A obra-prima da tecnologia nativa do Bitcoin: Análise do white paper da tecnologia Taproot Consensus

No dia 20 de maio de 2024, uma equipe de desenvolvimento de Layer2 de Bitcoin lançou um white paper técnico intitulado "Taproot Consensus: uma solução BTC Layer2 descentralizada". Este white paper descreve detalhadamente a forma de implementação do Taproot Consensus, bem como como combinar assinaturas Schnorr, MAST, nós SPV de Bitcoin e outras tecnologias nativas do Bitcoin para construir uma solução BTC Layer2 completamente descentralizada.

Taproot Consensus é a culminação da tecnologia de expansão nativa do Bitcoin. Ele não modificou o código do Bitcoin, mas aproveitou ao máximo várias tecnologias nativas do Bitcoin para uma combinação inovadora, com uma abordagem simples e uma estrutura inteligente.

Antes de interpretar o livro amarelo, vamos revisar o histórico de desenvolvimento técnico do Bitcoin, para entender como o Consenso Taproot surgiu da evolução do Bitcoin.

I. Breve História do Desenvolvimento da Tecnologia Bitcoin

Em 31 de outubro de 2008, Satoshi Nakamoto publicou o artigo "Bitcoin: um sistema de dinheiro eletrônico ponto a ponto", propondo oficialmente o plano técnico completo para o Bitcoin. O artigo menciona a solução de verificação de pagamento simples (SPV), que é um método técnico que permite verificar pagamentos sem a necessidade de executar um nó completo do Bitcoin, bastando apenas salvar o cabeçalho do bloco.

Em 3 de janeiro de 2009, Satoshi Nakamoto minerou o bloco gênese em um pequeno servidor em Helsinque, marcando o nascimento oficial do Bitcoin. Vale a pena notar que o Bitcoin usou inicialmente a técnica de assinatura de curva elíptica (ECDSA), em vez da mais adequada técnica de assinatura de Schnorr. Isso se deve ao fato de que a assinatura de Schnorr ainda não havia sido open source na época, ainda estava sob proteção de patente.

Em 2018, após anos de validação, os desenvolvedores principais do Bitcoin propuseram formalmente a introdução da assinatura Schnorr na rede Bitcoin.

No dia 14 de novembro de 2021, o Bitcoin concluiu a atualização Taproot, com a assinatura Schnorr oficialmente integrada na rede Bitcoin, inaugurando a era da multi-assinatura descentralizada. A atualização Taproot também introduziu o MAST (árvore de sintaxe abstrata de Merkle), permitindo que o Bitcoin possua funcionalidades semelhantes a contratos inteligentes.

A combinação da assinatura Schnorr e MAST permite que o Bitcoin ultrapasse uma camada de limitações de forma descentralizada, implementando cenários de negócios mais complexos e ricos na segunda camada.

Dois, visão geral da solução de consenso Taproot

O livro branco da tecnologia Taproot Consensus começa apontando que a natureza não Turing completa da rede Bitcoin limita sua capacidade de implementar diretamente soluções de escalonamento Layer2 semelhantes ao Rollup do Ethereum. A camada de contratos de script do Bitcoin só pode realizar operações de transferência simples, não conseguindo suportar funcionalidades complexas de contratos inteligentes. Portanto, construir uma solução de escalonamento Layer2 puramente a partir da camada de script do Bitcoin não é viável.

O Consenso Taproot combina a tecnologia Taproot do Bitcoin (assinaturas Schnorr e MAST), nós leves SPV do Bitcoin e o mecanismo de consenso BFT PoS, construindo uma rede Layer2 descentralizada e altamente consistente.

Três, Detalhes da Arquitetura do Consenso Taproot

O Consensus Taproot é composto por Schnorr+MAST, Bitcoin SPV e Aura+Grandpa.

Schnorr+MAST utiliza a tecnologia nativa trazida pela atualização Taproot do Bitcoin para combinar e implementar a gestão de multi-assinaturas descentralizada do Bitcoin, sem a necessidade de assinaturas manuais, mas sim através do código do Bitcoin.

Bitcoin SPV é um método de verificação de pagamento simples proposto por Satoshi Nakamoto, que permite sincronizar e validar transações de Bitcoin sem a necessidade de executar um nó completo. Isso permite que o Taproot Consensus sincronize o estado do BTC em um ambiente completamente descentralizado, sem necessidade de permissão.

Aura+Grandpa é um protocolo de consenso PoS avançado que implementa tolerância a falhas bizantinas, garantindo alta consistência entre os nós da rede.

O princípio de funcionamento do Taproot Consensus é o seguinte:

No sistema, cada validador possui uma chave privada BTC para assinaturas Schnorr. A chave pública agregada Pagg, gerada pelo esquema de múltiplas assinaturas Musig2, forma uma grande árvore MAST. Os validadores realizam transferências de BTC e operações de gravação para o endereço de assinatura de limiar gerado pela árvore MAST, permitindo a submissão de dados da rede principal BTC para a rede de segunda camada. Ao mesmo tempo, cada validador, como um nó leve SPV do Bitcoin, consegue sincronizar o estado da rede BTC de forma segura e sem permissão.

Em resumo, o Consenso Taproot utiliza Schnorr+MAST para construir uma gestão descentralizada de multi-assinaturas BTC na camada um do Bitcoin, enquanto a camada dois opera uma rede de nós SPV do Bitcoin. A rede de camada dois opera exclusivamente com nós SPV do Bitcoin, permitindo a sincronização do estado dos dados da camada um do Bitcoin. Para garantir a segurança e confiabilidade da rede de camada dois, a rede de nós SPV do Bitcoin é integrada com Aura+Grandpa, proporcionando um nível de segurança em termos de consenso BFT. A gestão dos ativos da rede de camada dois não é feita por certos multi-signatários, mas sim impulsionada pelo consenso BFT, alcançando assim uma verdadeira descentralização.

Quatro, outros detalhes técnicos

Além da estrutura técnica mencionada, o livro branco do Taproot Consensus também explica detalhadamente os detalhes de implementação de tecnologias como assinaturas Schnorr, MAST, nós leves SPV do Bitcoin, Aura+Grandpa, sendo uma fonte abrangente para aprender as mais recentes tecnologias do Bitcoin.

O livro amarelo também explica detalhadamente o processo de implementação do Musig2, bem como as diferenças em relação a outros projetos conhecidos de BTC Layer2. Por exemplo, a estrutura tecnológica subjacente de um certo projeto é baseada no protocolo tBTC, utilizando multiassinaturas do Bitcoin para construir uma rede de assinaturas de limite. Mas isso ainda é uma rede de multiassinaturas que requer 9 pessoas para assinar; para realmente alcançar a independência humana e ser impulsionada por consenso, é necessário combinar a rede de multiassinaturas com um mecanismo de consenso BFT PoS.

O Consenso Taproot adotou um design mais avançado, combinando assinaturas Schnorr, MAST, nós leves SPV do Bitcoin, bem como os mecanismos de consenso tolerantes a falhas bizantinas Aura e Grandpa, construindo uma solução de escalonamento descentralizada de Layer2 com alta consistência e segurança. Esta fusão não só melhora a escalabilidade e a usabilidade da rede Bitcoin, mas também garante a segurança e a consistência da rede de segunda camada.

Resumo

Este white paper técnico descreve de forma abrangente o plano de implementação e os detalhes técnicos do Taproot Consensus, apresentando uma solução de segunda camada para Bitcoin totalmente construída com base na tecnologia nativa do Bitcoin.

O Consenso Taproot não apenas respeita e herda a direção técnica original do Bitcoin, mas também combina inovações decorrentes das atualizações do Bitcoin, sendo uma verdadeira obra-prima da tecnologia de expansão nativa do Bitcoin.

Com o contínuo desenvolvimento do ecossistema Bitcoin, soluções de segunda camada verdadeiramente descentralizadas para Bitcoin se tornarão um caminho inevitável para o desenvolvimento do ecossistema Bitcoin, e soluções como o Taproot Consensus prometem brilhar no futuro.