Біткойн оригінальна розширювальна технологія: аналіз технології Taproot Consensus

20 травня 2024 року команда BEVM опублікувала технічний білл «Taproot Consensus: децентралізоване рішення BTC Layer2». Цей білл детально викладає способи реалізації Taproot Consensus, а також те, як за допомогою підписів Шнорра, MAST, нодів SPV Біткойна та інших рідних технологій Біткойна побудувати повністю децентралізоване рішення BTC Layer2.

Taproot Consensus є кульмінацією рідної технології розширення Біткойн. Він не вносить жодних змін до коду Біткойн, а вміло поєднує кілька рідних технологій Біткойн, маючи просту концепцію та вмілу структуру. Щоб краще зрозуміти еволюцію Taproot Consensus, необхідно ознайомитися з історією технологічного розвитку Біткойн.

Біткойн технологічні етапи розвитку

31 жовтня 2008 року Сатоші Накамото опублікував статтю "Біткойн: електронна готівкова система рівноправних", в якій вперше представив повний технічний план реалізації Біткойна. Восьмий розділ статті описує технологію SPV (Simple Payment Verification) – просту перевірку платежів, яка не вимагає запуску повного вузла, а лише зберігання заголовків блоків для перевірки платежів.

3 січня 2009 року Сатоші Накамото на сервері в Гельсінкі видобув генезис-блок, що означає офіційне народження Біткойна. Варто зазначити, що Біткойн спочатку використовував технологію підпису на основі еліптичних кривих (ECDSA), а не більш відповідну технологію підпису Шніора. Це сталося тому, що на той час підпис Шніора ще не був відкритим, він все ще перебував під патентом.

Підпис Шнорра зберігає всі функції та безпекові припущення підпису на еліптичних кривих, одночасно долаючи обмеження на 15-кратні багаторазові підписи Біткойна, що дозволяє 1000+ адресам спільно керувати Біткойном без впливу на швидкість підпису.

У 2018 році, після багатьох років верифікації, розробники ядра Біткойн, такі як Грегорі Максвелл, офіційно запропонували впровадження підпису Шнорра в мережу Біткойн.

14 листопада 2021 року Біткойн завершив оновлення Taproot, офіційно впровадивши сигнатури Шнорра, що відкриває нову еру децентралізованих мультипідписів. Окрім сигнатур Шнорра, оновлення Taproot також впровадило технологію MAST (Merkelized Abstract Syntax Trees) — мерклеїзовані абстрактні синтаксичні дерева, що надає Біткойну функціональність, подібну до смарт-контрактів.

Комбінація підпису Шнорра та MAST дозволяє Біткойну працювати через програмний код для створення децентралізованих мультипідписних мереж, що закладає основу для розвитку другого рівня Біткойну.

Огляд рішення Taproot Consensus

Документ жовтої книги технології Taproot Consensus вказує на те, що нетюрінгова природа мережі Біткойн обмежує її здатність безпосередньо реалізувати рішення Layer2 розширення, подібні до Rollup в Ethereum. Рівень скриптових контрактів мережі Біткойн може виконувати лише прості операції переказу, не підтримуючи складні функції розумних контрактів. Тому побудова рішень Layer2 лише на основі скриптового рівня Біткойн є неможливою.

Taproot Consensus рішення об'єднує технологію Taproot Біткойну (Schnorr підписи та MAST), легкі вузли SPV Біткойну та механізм консенсусу BFT PoS, створюючи децентралізовану та високоузгоджену мережу Layer2.

Докладний опис архітектури консенсусу Taproot

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

Schnorr+Mast використовує нативні технології, що були впроваджені оновленням Taproot для Біткойна, для реалізації децентралізованого мультипідписного управління Біткойном, яке може бути кероване кодом, а не ручним підписом.

Біткойн SPV є простим способом перевірки платежів, запропонованим Сатоші Накамото, який дозволяє синхронізувати та перевіряти біткойн-транзакції без необхідності запуску повного вузла. Це дозволяє Taproot Consensus синхронізувати статус BTC у повністю децентралізованому середовищі без дозволу.

Aura+Grandpa є універсальним протоколом консенсусу PoS з високим ступенем стійкості до помилок у стилі Візантії, що забезпечує високу узгодженість мережевих вузлів.

Принцип роботи Taproot Consensus такий:

У системі BEVM кожен валідатор має BTC приватний ключ для Schnorr підписів. Агрегований публічний ключ Pagg, створений за допомогою мультипідписного рішення Musig2, формує велику MAST-дерево. Валідатори виконують перекази BTC та операції гравіювання на адреси з пороговими підписами, які генеруються MAST-деревом, реалізуючи функцію подання даних з основної мережі BTC до мережі BEVM. Одночасно кожен валідатор виступає як легкий вузол Bitcoin SPV, здатний безпечно і без дозволів синхронізувати стан мережі BTC.

Коротко кажучи, Taproot Consensus використовує Schnorr+Mast для побудови децентралізованого управління BTC мультипідписами на першому рівні Біткойна, а на другому рівні працює мережа вузлів Bitcoin SPV. Наприклад, у BEVM вся мережа другого рівня працює як вузли Bitcoin SPV, що дозволяє синхронізувати стан даних першого рівня Біткойна. BEVM поєднує мережу вузлів Bitcoin SPV з Aura+Grandpa, що забезпечує рівень безпеки BFT консенсусу, досягаючи справжньої децентралізації.

Технічні деталі та інновації

Taproot Consensus жовта книга також детально пояснює реалізацію таких технологій, як сигнатури Шнорра, MAST, легкі вузли Біткойн PSV, Aura+Grandpa, а також процес реалізації Musig2.

Жовта книга також порівняла відомі BTC Layer2 проекти Mezo та Taproot Consensus. Mezo базується на протоколі tBTC, використовуючи багатопідписну мережу на базі Біткойн. Але tBTC все ще потребує мережі з 9 підписантів, тоді як Taproot Consensus поєднує багатопідписну мережу з механізмом консенсусу BFT PoS, що забезпечує справжню децентралізацію.

Підсумок

Технічний білл BEVM команди повністю описує реалізацію Taproot Consensus та технічні деталі, демонструючи рішення другого рівня, яке повністю базується на рідній технології Біткойн. Taproot Consensus не тільки успадковує технічний напрямок Біткойн, але й поєднує інновації, що виникли внаслідок численних оновлень Біткойн, становлячи результативну технологію рідного розширення Біткойн.

З розвитком екосистеми Біткойн справжні децентралізовані рішення другого рівня Біткойн стануть неминучою тенденцією, рішення на кшталт Taproot Consensus мають всі шанси в майбутньому засяяти.