Analyse complète de l'évolution technologique du Bitcoin et de la solution de consensus Taproot
Le 20 mai 2024, une équipe de développement Layer2 de Bitcoin a publié un livre blanc technique intitulé « Taproot Consensus : une solution BTC Layer2 décentralisée ». Ce document explique en détail le mécanisme de mise en œuvre de Taproot Consensus, ainsi que la manière d'intégrer les signatures Schnorr, MAST, les nœuds SPV Bitcoin et d'autres technologies natives de Bitcoin pour construire une solution BTC Layer2 entièrement décentralisée.
Après avoir lu l'intégralité du texte, on peut sentir que la proposition de consensus Taproot présentée par cette équipe est une œuvre maîtresse de la technologie d'extension native de Bitcoin. Elle n'a apporté aucune modification au code de Bitcoin, mais a habilement combiné plusieurs technologies clés de Bitcoin, avec une pensée claire et une structure raffinée.
Avant d'interpréter en profondeur le livre jaune, il est nécessaire de revenir sur l'évolution technique de Bitcoin afin de comprendre comment le Consensus Taproot est né dans le processus d'évolution de Bitcoin.
I. Histoire du développement technologique de Bitcoin
Le 31 octobre 2008, Satoshi Nakamoto a publié un article intitulé "Bitcoin : Un système de monnaie électronique peer-to-peer", présentant pour la première fois un plan de mise en œuvre technique complet pour Bitcoin. Dans le huitième chapitre de l'article, Satoshi Nakamoto a introduit une solution appelée SPV (Simple Payment Verification), c'est-à-dire la vérification de paiement simple, qui est un moyen technique permettant de vérifier les paiements sans exécuter un nœud complet de Bitcoin, en ne conservant que l'en-tête de bloc.
Le 3 janvier 2009, Satoshi Nakamoto a extrait le bloc de genèse sur un petit serveur à Helsinki, marquant la naissance officielle du Bitcoin. Il convient de noter que dans le code officiel du Bitcoin, Satoshi Nakamoto a utilisé la technologie de signature à courbe elliptique (ECDSA), plutôt que la technologie de signature de Schnorr, qui est plus adaptée au Bitcoin. Cela est dû au fait que la signature de Schnorr n'était pas encore open source à l'époque et était toujours protégée par un brevet, donc Satoshi Nakamoto n'avait d'autre choix que d'utiliser la signature à courbe elliptique qui était déjà open source.
La signature Schnorr conserve toutes les fonctionnalités et hypothèses de sécurité des signatures à courbe elliptique, tout en dépassant la limitation des signatures multiples de Bitcoin, qui ne pouvait atteindre que 15 sous le cadre des signatures à courbe elliptique. En fin de compte, il est possible de gérer plus de 1000 adresses pour Bitcoin sans affecter la vitesse de signature.
En 2018, après des années de vérifications répétées, les développeurs principaux de Bitcoin, Gregory Maxwell et d'autres, ont officiellement proposé le BIP, suggérant d'introduire la signature Schnorr dans le réseau Bitcoin.
Le 14 novembre 2021, Bitcoin a achevé la mise à niveau Taproot, la signature Schnorr a été officiellement intégrée au réseau Bitcoin, marquant le début d'une nouvelle ère de multi-signatures décentralisées.
En plus de la signature Schnorr, la mise à niveau Taproot a également introduit MAST (Merkelized Abstract Syntax Trees), c'est-à-dire les arbres de syntaxe abstraite de Merkle, qui est une technologie permettant à Bitcoin de disposer de fonctionnalités similaires aux contrats intelligents. Elle organise la logique contractuelle de plusieurs branches conditionnelles sous forme d'arbre de Merkle, permettant au code Bitcoin de répondre à des besoins fonctionnels similaires aux contrats intelligents (mais limité à la validation des paiements Bitcoin, contrairement aux contrats intelligents complexes d'Ethereum).
La signature Schnorr peut augmenter le nombre d'adresses multi-signatures Bitcoin à plus de 1000, tandis que MAST peut conduire des adresses de signature Schnorr à travers des programmes Bitcoin pour réaliser des multi-signatures. Ainsi, la combinaison de la signature Schnorr et de MAST peut permettre un réseau de multi-signatures Bitcoin décentralisé qui n'a pas besoin d'une personne pour signer, mais qui est activé par des instructions de code Bitcoin.
Cela signifie que Bitcoin peut surmonter une couche de limites de manière décentralisée, permettant ainsi de réaliser des scénarios d'affaires plus complexes et plus riches au niveau 2.
Et la solution Taproot Consensus proposée par cette équipe de développement est le fruit de 13 ans d'itération technologique du Bitcoin, de 2008 à 2021.
Deux, aperçu de la solution de consensus Taproot
Le livre blanc sur la technologie Taproot Consensus commence par indiquer : « La nature non Turing complète du réseau Bitcoin limite sa capacité à mettre en œuvre directement des solutions d'extension Layer2 similaires aux Rollups d'Ethereum. La couche des contrats script du réseau Bitcoin ne peut effectuer que des opérations de transfert simples et ne peut pas prendre en charge des fonctions de contrats intelligents plus complexes. Par conséquent, il est impossible de construire une solution d'extension Layer2 uniquement à partir de la couche script de Bitcoin. »
Cette description résume hautement la non-complétude de Turing du réseau Bitcoin, ainsi que le fait que les contrats de script Bitcoin ne peuvent exécuter que des opérations de transfert de Bitcoin. Par conséquent, la bonne direction pour l'extension de Bitcoin n'est pas de modifier le réseau de première couche, mais d'utiliser les capacités existantes de Bitcoin pour construire un plan d'extension de seconde couche entièrement décentralisé.
Taproot Consensus est une fusion de la technologie Taproot de Bitcoin (signatures Schnorr et MAST), des nœuds légers SPV de Bitcoin et du mécanisme de consensus BFT PoS, créant ainsi un réseau Layer2 décentralisé et hautement cohérent.
Troisième, explication détaillée de l'architecture du consensus Taproot
Le consensus Taproot est composé de trois parties : Schnorr+MAST, Bitcoin SPV et Aura+Grandpa.
La combinaison Schnorr+MAST permet de gérer des signatures multiples décentralisées pour Bitcoin, sans avoir besoin d'une personne pour signer, mais en utilisant le code Bitcoin pour le faire.
Ces codes sont pilotés par le consensus atteint par le réseau de deuxième couche. La manière dont le réseau de deuxième couche atteint le consensus, ainsi que la façon dont ce consensus est synchronisé avec l'état de la couche un de Bitcoin, est réalisée grâce au consensus Bitcoin SPV+BFT POS (Aura+Grandpa).
Bitcoin SPV est un mode de vérification de paiement simple proposé par Satoshi Nakamoto, qui permet de synchroniser et de vérifier les transactions Bitcoin sans exécuter un nœud complet. Cette caractéristique permet à Taproot Consensus de synchroniser l'état du BTC dans un environnement complètement décentralisé, sans aucune autorisation.
Aura+Grandpa est un protocole de consensus PoS avancé couramment utilisé pour réaliser la tolérance aux pannes byzantines, garantissant une forte cohérence entre les nœuds du réseau grâce à un protocole distribué.
Résumé des trois parties du fonctionnement du Consensus Taproot :
Dans ce système, chaque validateur détient une clé privée BTC utilisée pour la signature Schnorr. Les caractéristiques de la signature Schnorr permettent une agrégation de signatures efficace, améliorant ainsi la sécurité et l'efficacité du système. La clé publique agrégée Pagg, générée par le schéma de signatures multiples Musig2, forme un grand arbre MAST.
Après la génération de la valeur de hachage racine de l'arbre MAST, les validateurs effectuent des transferts BTC et des opérations de gravure vers l'adresse de signature de seuil générée par l'arbre MAST, réalisant ainsi la fonctionnalité de soumission de données depuis le réseau principal BTC vers le réseau de deuxième couche. En même temps, chaque validateur agit comme un nœud léger Bitcoin SPV, ce qui lui permet de synchroniser l'état du réseau BTC de manière sécurisée et sans autorisation.
En résumé, le consensus Taproot construit une gestion décentralisée des multi-signatures BTC au niveau 1 de Bitcoin en utilisant Schnorr+MAST, et fait fonctionner un réseau de nœuds SPV Bitcoin au niveau 2. Prenons un projet comme exemple, son réseau de niveau 2 fonctionne entièrement avec des nœuds SPV Bitcoin, ces nœuds peuvent synchroniser l'état des données du niveau 1 de Bitcoin, permettant ainsi une synchronisation des informations entre le niveau 2 et le niveau 1 de Bitcoin. Pour garantir la sécurité et la fiabilité du réseau de niveau 2, le projet fusionne le réseau de nœuds SPV Bitcoin avec Aura+Grandpa, ce qui permet au réseau de nœuds SPV Bitcoin d'avoir un niveau de sécurité au niveau du consensus BFT. Cela signifie que la gestion des actifs du réseau de niveau 2 n'est pas assurée par certains multi-signataires, mais repose sur le consensus BFT pour fonctionner, réalisant ainsi une véritable décentralisation.
Quatre, autres détails techniques du livre jaune
En plus du cadre technique mentionné ci-dessus, le livre blanc Taproot Consensus explique également en détail les spécificités techniques de la signature Schnorr, MAST, les nœuds légers SPV Bitcoin, Aura+Grandpa, etc. Pour ceux qui souhaitent apprendre et comprendre les dernières technologies Bitcoin, ce livre blanc constitue un matériel d'apprentissage très complet et détaillé.
De plus, le livre jaune explique en détail le processus de mise en œuvre de Musig2 et la différence avec un autre projet BTC Layer2 connu.
La structure technologique sous-jacente de ce projet est basée sur le protocole tBTC. tBTC utilise la multi-signature de Bitcoin pour construire un réseau de signatures de seuil, cette structure ayant une cohérence plus forte par rapport aux réseaux distribués traditionnels.
Cependant, tBTC reste un réseau multi-signatures nécessitant 9 signatures. Pour réaliser véritablement une dépendance au consensus plutôt qu'à l'humain, il est nécessaire de combiner le réseau multi-signatures avec le mécanisme de consensus BFT PoS (preuve de participation tolérante aux pannes byzantines). C'est aussi la différence entre un réseau distribué et une blockchain, le réseau distribué mettant l'accent sur la distribution, mais manquant d'un consensus tolérant aux pannes byzantines, alors que la blockchain, bien qu'étant également un réseau distribué, s'appuie sur un consensus tolérant aux pannes byzantines pour fonctionner, ce qui en fait un véritable réseau décentralisé.
Le plan de consensus Taproot adopte une conception plus avancée. En combinant les signatures Schnorr, MAST, les nœuds légers SPV de Bitcoin ainsi que les mécanismes de consensus Byzantine Aura et Grandpa, il construit une solution de mise à l'échelle décentralisée Layer2 avec une grande cohérence et sécurité. Cette intégration améliore non seulement l'évolutivité et l'utilisabilité du réseau Bitcoin, mais garantit également la sécurité et la cohérence du réseau de deuxième couche.
Résumé
Ce livre blanc technique décrit de manière systématique et complète le plan de mise en œuvre et les détails techniques du Consensus Taproot, nous présentant une solution de couche 2 pour Bitcoin entièrement construite sur la technologie native de Bitcoin.
Le Consensus Taproot non seulement respecte et hérite de la direction technique originale de Bitcoin, mais il combine également les technologies apportées par les mises à jour successives de Bitcoin pour une innovation combinée, représentant ainsi une véritable réalisation de la technologie d'expansion native de Bitcoin.
Avec le développement continu de l'écosystème Bitcoin, les gens vont progressivement réaliser que les véritables solutions de couche 2 décentralisées pour Bitcoin sont le chemin incontournable pour le développement de l'écosystème Bitcoin, et des solutions comme Taproot Consensus brilleront à l'avenir.
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FlashLoanLord
· Il y a 22h
Fiable ! Ce gameplay de TC a effectivement quelque chose d'intéressant.
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rugpull_ptsd
· 08-13 23:00
Le jeu du Bitcoin ne fait que commencer?
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PrivacyMaximalist
· 08-13 23:00
Avoir de la culture pour innover
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WhaleMistaker
· 08-13 22:54
Encore en train de profiter de la popularité de L2.
Taproot Consensus : la solution Layer2 aboutissant à la technologie native de Bitcoin.
Analyse complète de l'évolution technologique du Bitcoin et de la solution de consensus Taproot
Le 20 mai 2024, une équipe de développement Layer2 de Bitcoin a publié un livre blanc technique intitulé « Taproot Consensus : une solution BTC Layer2 décentralisée ». Ce document explique en détail le mécanisme de mise en œuvre de Taproot Consensus, ainsi que la manière d'intégrer les signatures Schnorr, MAST, les nœuds SPV Bitcoin et d'autres technologies natives de Bitcoin pour construire une solution BTC Layer2 entièrement décentralisée.
Après avoir lu l'intégralité du texte, on peut sentir que la proposition de consensus Taproot présentée par cette équipe est une œuvre maîtresse de la technologie d'extension native de Bitcoin. Elle n'a apporté aucune modification au code de Bitcoin, mais a habilement combiné plusieurs technologies clés de Bitcoin, avec une pensée claire et une structure raffinée.
Avant d'interpréter en profondeur le livre jaune, il est nécessaire de revenir sur l'évolution technique de Bitcoin afin de comprendre comment le Consensus Taproot est né dans le processus d'évolution de Bitcoin.
I. Histoire du développement technologique de Bitcoin
Le 31 octobre 2008, Satoshi Nakamoto a publié un article intitulé "Bitcoin : Un système de monnaie électronique peer-to-peer", présentant pour la première fois un plan de mise en œuvre technique complet pour Bitcoin. Dans le huitième chapitre de l'article, Satoshi Nakamoto a introduit une solution appelée SPV (Simple Payment Verification), c'est-à-dire la vérification de paiement simple, qui est un moyen technique permettant de vérifier les paiements sans exécuter un nœud complet de Bitcoin, en ne conservant que l'en-tête de bloc.
Le 3 janvier 2009, Satoshi Nakamoto a extrait le bloc de genèse sur un petit serveur à Helsinki, marquant la naissance officielle du Bitcoin. Il convient de noter que dans le code officiel du Bitcoin, Satoshi Nakamoto a utilisé la technologie de signature à courbe elliptique (ECDSA), plutôt que la technologie de signature de Schnorr, qui est plus adaptée au Bitcoin. Cela est dû au fait que la signature de Schnorr n'était pas encore open source à l'époque et était toujours protégée par un brevet, donc Satoshi Nakamoto n'avait d'autre choix que d'utiliser la signature à courbe elliptique qui était déjà open source.
La signature Schnorr conserve toutes les fonctionnalités et hypothèses de sécurité des signatures à courbe elliptique, tout en dépassant la limitation des signatures multiples de Bitcoin, qui ne pouvait atteindre que 15 sous le cadre des signatures à courbe elliptique. En fin de compte, il est possible de gérer plus de 1000 adresses pour Bitcoin sans affecter la vitesse de signature.
En 2018, après des années de vérifications répétées, les développeurs principaux de Bitcoin, Gregory Maxwell et d'autres, ont officiellement proposé le BIP, suggérant d'introduire la signature Schnorr dans le réseau Bitcoin.
Le 14 novembre 2021, Bitcoin a achevé la mise à niveau Taproot, la signature Schnorr a été officiellement intégrée au réseau Bitcoin, marquant le début d'une nouvelle ère de multi-signatures décentralisées.
En plus de la signature Schnorr, la mise à niveau Taproot a également introduit MAST (Merkelized Abstract Syntax Trees), c'est-à-dire les arbres de syntaxe abstraite de Merkle, qui est une technologie permettant à Bitcoin de disposer de fonctionnalités similaires aux contrats intelligents. Elle organise la logique contractuelle de plusieurs branches conditionnelles sous forme d'arbre de Merkle, permettant au code Bitcoin de répondre à des besoins fonctionnels similaires aux contrats intelligents (mais limité à la validation des paiements Bitcoin, contrairement aux contrats intelligents complexes d'Ethereum).
La signature Schnorr peut augmenter le nombre d'adresses multi-signatures Bitcoin à plus de 1000, tandis que MAST peut conduire des adresses de signature Schnorr à travers des programmes Bitcoin pour réaliser des multi-signatures. Ainsi, la combinaison de la signature Schnorr et de MAST peut permettre un réseau de multi-signatures Bitcoin décentralisé qui n'a pas besoin d'une personne pour signer, mais qui est activé par des instructions de code Bitcoin.
Cela signifie que Bitcoin peut surmonter une couche de limites de manière décentralisée, permettant ainsi de réaliser des scénarios d'affaires plus complexes et plus riches au niveau 2.
Et la solution Taproot Consensus proposée par cette équipe de développement est le fruit de 13 ans d'itération technologique du Bitcoin, de 2008 à 2021.
Deux, aperçu de la solution de consensus Taproot
Le livre blanc sur la technologie Taproot Consensus commence par indiquer : « La nature non Turing complète du réseau Bitcoin limite sa capacité à mettre en œuvre directement des solutions d'extension Layer2 similaires aux Rollups d'Ethereum. La couche des contrats script du réseau Bitcoin ne peut effectuer que des opérations de transfert simples et ne peut pas prendre en charge des fonctions de contrats intelligents plus complexes. Par conséquent, il est impossible de construire une solution d'extension Layer2 uniquement à partir de la couche script de Bitcoin. »
Cette description résume hautement la non-complétude de Turing du réseau Bitcoin, ainsi que le fait que les contrats de script Bitcoin ne peuvent exécuter que des opérations de transfert de Bitcoin. Par conséquent, la bonne direction pour l'extension de Bitcoin n'est pas de modifier le réseau de première couche, mais d'utiliser les capacités existantes de Bitcoin pour construire un plan d'extension de seconde couche entièrement décentralisé.
Taproot Consensus est une fusion de la technologie Taproot de Bitcoin (signatures Schnorr et MAST), des nœuds légers SPV de Bitcoin et du mécanisme de consensus BFT PoS, créant ainsi un réseau Layer2 décentralisé et hautement cohérent.
Troisième, explication détaillée de l'architecture du consensus Taproot
Le consensus Taproot est composé de trois parties : Schnorr+MAST, Bitcoin SPV et Aura+Grandpa.
La combinaison Schnorr+MAST permet de gérer des signatures multiples décentralisées pour Bitcoin, sans avoir besoin d'une personne pour signer, mais en utilisant le code Bitcoin pour le faire.
Ces codes sont pilotés par le consensus atteint par le réseau de deuxième couche. La manière dont le réseau de deuxième couche atteint le consensus, ainsi que la façon dont ce consensus est synchronisé avec l'état de la couche un de Bitcoin, est réalisée grâce au consensus Bitcoin SPV+BFT POS (Aura+Grandpa).
Bitcoin SPV est un mode de vérification de paiement simple proposé par Satoshi Nakamoto, qui permet de synchroniser et de vérifier les transactions Bitcoin sans exécuter un nœud complet. Cette caractéristique permet à Taproot Consensus de synchroniser l'état du BTC dans un environnement complètement décentralisé, sans aucune autorisation.
Aura+Grandpa est un protocole de consensus PoS avancé couramment utilisé pour réaliser la tolérance aux pannes byzantines, garantissant une forte cohérence entre les nœuds du réseau grâce à un protocole distribué.
Résumé des trois parties du fonctionnement du Consensus Taproot :
Dans ce système, chaque validateur détient une clé privée BTC utilisée pour la signature Schnorr. Les caractéristiques de la signature Schnorr permettent une agrégation de signatures efficace, améliorant ainsi la sécurité et l'efficacité du système. La clé publique agrégée Pagg, générée par le schéma de signatures multiples Musig2, forme un grand arbre MAST.
Après la génération de la valeur de hachage racine de l'arbre MAST, les validateurs effectuent des transferts BTC et des opérations de gravure vers l'adresse de signature de seuil générée par l'arbre MAST, réalisant ainsi la fonctionnalité de soumission de données depuis le réseau principal BTC vers le réseau de deuxième couche. En même temps, chaque validateur agit comme un nœud léger Bitcoin SPV, ce qui lui permet de synchroniser l'état du réseau BTC de manière sécurisée et sans autorisation.
En résumé, le consensus Taproot construit une gestion décentralisée des multi-signatures BTC au niveau 1 de Bitcoin en utilisant Schnorr+MAST, et fait fonctionner un réseau de nœuds SPV Bitcoin au niveau 2. Prenons un projet comme exemple, son réseau de niveau 2 fonctionne entièrement avec des nœuds SPV Bitcoin, ces nœuds peuvent synchroniser l'état des données du niveau 1 de Bitcoin, permettant ainsi une synchronisation des informations entre le niveau 2 et le niveau 1 de Bitcoin. Pour garantir la sécurité et la fiabilité du réseau de niveau 2, le projet fusionne le réseau de nœuds SPV Bitcoin avec Aura+Grandpa, ce qui permet au réseau de nœuds SPV Bitcoin d'avoir un niveau de sécurité au niveau du consensus BFT. Cela signifie que la gestion des actifs du réseau de niveau 2 n'est pas assurée par certains multi-signataires, mais repose sur le consensus BFT pour fonctionner, réalisant ainsi une véritable décentralisation.
Quatre, autres détails techniques du livre jaune
En plus du cadre technique mentionné ci-dessus, le livre blanc Taproot Consensus explique également en détail les spécificités techniques de la signature Schnorr, MAST, les nœuds légers SPV Bitcoin, Aura+Grandpa, etc. Pour ceux qui souhaitent apprendre et comprendre les dernières technologies Bitcoin, ce livre blanc constitue un matériel d'apprentissage très complet et détaillé.
De plus, le livre jaune explique en détail le processus de mise en œuvre de Musig2 et la différence avec un autre projet BTC Layer2 connu.
La structure technologique sous-jacente de ce projet est basée sur le protocole tBTC. tBTC utilise la multi-signature de Bitcoin pour construire un réseau de signatures de seuil, cette structure ayant une cohérence plus forte par rapport aux réseaux distribués traditionnels.
Cependant, tBTC reste un réseau multi-signatures nécessitant 9 signatures. Pour réaliser véritablement une dépendance au consensus plutôt qu'à l'humain, il est nécessaire de combiner le réseau multi-signatures avec le mécanisme de consensus BFT PoS (preuve de participation tolérante aux pannes byzantines). C'est aussi la différence entre un réseau distribué et une blockchain, le réseau distribué mettant l'accent sur la distribution, mais manquant d'un consensus tolérant aux pannes byzantines, alors que la blockchain, bien qu'étant également un réseau distribué, s'appuie sur un consensus tolérant aux pannes byzantines pour fonctionner, ce qui en fait un véritable réseau décentralisé.
Le plan de consensus Taproot adopte une conception plus avancée. En combinant les signatures Schnorr, MAST, les nœuds légers SPV de Bitcoin ainsi que les mécanismes de consensus Byzantine Aura et Grandpa, il construit une solution de mise à l'échelle décentralisée Layer2 avec une grande cohérence et sécurité. Cette intégration améliore non seulement l'évolutivité et l'utilisabilité du réseau Bitcoin, mais garantit également la sécurité et la cohérence du réseau de deuxième couche.
Résumé
Ce livre blanc technique décrit de manière systématique et complète le plan de mise en œuvre et les détails techniques du Consensus Taproot, nous présentant une solution de couche 2 pour Bitcoin entièrement construite sur la technologie native de Bitcoin.
Le Consensus Taproot non seulement respecte et hérite de la direction technique originale de Bitcoin, mais il combine également les technologies apportées par les mises à jour successives de Bitcoin pour une innovation combinée, représentant ainsi une véritable réalisation de la technologie d'expansion native de Bitcoin.
Avec le développement continu de l'écosystème Bitcoin, les gens vont progressivement réaliser que les véritables solutions de couche 2 décentralisées pour Bitcoin sont le chemin incontournable pour le développement de l'écosystème Bitcoin, et des solutions comme Taproot Consensus brilleront à l'avenir.