Біткойн рідної розширювальної технології шедевр: глибокий аналіз технології Taproot Consensus технічного документа

Вступ

Нещодавно команда розробників Layer2 Біткойн під назвою BEVM опублікувала технічний жовтий документ під назвою "Taproot Consensus: децентралізоване рішення BTC Layer2". У документі детально викладено методи реалізації Taproot Consensus, а також як використовувати підписи Шнорра, MAST, SPV-нод Біткойн та інші рідні технології Біткойн для побудови повністю децентралізованого рішення BTC Layer2.

Прочитавши текст, не важко помітити, що рішення Taproot Consensus є узагальненням рідної технології розширення Біткойну. Воно не вносить жодних змін до коду Біткойну, а натомість майстерно інтегрує кілька основних технологій Біткойну, демонструючи простий і вишуканий дизайн.

Перед тим, як глибше проаналізувати жовту книгу, нам потрібно ознайомитися з історією технічного розвитку Біткойна, щоб краще зрозуміти, як Taproot Consensus виник з еволюції Біткойна.

Текст

Од. Огляд розвитку технологій Біткойн

31 жовтня 2008 року Сатоші Накамото опублікував статтю "Біткойн: система електронних грошей рівний-рівному", в якій вперше повністю викладено технічну реалізацію Біткойна. У восьмому розділі статті запропоновано рішення SPV (Simple Payment Verification), тобто просту перевірку платежів, що є технологічним засобом, який дозволяє перевіряти платежі, не запускаючи повний вузол, а лише зберігаючи заголовки блоків.

3 січня 2009 року Сатоші Накамото на невеликому сервері в Гельсінкі видобув генезис-блок, що знаменувало офіційне народження Біткойна. Варто зазначити, що початковий код Біткойна використовував технологію підпису на основі еліптичних кривих (ECDSA), а не більш підходящу для Біткойна технологію підпису Шнорра. Це сталося тому, що на той час підпис Шнорра ще не був відкритим, і залишався під патентом.

Підпис Шнорра зберігає всі функції та безпекові припущення підпису на еліптичних кривих, водночас обходячи обмеження Біткойна, яке дозволяє реалізувати максимум 15 підписів у рамках підпису на еліптичних кривих, і в кінцевому підсумку дозволяє 1000+ адрес спільно керувати монетою Біткойн без впливу на швидкість підпису.

У 2018 році, після багатьох років верифікації, розробники ядра Біткойн Грегорі Максвелл та інші офіційно запропонували BIP, що рекомендує впровадження підписів Шнорра у мережу Біткойн.

14 листопада 2021 року Біткойн завершив оновлення Taproot, і підпис Шнорра офіційно був інтегрований до мережі Біткойн, відкривши нову еру децентралізованих мультипідписів. Окрім підпису Шнорра, оновлення Taproot також впроваджує MAST (Merkelized Abstract Syntax Trees), тобто мерклева абстрактна синтаксична структура, що є технологією, яка надає Біткойну функціональність, подібну до смарт-контрактів.

Комбінація підпису Шнорра та MAST дозволяє Біткойну прокладати шлях до більш складних та багатих бізнес-сценаріїв для другого рівня Біткойна через децентралізовану мультипідписну мережу, керовану кодовими інструкціями.

А рішення Taproot Consensus є підсумком 13-річної технологічної еволюції Біткойна.

Два. Огляд рішення Taproot Consensus

Жовта книга технології Taproot Consensus на початку вказує, що нетюрингові властивості мережі Біткойн обмежують її здатність безпосередньо реалізовувати рішення для розширення Layer2, подібні до Rollup в Ethereum. Скриптова контрактна частина мережі Біткойн може виконувати лише прості операції переказу, не підтримуючи більш складні функції смарт-контрактів. Тому просте створення рішень для розширення Layer2 на рівні скриптів Біткойн є неможливим.

Цей опис висвітлює обмеження мережі Біткойн, підкреслюючи, що правильний напрямок розширення Біткойн не полягає в покращенні першого рівня мережі, а в використанні існуючих можливостей Біткойн для створення повністю децентралізованого рішення для другого рівня.

Taproot Consensus є поєднанням технології Taproot Біткойна (підписи Schnorr та MAST), легких вузлів SPV Біткойна та механізму консенсусу BFT PoS, що дозволяє створити децентралізовану та високоузгоджену мережу Layer2.

Три. Детальний опис архітектури консенсусу Taproot

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

Schnorr+MAST використовують ці дві рідні технології, принесені оновленням Taproot Біткойна, для поєднання та реалізації децентралізованого мультипідписного управління Біткойном без необхідності ручного підпису, а через код Біткойна.

Ці коди керуються консенсусом, досягнутим за допомогою другого рівня мережі. Як другий рівень мережі досягає консенсусу, а також як цей консенсус реалізує синхронізацію стану з першим рівнем Біткойна, здійснюється через консенсус Bitcoin SPV+BFT POS (Aura+Grandpa).

Біткойн SPV — це простий спосіб перевірки платежів, запропонований Сатоші Накамото, який дозволяє синхронізувати та перевіряти біткойн-транзакції без необхідності запускати повний вузол. Ця особливість дозволяє Taproot Consensus синхронізувати стан BTC у повністю децентралізованому середовищі без будь-яких дозволів.

Aura+Grandpa є розширеним PoS консенсус-протоколом, що реалізує байєсівську толерантність до збою, забезпечуючи високу узгодженість мережевих вузлів через розподілений протокол.

Принцип роботи Taproot Consensus можна підсумувати наступним чином:

У системі кожен валідатор має BTC приватний ключ для Schnorr підписів. Особливості Schnorr підписів дозволяють досягати ефективної агрегації підписів, підвищуючи безпеку та ефективність системи. Агрегований публічний ключ Pagg, згенерований через Musig2 мультипідписну схему, утворює велику MAST дерево.

Після генерації кореневого хешу дерева MAST, валідатор здійснює переказ BTC та операції гравіювання на адресу порогового підпису, згенерованого деревом MAST, реалізуючи функцію подання даних з основної мережі BTC до другого рівня мережі. Одночасно кожен валідатор виступає в ролі легкого вузла Bitcoin SPV, що дозволяє безпечно та без дозволу синхронізувати стан мережі BTC.

У двох словах, консенсус Taproot використовує Schnorr+MAST для побудови децентралізованого управління BTC мультипідписами на першому рівні Біткойн, а на другому рівні працює мережа вузлів Bitcoin SPV. Наприклад, у BEVM вся мережа другого рівня працює на вузлах Bitcoin SPV, які можуть синхронізувати стан даних першого рівня Біткойн, забезпечуючи інформаційну синхронізацію між BEVM і першим рівнем Біткойн. Щоб забезпечити безпеку та надійність мережі другого рівня, BEVM інтегрує мережу вузлів Bitcoin SPV з Aura+Grandpa, що надає мережі вузлів Bitcoin SPV рівень безпеки на рівні BFT консенсусу. Це означає, що управління мережевими активами не здійснюється певними мультипідписниками, а базується на BFT консенсусі, що забезпечує справжню децентралізацію.

Чотири, інші технічні деталі жовтої книги

Окрім вищезазначеної технологічної структури, жовта книга Taproot Consensus також детально пояснює реалізаційні деталі таких технологій, як підписи Шноура, MAST, легкі вузли SPV Біткойна, Aura+Grandpa тощо. Для тих, хто хоче вивчити та зрозуміти новітні технології Біткойна, ця жовта книга є всебічним і детальним навчальним матеріалом.

Крім того, жовта книга детально пояснює процес реалізації Musig2, а також різницю між відомим BTC Layer2 проектом Mezo.

Технічна структура Mezo базується на протоколі tBTC, використовуючи багатопідпис Біткойна для створення мережі порогового підпису, що має більшу узгодженість у порівнянні з традиційними розподіленими мережами.

Однак tBTC все ще є мережею мультипідпису, яка потребує підпису 9 осіб. Щоб справді реалізувати систему, що не покладається на людей, а керується консенсусом, необхідно поєднати мережу мультипідпису з механізмом консенсусу BFT PoS.

Схема консенсусу Taproot використовує цей більш просунутий дизайн. Поєднуючи підписи Шнорра, MAST, легкі вузли Bitcoin SPV та візантійські відмовостійкі механізми консенсусу Aura та Grandpa, створюється високопослідовна та безпечна децентралізована схема масштабування Layer2. Ця конвергенція не тільки покращує масштабованість і доступність мережі Bitcoin, але й забезпечує безпеку та стабільність мережі рівня 2.

Підсумок

Цей технічний жовтий документ систематично описує реалізацію Taproot Consensus та технічні деталі, демонструючи повністю побудоване на рідних технологіях Біткойна рішення другого рівня.

Taproot Consensus не лише поважає та успадковує первісний технічний напрямок Біткойн, а й поєднує інноваційні комбінації технологій, які виникли внаслідок численних оновлень Біткойн, що робить його справжнім шедевром рідної технології розширення Біткойн.

З розвитком екосистеми Біткойн справжні децентралізовані рішення другого рівня стануть необхідним етапом у розвитку екосистеми Біткойн, і рішення Taproot Consensus має всі шанси стати яскравою зіркою в майбутньому.