La obra maestra de la tecnología de expansión nativa de Bitcoin: un análisis profundo del libro amarillo de la tecnología Taproot Consensus

Introducción

Recientemente, un equipo de desarrollo de Layer2 de Bitcoin llamado BEVM publicó un libro técnico titulado "Taproot Consensus: una solución BTC Layer2 descentralizada". Este documento detalla el método de implementación de Taproot Consensus, así como cómo utilizar la firma de Schnorr, MAST, nodos SPV de Bitcoin y otras tecnologías nativas de Bitcoin para construir una solución BTC Layer2 completamente descentralizada.

Al leer el texto completo, no es difícil darse cuenta de que el plan de consenso Taproot es una consolidación de la tecnología de expansión nativa de Bitcoin. No ha realizado ninguna modificación al código de Bitcoin, sino que ha integrado de manera ingeniosa varias tecnologías clave de Bitcoin, mostrando una idea de diseño simple y astuta.

Antes de profundizar en la interpretación del libro amarillo, es necesario revisar el desarrollo técnico de Bitcoin para entender mejor cómo Taproot Consensus surgió de la evolución de Bitcoin.

Texto

Uno. Revisión del desarrollo tecnológico de Bitcoin

El 31 de octubre de 2008, Satoshi Nakamoto publicó el documento "Bitcoin: un sistema de efectivo electrónico peer-to-peer", que expone por primera vez la forma técnica de implementación de Bitcoin. El capítulo ocho del documento presenta la solución SPV (Verificación de Pagos Simple), que es una técnica que permite verificar pagos sin necesidad de ejecutar un nodo completo, simplemente almacenando la cabecera del bloque.

El 3 de enero de 2009, Satoshi Nakamoto minó el bloque génesis en un pequeño servidor en Helsinki, marcando el nacimiento oficial de Bitcoin. Es importante destacar que el código inicial de Bitcoin utilizó la tecnología de firma de curva elíptica (ECDSA), en lugar de la tecnología de firma de Schnorr, que es más adecuada para Bitcoin. Esto se debe a que en ese momento, la firma de Schnorr aún no había sido de código abierto y seguía bajo protección de patentes.

La firma Schnorr conserva todas las funciones y supuestos de seguridad de la firma de curva elíptica, al mismo tiempo que rompe la limitación de que Bitcoin solo puede implementar hasta 15 firmas múltiples bajo el marco de firma de curva elíptica, permitiendo finalmente la gestión conjunta de más de 1000 direcciones de Bitcoin sin afectar la velocidad de la firma.

En 2018, tras años de validación, los desarrolladores principales de Bitcoin, como Gregory Maxwell, propusieron oficialmente el BIP, sugiriendo introducir firmas Schnorr en la red de Bitcoin.

El 14 de noviembre de 2021, Bitcoin completó la actualización Taproot, y la firma Schnorr fue oficialmente incorporada a la red de Bitcoin, inaugurando una nueva era de múltiples firmas descentralizadas. Además de la firma Schnorr, la actualización Taproot también introdujo MAST (Merkelized Abstract Syntax Trees), que es una tecnología que otorga a Bitcoin funciones similares a las de un contrato inteligente.

La combinación de las firmas Schnorr y MAST permite que Bitcoin impulse una red de múltiples firmas descentralizada a través de instrucciones de código, allanando el camino para la implementación de escenarios de negocio más complejos y ricos en la segunda capa de Bitcoin.

La solución de consenso Taproot es la culminación de 13 años de iteraciones tecnológicas de Bitcoin.

Dos, Resumen de la solución de consenso Taproot

El libro blanco de la tecnología Taproot Consensus señala al principio que la naturaleza no Turing completa de la red Bitcoin limita su capacidad para implementar directamente soluciones de escalado Layer2 similares a Rollup de Ethereum. La capa de contratos de script de la red Bitcoin solo puede realizar operaciones de transferencia simples y no puede soportar funciones de contratos inteligentes más complejas. Por lo tanto, construir soluciones de escalado Layer2 únicamente a partir de la capa de scripts de Bitcoin no es viable.

Esta descripción resume de manera concisa las limitaciones de la red Bitcoin, señalando que la dirección correcta para la expansión de Bitcoin no es hacer cambios en la red de primera capa, sino aprovechar las capacidades existentes de Bitcoin para construir una solución de escalado de segunda capa completamente descentralizada.

Taproot Consensus es precisamente la fusión de la tecnología Taproot de Bitcoin (firmas Schnorr y MAST), los nodos ligeros SPV de Bitcoin y el mecanismo de consenso BFT PoS, construyendo así una red Layer2 descentralizada y altamente consistente.

Tres, explicación detallada de la arquitectura del consenso Taproot

El Consenso Taproot se compone de tres partes: Schnorr+MAST, Bitcoin SPV y Aura+Grandpa.

Schnorr+MAST combina estas dos tecnologías nativas que trae la actualización de Taproot de Bitcoin, logrando la gestión descentralizada de múltiples firmas de Bitcoin sin necesidad de firmas manuales, sino impulsada por el código de Bitcoin.

Estos códigos son impulsados por el consenso alcanzado en la red de segunda capa. Cómo la red de segunda capa alcanza consenso y cómo este consenso se sincroniza con el estado de la primera capa de Bitcoin se logra a través del consenso Bitcoin SPV+BFT POS (Aura+Grandpa).

Bitcoin SPV es un método de verificación de pagos simplificado propuesto por Satoshi Nakamoto, que permite sincronizar y verificar las transacciones de Bitcoin sin necesidad de ejecutar un nodo completo. Esta característica permite que el Consenso Taproot se sincronice con el estado de BTC en un entorno completamente descentralizado, sin necesidad de ningún tipo de permiso.

Aura+Grandpa es un protocolo de consenso PoS avanzado que implementa tolerancia a fallos bizantinos, asegurando una alta consistencia entre los nodos de la red a través de un protocolo distribuido.

El principio de funcionamiento de Taproot Consensus se puede resumir de la siguiente manera:

En el sistema, cada validador posee una clave privada de BTC para firmar Schnorr. Las características de la firma Schnorr permiten lograr una agregación de firmas eficiente, mejorando así la seguridad y eficiencia del sistema. La clave pública agregada Pagg, generada mediante el esquema de firma múltiple Musig2, forma un gran árbol MAST.

Una vez que se genera el valor hash raíz del árbol MAST, los validadores realizan transferencias de BTC y operaciones de grabado a la dirección de firma umbral generada por el árbol MAST, logrando la funcionalidad de enviar datos de la red principal de BTC a la red de segunda capa. Al mismo tiempo, cada validador actúa como un nodo ligero SPV de Bitcoin, pudiendo sincronizar el estado de la red BTC de manera segura y sin permisos.

En resumen, el Consenso Taproot utiliza Schnorr+MAST para construir una gestión descentralizada de múltiples firmas BTC en la capa uno de Bitcoin, y opera una red de nodos SPV de Bitcoin en la capa dos. Tomando como ejemplo BEVM, toda la red de la capa dos de BEVM opera nodos SPV de Bitcoin, que pueden sincronizar el estado de los datos de la capa uno de Bitcoin, logrando la sincronización de información entre BEVM y la capa uno de Bitcoin. Para garantizar la seguridad y confiabilidad de la red de la capa dos, BEVM integra la red de nodos SPV de Bitcoin con Aura+Grandpa, lo que otorga a la red de nodos SPV de Bitcoin un nivel de seguridad en el ámbito del consenso BFT. Esto significa que no son ciertos firmantes múltiples quienes gestionan los activos de la red, sino que se basa en el consenso BFT para impulsarla, logrando así una verdadera descentralización.

Cuarto, otros detalles técnicos del libro amarillo

Además del marco técnico mencionado, el libro blanco de Taproot Consensus explica detalladamente los detalles de implementación de tecnologías como las firmas Schnorr, MAST, nodos ligeros SPV de Bitcoin, Aura+Grandpa, entre otros. Para aquellos que desean aprender y entender las últimas tecnologías de Bitcoin, este libro blanco es un recurso de aprendizaje completo y detallado.

Además, el libro amarillo explica detalladamente el proceso de implementación de Musig2 y las diferencias con el conocido proyecto de Layer2 de BTC, Mezo.

La estructura tecnológica subyacente de Mezo se basa en el protocolo tBTC, utilizando Bitcoin multi-firma para construir una red de firmas umbral, que tiene una coherencia más fuerte en comparación con las redes distribuidas tradicionales.

Sin embargo, tBTC sigue siendo una red de múltiples firmas que requiere 9 firmas. Para lograr realmente un sistema que no dependa de personas, sino que esté impulsado por el consenso, es necesario combinar la red de múltiples firmas con un mecanismo de consenso BFT PoS.

La propuesta de consenso de Taproot adopta este diseño más avanzado. Al combinar las firmas Schnorr, MAST, nodos ligeros SPV de Bitcoin, así como los mecanismos de consenso tolerantes a fallos bizantinos Aura y Grandpa, se ha construido una solución de escalado descentralizada de Layer2 con alta consistencia y seguridad. Esta fusión no solo mejora la escalabilidad y la usabilidad de la red Bitcoin, sino que también garantiza la seguridad y consistencia de la red de segunda capa.

Resumen

Este libro blanco técnico describe de manera integral el esquema de implementación y los detalles técnicos del Consenso Taproot, mostrando una solución de segunda capa completamente construida sobre la tecnología nativa de Bitcoin.

Taproot Consensus no solo respeta y hereda la dirección técnica original de Bitcoin, sino que también combina innovaciones técnicas derivadas de las actualizaciones de Bitcoin a lo largo de su historia, considerado como una obra maestra de la tecnología de expansión nativa de Bitcoin.

Con el continuo desarrollo del ecosistema Bitcoin, las soluciones de segunda capa verdaderamente descentralizadas se convertirán en un camino indispensable para el desarrollo del ecosistema Bitcoin, y soluciones como Taproot Consensus tienen el potencial de brillar en el futuro.