工籤名。
Bitcoin SPV允許在不運行全節點的情況下同步和驗證比特幣交易,使Taproot Consensus能在完全去中心化的環境下無需許可同步BTC狀態。
Aura+Grandpa是實現拜佔庭容錯的高級PoS共識協議,確保網路節點的高度一致性。
在BEVM系統中,每個驗證者持有用於Schnorr籤名的BTC私鑰。通過Musig2多籤名方案生成的聚合公鑰Pagg形成了一個大型MAST樹。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BEVM網路提交數據的功能。同時,每個驗證者作爲Bitcoin SPV輕節點,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。BEVM二層網路全部運行比特幣SPV節點,實現與比特幣一層的數據同步。爲確保二層網路的安全可信,BEVM將比特幣SPV節點網路與Aura+Grandpa融合,使其具備BFT共識層面的安全級別。
技術細節與創新
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,爲想深入了解比特幣最新技術的人提供了全面且詳細的學習資料。
黃皮書還詳細解釋了Musig2的實現過程,以及與知名BTC Layer2項目Mezo的區別。Mezo基於tBTC協議,利用比特幣多籤構建門限籤名網路。然而,tBTC仍需要9人籤名的多籤人網路。Taproot Consensus採用了更先進的設計,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。
結語
BEVM團隊的技術黃皮書全面展示了Taproot Consensus的實現方案和技術細節,呈現了一個完全基於比特幣原生技術構建的二層解決方案。Taproot Consensus不僅繼承了比特幣的技術方向,還結合比特幣歷次升級帶來的技術進行創新,是比特幣原生擴展技術的集大成之作。
隨着比特幣生態的不斷發展,真正去中心化的比特幣二層解決方案將成爲比特幣生態發展的必經之路,而Taproot Consensus這種解決方案有望在未來發揮重要作用。