比特幣原生技術的集大成之作：Taproot Consensus 技術黃皮書解析

2024年5月20日，一個比特幣Layer2開發團隊發布了名爲《Taproot Consensus：一種去中心化的BTC Layer2解決方案》的技術黃皮書。該黃皮書詳細描述了Taproot Consensus的實現方式，以及如何結合施諾爾籤名、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。

Taproot Consensus是對比特幣原生拓展技術的集大成。它沒有對比特幣的代碼進行任何修改，而是充分利用了比特幣的幾大原生技術進行創新組合，思路簡潔，結構巧妙。

在解讀黃皮書之前，我們先回顧一下比特幣的技術發展歷程，以便理解Taproot Consensus是如何從比特幣的發展脈絡中產生的。

一、比特幣技術發展簡史

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，正式提出了比特幣的完整技術實現方案。論文中提到了簡單支付驗證（SPV）解決方案，這是一種無需運行比特幣全節點，只需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，標志着比特幣正式誕生。值得注意的是，比特幣最初使用了橢圓曲線籤名技術（ECDSA），而非更適合的施諾爾籤名技術。這是因爲當時施諾爾籤名尚未開源，仍在專利保護期內。

2018年，經過多年驗證，比特幣核心開發者正式提出將施諾爾籤名引入比特幣網路的建議。

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，開啓了去中心化多籤時代。Taproot升級還引入了MAST（默克爾抽象語法樹），使比特幣具備類似智能合約的功能。

施諾爾籤名和MAST的結合，使得比特幣可以通過去信任的方式突破一層限制，在二層實現更復雜、更豐富的業務場景。

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。比特幣的腳本合約層只能進行簡單的轉帳操作，無法支持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。

Taproot Consensus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性的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升級帶來的原生技術進行組合，實現比特幣的去中心化多籤管理，無需人工籤名，而是通過比特幣代碼驅動。

Bitcoin SPV是中本聰提出的簡單支付驗證方式，無需運行全節點也可同步和驗證比特幣交易。這使得Taproot Consensus能在完全去中心化的環境下，無需許可地同步BTC狀態。

Aura+Grandpa是實現拜佔庭容錯的高級PoS共識協議，確保網路節點的高度一致性。

Taproot Consensus的運行原理如下：

在系統中，每個驗證者持有用於Schnorr籤名的BTC私鑰。通過Musig2多籤名方案生成的聚合公鑰Pagg形成一棵大型MAST樹。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。二層網路全部運行比特幣SPV節點，可以同步比特幣一層的數據狀態。爲確保二層網路的安全可信，將比特幣SPV節點網路與Aura+Grandpa融合，使其具備BFT共識層面的安全級別。管理二層網路資產的不是某些多籤人，而是依靠BFT共識驅動，實現真正的去中心化。

四、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，是學習比特幣最新技術的全面資料。

黃皮書還詳細解釋了Musig2的實現過程，以及與其他知名BTC Layer2項目的區別。例如，某項目的底層技術結構基於tBTC協議，利用比特幣多籤構建了門限籤名網路。但這仍是一個需要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採取了更先進的設計，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比特幣二層解決方案。

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創新組合，是真正意義上的比特幣原生拓展技術的集大成之作。

隨着比特幣生態的不斷發展，真正去中心化的比特幣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。