Біткойн оригінальна технологія: аналіз технічного рішення Taproot Consensus

20 травня 2024 року команда розробників BEVM офіційно випустила технічний білл під назвою «Taproot Consensus: децентралізоване рішення для BTC Layer2». У документі детально викладено способи реалізації Taproot Consensus, а також те, як поєднати підписи Шнорра, MAST, вузли SPV Біткойна та інші рідні технології Біткойна для створення повністю децентралізованого рішення BTC Layer2.

Taproot Consensus є підсумком рідної технології розширення Біткойн. Він не вносить жодних змін до коду Біткойн, а натомість повністю використовує кілька основних технологій Біткойн для інноваційного поєднання, ідея проста, структура витончена.

Щоб краще зрозуміти розвиток консенсусу Taproot, нам потрібно згадати про технологічну еволюцію Біткойн.

Історія еволюції технологій Біткойна

31 жовтня 2008 року Сатоші Накамото опублікував статтю "Біткойн: електронна готівкова система рівноправних користувачів", в якій вперше повністю представив технічну реалізацію Біткойна. У статті згадувалося про рішення SPV (просте підтвердження платежів), яке є технологічним засобом для перевірки платежів без необхідності запуску повного вузла.

3 січня 2009 року Сатоші Накамото видобув генезис-блок, що ознаменувало офіційне народження Біткойн. Спочатку Біткойн використовував техніку підпису на основі еліптичних кривих (ECDSA), а не більш підходящу техніку підпису Шнорра, головним чином через те, що на той час підпис Шнорра ще не був відкритим.

У 2018 році основні розробники Біткойн, такі як Грегорі Максвелл, офіційно запропонували ввести сигнатури Шнорра в мережу Біткойн.

14 листопада 2021 року Біткойн завершив оновлення Taproot, офіційно впровадивши сигнатуру Шнорра, відкривши еру децентралізованих мультипідписів. Оновлення Taproot також впровадило MAST (меркелеве абстрактне синтаксичне дерево), що наділило Біткойн функціональністю, подібною до смарт-контрактів.

Комбінація підпису Schnorr і MAST дозволяє Біткойну управляти децентралізованою багатопідписною мережею через кодові інструкції, закладаючи основу для розвитку другого рівня Біткойну.

Огляд рішення Taproot Consensus

Документ жовтої книги Taproot Consensus вказує на те, що через нетюрингову природу мережі Біткойн неможливо безпосередньо реалізувати рішення для розширення другого рівня, подібні до Rollup Ethereum. Рівень скриптових контрактів Біткойн може виконувати лише прості операції переказу і не підтримує складні функції смарт-контрактів. Тому метою Taproot Consensus є використання існуючих можливостей Біткойн для створення повністю децентралізованого рішення для розширення другого рівня Біткойн.

Taproot Consensus об'єднує технологію Taproot Біткойна (включаючи Schnorr підписи та MAST), легкі вузли SPV Біткойна та механізм консенсусу BFT PoS, створюючи децентралізовану та високо узгоджену мережу Layer2.

Детальний опис архітектури консенсусу Taproot

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

Schnorr+MAST використовує рідні технології, що стали доступними завдяки оновленню Taproot для Біткойн, щоб реалізувати децентралізоване управління мультипідписами Біткойн, яке може бути активоване за допомогою коду Біткойн, а не ручного підпису.

Біткойн SPV є простою системою верифікації платежів, запропонованою Сатоші Накамото, яка дозволяє консенсусу Taproot синхронізувати стан BTC в повністю децентралізованому середовищі.

Aura+Grandpa є вдосконаленою PoS консенсус-протоколом, що реалізує візантійську стійкість, забезпечуючи високу узгодженість мережевих вузлів.

У системі BEVM кожен валідатор має BTC приватний ключ для Schnorr підписів. Агрегований публічний ключ Pagg, сформований за допомогою схеми мультипідписів Musig2, утворює велику MAST дерево. Валідатори реалізують функцію подання даних з основної мережі BTC до мережі BEVM, здійснюючи BTC перекази та операції гравіювання на адреси з підписом з пороговим значенням, згенерованим MAST деревом. Одночасно кожен валідатор, як легкий вузол Bitcoin SPV, може безпечно і без дозволу синхронізувати стан мережі BTC.

Технічні деталі та інновації

Окрім основної структури, жовта книга Taproot Consensus також детально пояснює реалізаційні деталі технологій, таких як Schnorr підписи, MAST, Біткойн SPV легкі вузли, Aura+Grandpa, надаючи всебічну інформацію для вивчення новітніх технологій Біткойн.

Жовта книга також пояснює процес реалізації Musig2, а також відмінності від відомих проектів BTC Layer2, таких як Mezo. На відміну від Mezo, що базується на протоколі tBTC, Taproot Consensus використовує більш передовий дизайн, поєднуючи підписи Schnorr, MAST, Біткойн SPV легкі вузли, а також механізми Бейзантинської толерантності помилок Aura і Grandpa, створюючи високостійке і безпечне децентралізоване рішення для розширення Layer2.

Підсумок

Технічний жовтий документ команди BEVM всебічно описує реалізацію Taproot Consensus та технічні деталі, демонструючи повністю другий рівень рішення, побудованого на основі нативних технологій Біткойн. Taproot Consensus не лише успадковує технічний напрямок Біткойн, але й поєднує інновації, що виникають в результаті всіх оновлень Біткойн, представляючи собою узагальнення нативних технологій розширення Біткойн.

З розвитком екосистеми Біткойн, справжні децентралізовані другі рівні рішення для Біткойн стануть невідворотним трендом, рішення на кшталт Taproot Consensus мають потенціал відігравати важливу роль у майбутньому.