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                比特幣 Taproot 升級臨近,一文了解它的過去、現在與未來

                來源 中金網 10-29 17:17
                摘要: Taproot 方案除了能提高比特幣的隱私性之外,還可以擴展比特幣智能合約的靈活

                  區塊天眼APP訊 : Taproot 方案除了能提高比特幣的隱私性之外,還可以擴展比特幣智能合約的靈活性。

                  原文標題:《比特幣 Taproot 升級終于要來了!一文了解它的過去、現在與未來》

                  撰文:Bitcoin Optech

                  翻譯:灑脫喜

                  大約兩周后,比特幣將迎來它最重要的技術升級之一:Taproot。

                  什么是 Taproot?維基百科上給出的普通定義是:

                  「主根(Taproot)是一個大的、中心的、占優勢的根,而其它的根會從其側面發芽。通常,主根有些直,然后形狀逐漸變細,并直接向下生長。在例如胡蘿卜這樣的植物中,主根是一種非常發達的貯藏器官,其已被作為蔬菜栽培?!?/p>

                  那比特幣即將采用的 Taproot 技術方案到底是什么?它的名字是如何來的?

                比特幣 Taproot 名字的由來

                  「我一直認為這個名字的由來是『利用 Merkle 根』,但我實際上并不知道 Gregory Maxwell 的想法是什么?!埂狿ieterWuille

                  「我最初不得不查這個詞,但我把它理解成了關鍵路徑,因為它是你制作美味的胡蘿卜湯的核心,而默克爾化的腳本將是你希望忽略的其他較小的根?!埂狝nthony Towns

                  而 Taproot 方案提出者 Gregory Maxwell 給出的 答案 則是:

                  「這個詞起源于一棵樹的形象化,這顆樹的中央有一個像蒲公英主根一樣粗壯的中心(這項技術非常有用,因為假設有一條高概率路徑,其余的路徑就模糊化了)。我認為這是一個很好的方法,因為它通過利用根中隱藏的 Commitment 來驗證腳本路徑的花費。 ……唉,將具有已排序內部節點的哈希樹稱為「桃金娘樹」(Myrtle tree)并沒有流行起來。(Myrtle tree 是包括 Melaleuca 樹、茶樹(Tea-tree)在內的樹家族,這聽起來像 『Merkle』」

                  因此,當談論比特幣 Taproot 時,我們腦海中浮現出來的圖像應該是下面這個樣子的:

                  來源:SHUTTERSTOCK

                Taproot 升級對比特幣的影響是什么?

                  早在 18 年初,在 Gregory Maxwell 提出 Taproot 方案之后,國內比特幣社區便對該方案進行了早期的報道,當時社區的關注點在于:「實施 Taproot 升級后,閃電網絡將變得更加私密,這使得 LN 交易與所有比特幣交易無法區分開來,因此人們將無法區分比特幣的鏈上交易和閃電網絡的鏈下交易」。

                  而要應用 Taproot 的前提,是需要先讓 Schnorr 簽名方案落地。

                  到了 2019 年,除了提高比特幣的隱私性之外,Taproot 方案又被社區賦予了新的使命——擴展比特幣智能合約的靈活性。也因此,Taproot 升級以及 Schnorr 簽名被提升為「比特幣在下一階段的重要技術」。

                  2020 年 1 月份,Bitcoin Core 代碼庫維護者之一 Pieter Wuille 正式發布了包含 Taproot/Schnorr 軟分叉升級的 BIP 340、BIP 341 以及 BIP 342,由此,這兩個升級提案開始逐漸進入比特幣用戶們的視野。

                  今年 6 月份,比特幣全網支持 Taproot 升級的算力超過了 90%,達到了鎖定升級的最低要求,這也意味著 Taproot 將在比特幣區塊高度達到 709,632 (預計將在北京時間 11 月 13 日前后)時正式與大家見面。

                關于 Taproot 和 Schnorr 簽名的一些趣事
                •   比特幣最初使用的是 ECDSA 簽名方案,但實際上 Schnorr 簽名要比 ECDSA 簽名更早誕生,我們說 Schnorr 簽名是對比特幣原始 ECDSA 簽名的升級,是因為其可以更容易地實現各種密碼學技巧。在時間順序上,Schnorr 簽名算法的誕生,要早于 ECDSA 所基于的 DSA 算法。而中本聰使用 DSA 的部分目的是為了規避 Claus Peter Schnorr 的 Schnorr 簽名專利,而他的專利在 2011 年到期了。

                •   雖然沒有成功,但在比特幣采用 Schnorr 簽名的早期發展中,有人建議不應將 Claus Peter Schnorr 的名字與比特幣關聯起來,因為他的專利導致這種有價值的密碼學技術在 20 多年的時間里沒有被廣泛使用。Pieter Wuille 曾表示:「我們確實考慮過用 DLS (離散對數簽名)來稱呼 BIP 340,但我們最終沒有這樣做,因為 Schnorr 的名字已經被談論得太多了?!?/p>

                •   Pay To Contract:Ilja Gerhardt 和 Timo Hanke 創建了一個名為 Pay To Contract 的協議,該協議由 Hanke 在 2013 年的圣何塞比特幣會議上提出,其允許一筆支付承諾其合約的哈希值。任何擁有該合約副本和用于避免某些攻擊的 Nonce 的人,都可以驗證這個承諾(commitment),但對其他人來說,這種付款看起來與其他的比特幣付款類似。

                  2014 年關于 側鏈的論文 中包含了對這種 Pay To Contract (P2C) 協議的輕微改進,其中承諾還包括原始的支付公鑰,而 Taproot 使用了相同的結構。

                Taproot 落地之后,未來可能的比特幣共識改變

                  那在激活 Taproot 之后,開發者們會在它的基礎之上對比特幣進行哪些共識層的改進呢?

                  交叉輸入(Cross-input)簽名聚合:Schnorr 簽名使幾個不同的公鑰和私鑰對的所有者可輕松地創建單個簽名,以證明所有密鑰所有者在創建簽名時都進行了協作。隨著未來共識的變化,這可能允許交易包含單個簽名,該簽名可用于證明在該交易中使用的所有 UTXO 的所有者已授權使用。在第一次輸入后,這將為每個密鑰路徑(Keypath)花費節省大約 16 虛擬字節(Vbytes),從而為整合以及 CoinJoin 節省開銷。它甚至可使基于 CoinJoin 的支出比常規的支出更便宜,從而提供一種溫和的激勵,以鼓勵人們更多地去使用隱私交易。

                  SIGHASH_ANYPREVOUT:每一筆正常的比特幣交易都包含一個或多個輸入,并且這些輸入中的每一個都使用其 txid 引用前一筆交易的輸出。這告訴了全驗證節點(例如 Bitcoin Core)這筆交易可以花費多少錢,以及需要滿足哪些條件才能證明支出是經過授權的。為比特幣交易生成簽名的所有方式,無論有沒有 Taproot,要么提交到 Prevout 中的 Txid,要么根本不牽扯到 Prevout。對于不想使用精確的預先安排的一系列交易的多用戶協議來說,這是一個問題。如果任何用戶可以跳過特定交易,或更改除 Witness 驗證數據之外的任何交易的任何細節,這將更改任何后續交易的 Txid。而更改 Txid 會使之前為以后交易創建的任何簽名無效。這迫使鏈下協議實施機制來懲罰任何提交舊交易的用戶(例如 LN 的懲罰機制)。

                  而 SIGHASH_ANYPREVOUT 可通過允許簽名跳過提交到 Prevout Txid 來消除這個問題。這使得為閃電網絡(LN)實施 Eltoo 層以及對 Vault 金庫 和其他合約協議的改進成為可能。

                  委托(Delegation)和歸納:在你創建一個腳本(Taproot 或其它)之后,除了將私鑰授予其他人(非常危險),你幾乎無法授權他人使用該腳本。此外,對于想要使用密鑰路徑(Keypath)花費加上少量基于腳本條件的用戶來說,可以使 Taproot 變得更經濟。開發者們已經提出了幾種通過歸納和提供簽名者委托來增強 Taproot 的方法:

                •   Graftroot:在 Taproot 的想法誕生后不久,Graftroot 就被提出了,該方案將為任何能夠制作 Taproot 路徑的人提供一項額外的功能。密鑰路徑(Keypath)簽名者可以簽署一個腳本,描述資金可使用的新條件,將支出權限委托給任何能夠滿足該腳本要求的人,而不是直接支出資金。簽名、腳本以及滿足腳本所需的任何數據,都將在支出交易中提供。密鑰路徑(Keypath)簽名者可通過這種方式委托給無限數量的腳本,而無需創建任何鏈上數據,直到發生實際支出。

                •   廣義 Taproot(g‘root): 幾個月后,Anthony Towns 提出了一種使用 公鑰點(Public Key Points) 來承諾多種不同支出條件的方法,而不必使用類似 MAST 的結構。這種廣義 Taproot (g’root) 構造「在 Taproot 假設不成立的情況下可能更有效」,此外,它還提供了一種構建軟分叉安全交叉輸入聚合系統的簡單方法。

                •   Entroot:Graftroot 和 groot 的最新合成方案,它簡化了許多情況,使它們更具帶寬效率。

                  新的和舊的操作碼(Opcode):Taproot 軟分叉包含了對 Tapscript 的支持,它提供了一種向比特幣添加新操作碼的改進方法,即 OP_SUCCESSx 操作碼。一些擬議的新操作碼包括:

                •   恢復舊操作碼:由于擔心安全漏洞,2010 年開發者禁用了一些數學和字符串操作的操作碼。許多開發人員希望在安全審查后重新啟用這些操作碼,并且(在某些情況下)可能會擴展操作碼以處理更大的數字。

                •   OP_CAT:值得特別提及的一個先前禁用的操作碼是 OP_CAT,研究人員發現它可單獨在比特幣上實現各種有趣的行為,或者它還能以有趣的方式與其他新操作碼進行組合。

                •   OP_TAPLEAF_UPDATE_VERIFY:當與 Taproot 的密鑰路徑和腳本路徑功能一起使用時,OP_TLUV 操作碼能以一種特別高效和強大的方式啟用契約(Covenants)。這可用于實現 JoinPool、Vault 以及其他安全和隱私改進。它還可以與 OP_CHECKTEMPLATEVERIFY 很好地結合。

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                比特幣
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