Великое достижение нативной технологии масштабирования Биткойн: глубокий анализ технической документации Taproot Consensus

Введение

На днях команда разработчиков Bitcoin Layer2 под названием BEVM выпустила технический белый лист под названием «Taproot Consensus: децентрализованное решение BTC Layer2». В документе подробно изложены методы реализации Taproot Consensus, а также способы использования подписей Шнора, MAST, узлов SPV Биткойна и других родных технологий Биткойна для создания полностью децентрализованного решения BTC Layer2.

Прочитав весь текст, не трудно заметить, что решение Taproot Consensus является синтезом оригинальной технологии расширения Биткойна. Оно не вносит никаких изменений в код Биткойна, а умело интегрирует несколько основных технологий Биткойна, демонстрируя простоту и изящную дизайнерскую концепцию.

Перед тем как углубиться в интерпретацию желтой книги, нам необходимо вспомнить о техническом развитии Биткойна, чтобы лучше понять, как Консенсус Taproot возник в ходе эволюции Биткойна.

Текст

Один. Обзор развития технологий Биткойн

31 октября 2008 года Сатоши Накамото опубликовал статью «Биткойн: одноранговая электронная денежная система», в которой впервые полно и подробно изложил технические аспекты реализации Биткойна. В восьмой главе статьи предложено решение SPV (Simple Payment Verification), то есть простая проверка платежей, которое позволяет проверять платежи без необходимости запуска полного узла, просто сохраняя заголовки блоков.

3 января 2009 года Сатоши Накамото на небольшом сервере в Хельсинки создал генезис-блок, что ознаменовало официальное рождение Биткойна. Стоит отметить, что исходный код Биткойна использовал технологию подписи на основе эллиптической кривой (ECDSA), а не более подходящую для Биткойна технологию подписей Шнорра. Это произошло потому, что на тот момент подписи Шнорра еще не были открыты, и находились под патентной защитой.

Подпись Шнорра сохраняет все функции и предположения о безопасности подписи на основе эллиптической кривой, одновременно преодолевая ограничение Биткойна на максимальное количество 15 подписей в рамках системы эллиптической кривой, в конечном итоге позволяя управлять более чем 1000 адресами совместно, не влияя на скорость подписи.

В 2018 году, после многолетней проверки, разработчики ядра Биткойн, такие как Грегори Максвелл, официально предложили BIP, рекомендуя внедрить подписи Schnorr в сеть Биткойн.

14 ноября 2021 года Биткойн завершил обновление Taproot, Schnorr-подпись официально вошла в сеть Биткойн, открыв новую эру децентрализованных мультиподписей. Помимо Schnorr-подписи, обновление Taproot также ввело MAST (Merkelized Abstract Syntax Trees), то есть Меркле-абстрактные синтаксические деревья, что является технологией, придающей Биткойну функции, подобные умным контрактам.

Комбинация подписей Шнорра и MAST позволяет Биткойну создать децентрализованную мультиподписную сеть, управляемую кодовыми инструкциями, что прокладывает путь для реализации более сложных и богатых бизнес-сценариев на втором уровне Биткойна.

А решение Taproot Consensus является квинтэссенцией 13-летней технологической эволюции Биткойна.

Два. Обзор решения Taproot Consensus

Документ о технологии Taproot Consensus в начале указывает, что нетюрингова природа сети Биткойн ограничивает ее возможность напрямую реализовать решения для расширения Layer2, подобные Rollup на Эфириуме. Уровень скриптовых контрактов сети Биткойн может выполнять только простые операции перевода и не может поддерживать более сложные функции смарт-контрактов. Таким образом, просто построить решения для расширения Layer2 на уровне скриптов Биткойн невозможно.

Это описание высоко обобщает ограничения сети Биткойн, указывая, что правильное направление расширения Биткойн не заключается в манипуляциях с уровнем сети, а в использовании существующих возможностей Биткойн для создания полностью децентрализованного решения для второго уровня.

Taproot Consensus объединяет технологию Taproot Биткойна (подписи Schnorr и MAST), легкие узлы SPV Биткойна и механизм консенсуса BFT PoS, создавая 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 используют две родные технологии, принесенные обновлением Биткойн Taproot, для комбинации, реализуя децентрализованное управление многими подписями Биткойн, и при этом не требуют ручной подписи, а управляются через код Биткойн.

Эти коды управляются консенсусом, достигнутым во втором уровне сети. Как второй уровень сети достигает консенсуса и как этот консенсус синхронизируется со статусом первого уровня Биткойна, достигается с помощью консенсуса Bitcoin SPV+BFT POS (Aura+Grandpa).

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

Aura+Grandpa является продвинутым PoS консенсус-протоколом, реализующим византийскую устойчивость, который обеспечивает высокую согласованность сетевых узлов через распределенный протокол.

Принцип работы Taproot Consensus можно резюмировать следующим образом:

В системе каждый валидатор владеет BTC приватным ключом для подписей Schnorr. Особенности подписей Schnorr позволяют эффективно осуществлять агрегацию подписей, повышая безопасность и эффективность системы. Агрегированное публичное ключ Pagg, созданное с помощью схемы многофакторной подписи Musig2, формирует большое дерево MAST.

После генерации корневого хеш-значения дерева MAST, валидатор выполняет перевод BTC и операции по гравировке на адреса пороговой подписи, сгенерированные деревом MAST, реализуя возможность отправки данных с основной сети BTC на второй уровень. В то же время каждый валидатор выступает в качестве легкого узла Bitcoin SPV, что позволяет безопасно и без разрешений синхронизировать состояние сети BTC.

Короче говоря, консенсус Taproot использует Schnorr+MAST для построения децентрализованного управления многоподписными BTC на первом уровне Биткойн, а на втором уровне работает сеть узлов Bitcoin SPV. Например, в сети BEVM все узлы второго уровня работают с узлами Bitcoin SPV, которые могут синхронизировать состояние данных первого уровня Биткойн, обеспечивая синхронизацию информации между BEVM и первым уровнем Биткойн. Чтобы гарантировать безопасность и надежность сети второго уровня, BEVM объединяет сеть узлов Bitcoin SPV с Aura+Grandpa, что придает сети узлов Bitcoin SPV уровень безопасности на уровне BFT консенсуса. Это означает, что управление сетевыми активами осуществляется не некоторыми многоподписчиками, а основано на BFT консенсусе, что позволяет достичь истинной децентрализации.

Четыре, другие технические детали желтой книги

Помимо вышеупомянутой технологической структуры, желтая книга Taproot Consensus также подробно объясняет детали реализации таких технологий, как подписи Шнора, MAST, легкие узлы SPV Биткойн, Aura+Grandpa и др. Для тех, кто хочет изучить и понять последние технологии Биткойна, эта желтая книга является всеобъемлющим и подробным учебным материалом.

Кроме того, жёлтая книга подробно объясняет процесс реализации Musig2, а также различия с известным проектом BTC Layer2 Mezo.

Техническая структура Mezo основана на протоколе tBTC и использует многоподписку Биткойна для создания сети пороговых подписей, которая обладает более высокой согласованностью по сравнению с традиционными распределенными сетями.

Тем не менее, tBTC по-прежнему является сетью мультиподписей, требующей 9 подписей. Для того чтобы действительно добиться работы на основе консенсуса, а не людей, необходимо объединить сеть мультиподписей с механизмом консенсуса BFT PoS.

方案 Taproot Consensus использует более продвинутый дизайн. Объединяя Schnorr подписи, MAST, Биткойн SPV легкие узлы, а также механизмы консенсуса с византийской устойчивостью Aura и Grandpa, был создан высоко согласованный и безопасный децентрализованный Layer2 расширяющий план. Это слияние не только повысило масштабируемость и удобство сети Биткойн, но и обеспечило безопасность и согласованность второго уровня сети.

Итог

Этот технический желтый отчет систематически описывает реализацию и технические детали Taproot Consensus, демонстрируя полностью основанное на оригинальных технологиях Биткойна решение второго уровня.

Taproot Consensus не только уважает и наследует оригинальное технологическое направление Биткойн, но и сочетает инновации, возникшие в результате всех предыдущих обновлений Биткойн, что делает его выдающимся произведением в области родных технологий расширения Биткойн.

С развитием экосистемы Биткойн настоящие децентрализованные решения второго уровня станут обязательным этапом в развитии экосистемы Биткойн, и такое решение, как Taproot Consensus, обещает стать звездой в будущем.

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