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区块链技术简明理解 Taproot:为何说它是比特币四年来最重要升级?

第20450篇区块链技术文章区块链技术简明理解 Taproot:为何说它是比特币四年来最重要升级?

与比特币相比,taproot soft fork升级可以增强隐私,降低成本,增强可扩展性,为比特币的复杂交易提供更多便利

原题:对比特币主根的简单理解
作者:blue fox笔记

比特币主根方案得到了社区的支持,预计将于今年11月启动,引起了加密界的极大关注。为什么直根会引起人们的注意?因为它是近年来比特币最重要的升级之一

taproot是一种改进比特币脚本功能的技术,由Greg Maxwell(比特币的核心开发者)宣布。希望通过这项技术提高比特币的私密性、安全性和可扩展性具体来说,如何简单理解比特币中的主根软叉升级,主根软叉升级比令牌有很多优点,比如增强了私密性,降低了成本,目前,保密性是加密界最关心的问题之一。比特币链上发生的任何事情都可以查看。为了解决这个问题,有很多隐私解决方案,甚至隐私令牌,试图解决加密领域的隐私问题。然而,到目前为止,私有令牌试图用隐私属性代替BTC几乎是不现实的

一般来说,比特币支出需要签名,还可以增加其他条件,如时间锁定、多重签名等,为了满足更多场景的需要,这些条件可以复合,例如,必须经过一个街区的高度才能使用,而且必须经过多人签名才能付款。例如,某个项目持有的BTC有一个具体的支出计划(如支持开发等),可以以时间锁和多重签名的形式使用,taproot也支持比特币网络进行这些复杂的功能性交易,如多重签名、时间锁发行等,不同之处在于,当前的解决方案需要在BTC花费时公开整个脚本(条件)。如果条件复杂,数据量大,实现成本高,效率不高。另外,也不利于隐私,因为脚本会泄露所有参与者的信息

以上问题可以通过taproot升级来解决

Taproot 升级之于比特币

用taproot,这些复杂的函数看起来就像一个事务,其中的条件可以隐藏。换句话说,通过taproot,你可以隐藏比特币脚本的痕迹。例如,taproot可以在Lightning网络上支付BTC,人们只能看到这些点对点的交易

此外,taproot升级还有利于降低成本和提高可扩展性,为比特币的复杂交易提供更多便利

就是能够实现这些,利用mast结构和Schnorr签名方案是非常重要的。Taproot将两者结合到软fork升级中,mast(merklized abstract syntax tree)是Merkel的抽象语法树。它是抽象语法树和Merkle树的结合,不需要公开mast结构中的所有脚本。Bitex research试图使用Merkel树对脚本中的操作进行编码。BTC开销时,只需提供分支操作,将分支散列连接到固定大小的Merkel根上,就可以减少事务大小,节省块空间。它对基金可以单独支付的不同条件进行散列,并将其包含在一个Merkel树中,通过mast结构形成单个散列(Merkel root)来锁定令牌,只需显示满足的条件,增加了隐私性。另外,当它与Schnorr签名方案相结合时,还可以隐藏mast的结果以达到更好的隐私要求

总体上,mast支持更复杂的事务,并且可以有各种开销条件。同时,它不需要透露未执行的脚本或未触发的条件,从而实现隐私保护。另外,mast结构的另一个优点是复杂的事务可以显著地减少事务的大小。有些事务有许多复杂的条件,但随着脚本数的增加,mast事务的大小呈对数增长,而不是线性增长。Harding

比特币社区还将Schnorr签名技术纳入了taproot soft fork升级。Schnorr签名以高效率为目标。目前比特币的签名方案是ECDSA,它与Schnorr签名方案一样属于椭圆曲线数字签名算法,但Schnorr可以实现“聚合签名”

简单地说,一个事务中的多个签名可以合并成一个。通过将公钥和签名组合成“门限公钥”和“门限签名”,事务看起来与普通事务没有区别“门限公钥”允许参与者的公钥叠加,而“门槛签名”则允许参与者的签名按照约定的条件合并支付。Schnorr签名算法可以提高多重签名的效率。同时,由于它看起来像普通的事务,因此也提高了保密性,Schnorr签名也被一些密码学家认为更安全。事实证明,在“随机预言”模型的范围内是安全的,但ECDSA签名并不能抛开复杂的技术问题,taproot给比特币带来了前所未有的好处:

对于一些复杂的交易,数据量会大大减少,这将大大降低这些复杂交易的成本。而降低成本有利于促进比特币上复杂的交易活动

施诺尔签名和MSAT的结合可以增强交易的隐私性,而一些复杂事务类似于普通事务

MAST+Schnorr

MAST

mast和Schnorr签名的结合可以使块中包含更多的事务,减少数据量,不仅降低了事务成本,而且提高了可扩展性和安全性。但是,不要对扩展吞吐量期望过高。主要靠减少多次签约的规模。要通过it实现更大的可扩展性,仍有一定的上限

简明理解 Taproot:为何说它是比特币四年来最重要升级? Mast 结构中无需披露所有脚本,Bitmex Research

MAST 试图使用默克尔树对脚本中的操作进行编码。当 BTC 支出时,只需提供其分支运算并将分支哈希连接到固定大小的默克尔根上,从而减少交易大小,节省区块空间。它对资金可支付的不同条件都单独进行了哈希,且都包含在一棵默克尔树中,并形成单个哈希(默克尔根),由此锁定代币。

通过 MAST 结构,只有满足的条件才需要揭示出来,这增加了隐私性。此外,当它跟 Schnorr 签名方案结合,它还可隐藏 MAST 的结果,达成更好的隐私诉求。

整体而言,MAST 支持更复杂的交易,可以有各种支出条件,与此同时,它可不用揭示没有执行的脚本或未被触发的条件,由此实现隐私保护。此外,MAST 结构还有一个好处是,复杂交易可以实现交易大小的显著降低。有些交易有诸多复杂条件,但随着其脚本数量的增加,MAST 交易大小是对数增长,而非线形增长。

简明理解 Taproot:为何说它是比特币四年来最重要升级? 脚本数量与交易大小,David A.Harding

Schnorr

比特币社区还将 Schnorr 签名技术纳入 Taproot 软分叉升级中。Schnorr 签名目的在于实现高效性。比特币目前的签名方案是 ECDSA,它和 Schnorr 签名方案都属于椭圆曲线数字签名算法,不过 Schnorr 可以实现「聚合签名」。

简单来说,就是一笔交易中多个签名可以组合成一个,它通过将公钥和签名组成成「阀值公钥」和「阀值签名」,让其交易看上去跟普通交易没有区别。「阀值公钥」可以让参与者的公钥叠加在一起,而「阀值签名」可以让参与者的签名组合起来,根据约定条件进行支付。Schnorr 签名算法可以使得多重签名更高效,同时由于其看上去跟普通交易一样,因此,也提升了隐私性。

Schnorr 签名也被一些加密学家们认为更具安全性,它在「random oracle」模型范围内证明是安全的,而 ECDSA 签名则无法做到。

结语

抛开复杂的技术问题,Taproot 为比特币带来之前没有的好处:

  • 降低费用

一些复杂的交易,其数据量会极大减少,这会让这些复杂交易费用显著降低。而费用的降低,则利于提升比特币上的复杂交易活动。

  • 增强隐私

通过 Schnorr 签名和 MSAT 组合可以增强交易的隐私性,一些复杂交易看上跟普通的交易类似。

  • 提升可扩展性和安全性

将 Mast 和 Schnorr 签名结合起来,可以让区块包含更多的交易,减少数据量,不仅较低交易费用,还提升了可扩展性以及安全性。不过,也不要对其扩大吞吐量有过高期待,它主要通过减少多签的大小。想通过它实现更大的可扩展性还是有一定的天花板的。

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