比特幣原生擴展技術的集大成之作：深入解析 Taproot Consensus 技術黃皮書

前言

近日，一個名爲 BEVM 的比特幣 Layer2 開發團隊發布了題爲《Taproot Consensus：一種去中心化的 BTC Layer2 解決方案》的技術黃皮書。該文檔詳細闡述了 Taproot Consensus 的實現方法，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，不難發現 Taproot Consensus 方案是對比特幣原生擴展技術的一次集大成。它沒有對比特幣的代碼進行任何修改，而是巧妙地整合了比特幣的幾項核心技術，展現出簡潔而巧妙的設計思路。

在深入解讀黃皮書之前，我們有必要回顧一下比特幣的技術發展歷程，以便更好地理解 Taproot Consensus 是如何從比特幣的演進中應運而生的。

正文

一、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，首次完整闡述了比特幣的技術實現方式。論文第八章提出了 SPV（Simple Payment Verification）解決方案，即簡單支付驗證，這是一種無需運行完整節點，僅通過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，標志着比特幣的正式誕生。值得注意的是，比特幣初始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，仍處於專利保護期。

施諾爾籤名保留了橢圓曲線籤名的所有功能和安全假設，同時突破了比特幣在橢圓曲線籤名框架下最多只能實現 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 Gregory Maxwell 等人正式提出 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，開啓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。

施諾爾籤名與 MAST 的結合，使得比特幣能夠通過代碼指令驅動的去中心化多籤網路，爲比特幣二層實現更復雜、豐富的業務場景鋪平了道路。

而 Taproot Consensus 解決方案正是對比特幣這 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局限性，指出比特幣擴展的正確方向不是在一層網路上做文章，而是要利用比特幣現有能力，構建一個完全去中心化的二層擴展方案。

Taproot Consensus 正是將比特幣的 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 由 Schnorr+MAST、Bitcoin SPV 和 Aura+Grandpa 三部分組成。

Schnorr+MAST 利用比特幣 Taproot 升級帶來的這兩項原生技術進行組合，實現比特幣的去中心化多籤管理，且無需人工籤名，而是通過比特幣代碼驅動。

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，則是通過 Bitcoin SPV+BFT POS 共識（Aura+Grandpa）來實現的。

Bitcoin SPV 是中本聰提出的簡單支付驗證方式，無需運行全節點就能同步和驗證比特幣交易。這一特性使得 Taproot Consensus 能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。

Taproot Consensus 的運行原理可以總結如下：

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，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 樹。

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 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。以 BEVM 爲例，BEVM 二層網路全部運行比特幣 SPV 節點，這些節點可以同步比特幣一層的數據狀態，實現 BEVM 和比特幣一層的信息同步。爲確保二層網路的安全可信，BEVM 將比特幣 SPV 節點網路和 Aura+Grandpa 融爲一體，使比特幣 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，Taproot Consensus 黃皮書還詳細解釋了施諾爾籤名、MAST、比特幣 SPV 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，這份黃皮書是一個全面且詳細的學習資料。

此外，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 的底層技術結構基於 tBTC 協議，利用比特幣多籤構建了一個門限籤名網路，相比傳統分布式網路具有較強的一致性。

然而，tBTC 仍是一個需要 9 人籤名的多籤人網路。要真正實現不依靠人而是依靠共識驅動，需要將多籤網路與 BFT PoS 共識機制相結合。

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。

總結

這份技術黃皮書系統全面地描述了 Taproot Consensus 的實現方案和技術細節，展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 不僅尊重和繼承了比特幣原有的技術方向，還結合比特幣歷次升級帶來的技術進行了創新組合，堪稱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大放異彩。