Evolução da tecnologia Bitcoin e análise completa da solução de consenso Taproot
No dia 20 de maio de 2024, uma equipe de desenvolvimento de Layer2 de Bitcoin publicou um white paper técnico intitulado "Taproot Consensus: uma solução descentralizada de BTC Layer2". O documento descreve detalhadamente o mecanismo de implementação do Taproot Consensus, bem como como integrar assinaturas Schnorr, MAST, nós SPV de Bitcoin e outras tecnologias nativas do Bitcoin para construir uma solução BTC Layer2 completamente descentralizada.
Após ler o texto completo, pode-se sentir que a proposta de Consenso Taproot apresentada por esta equipe é uma obra-prima da tecnologia de expansão nativa do Bitcoin. Não houve nenhuma modificação no código do Bitcoin, mas sim uma combinação engenhosa de várias tecnologias centrais do Bitcoin, com uma linha de raciocínio clara e uma estrutura requintada.
Antes de uma análise aprofundada do livro amarelo, é necessário revisitar a evolução técnica do Bitcoin, para entender como o Taproot Consensus surgiu no processo de evolução do Bitcoin.
I. História do desenvolvimento tecnológico do Bitcoin
No dia 31 de outubro de 2008, Satoshi Nakamoto publicou um artigo intitulado "Bitcoin: Um Sistema de Dinheiro Eletrônico Peer-to-Peer", que apresentou pela primeira vez a solução técnica completa para o Bitcoin. No oitavo capítulo do artigo, Satoshi Nakamoto apresentou uma solução chamada SPV (Simple Payment Verification), que é a Verificação de Pagamento Simples, um meio técnico que permite validar pagamentos sem a necessidade de executar um nó completo do Bitcoin, bastando guardar os cabeçalhos dos blocos.
No dia 3 de janeiro de 2009, Satoshi Nakamoto minerou o bloco gênese em um pequeno servidor em Helsinque, marcando o nascimento oficial do Bitcoin. É importante notar que no código oficial do Bitcoin, Satoshi Nakamoto utilizou a técnica de assinatura de curva elíptica (ECDSA), em vez da técnica de assinatura de Schnorr, que seria mais adequada para o Bitcoin. Isso se deve ao fato de que na época a assinatura de Schnorr ainda não havia sido open source e ainda estava sob proteção de patente, portanto Satoshi Nakamoto só pôde escolher a assinatura de curva elíptica que já estava disponível como open source.
A assinatura Schnorr mantém todas as funcionalidades e suposições de segurança da assinatura de curva elíptica, ao mesmo tempo que ultrapassa a limitação de 15 assinaturas múltiplas que pode ser alcançada com a assinatura de curva elíptica no Bitcoin, permitindo finalmente a gestão conjunta de mais de 1000 endereços de Bitcoin sem afetar a velocidade da assinatura.
Em 2018, após anos de validação repetida, os desenvolvedores principais do Bitcoin, incluindo Gregory Maxwell, propuseram oficialmente o BIP, sugerindo a introdução de assinaturas Schnorr na rede Bitcoin.
No dia 14 de novembro de 2021, o Bitcoin concluiu a atualização Taproot, e as assinaturas Schnorr foram oficialmente integradas à rede Bitcoin, marcando o início de uma nova era de multi-assinatura descentralizada para o Bitcoin.
Além das assinaturas Schnorr, a atualização Taproot também introduziu MAST (Merkelized Abstract Syntax Trees), ou árvores de sintaxe abstrata de Merkle, que é uma tecnologia que permite ao Bitcoin ter funcionalidades semelhantes a contratos inteligentes. Isso é realizado organizando a lógica contratual com múltiplos ramos condicionais na forma de uma árvore Merkle, permitindo que o código do Bitcoin atenda a necessidades funcionais semelhantes a contratos inteligentes (mas limitadas à verificação de pagamentos em Bitcoin, diferentemente dos complexos contratos inteligentes do Ethereum).
A assinatura Schnorr pode aumentar o número de endereços multi-assinatura de Bitcoin para mais de 1000, enquanto o MAST pode impulsionar endereços de assinatura Schnorr para multi-assinatura através de programas de Bitcoin. Assim, a assinatura Schnorr + MAST pode realizar uma rede de multi-assinatura descentralizada de Bitcoin que não requer assinaturas humanas, mas é impulsionada por instruções de código Bitcoin.
Isto significa que o Bitcoin pode ultrapassar uma camada de limitações de forma descentralizada, permitindo assim a implementação de cenários de negócios mais complexos e ricos na segunda camada.
E a solução de consenso Taproot proposta por esta equipe de desenvolvimento é, de fato, a culminação da iteração tecnológica do Bitcoin ao longo de 13 anos, de 2008 a 2021.
II. Visão geral da solução de consenso Taproot
O livro amarelo da tecnologia Taproot Consensus começa afirmando: "A natureza não Turing completa da rede Bitcoin limita a implementação direta de soluções de escalonamento Layer2 semelhantes ao Rollup do Ethereum. O nível de contratos de script da rede Bitcoin só pode realizar operações de transferência simples, não suportando funcionalidades de contratos inteligentes mais complexas. Portanto, construir uma solução de escalonamento Layer2 apenas a partir do nível de script do Bitcoin não é viável."
Esta descrição resume de forma clara a não completude de Turing da rede Bitcoin, bem como a característica de que os contratos de script do Bitcoin só podem executar operações de transferência de Bitcoin. Portanto, a direção correta para a expansão do Bitcoin não é trabalhar na camada de rede, mas sim utilizar as capacidades existentes do Bitcoin para construir uma solução de expansão de segunda camada completamente descentralizada.
Taproot Consensus é a fusão da tecnologia Taproot do Bitcoin (assinaturas Schnorr e MAST), dos nós leves SPV do Bitcoin e do mecanismo de consenso BFT PoS, construindo uma rede Layer2 descentralizada e altamente consistente.
Três, Explicação Detalhada da Arquitetura do Consenso Taproot
O Consenso Taproot é composto por três partes: Schnorr+MAST, Bitcoin SPV e Aura+Grandpa.
A combinação de Schnorr+MAST pode realizar a gestão de multi-assinatura descentralizada da moeda Bitcoin, sem a necessidade de uma pessoa para assinar, mas sim utilizando o código do Bitcoin para conduzir.
Este código é impulsionado pelo consenso alcançado pela rede de segunda camada. A forma como a rede de segunda camada alcança consenso e como esse consenso é sincronizado com o estado da camada um do Bitcoin é realizado através do consenso Bitcoin SPV+BFT POS (Aura+Grandpa).
O SPV do Bitcoin é um método de verificação de pagamento simples proposto por Satoshi Nakamoto, que permite a sincronização e verificação de transações de Bitcoin sem a necessidade de executar um nó completo. Essa característica permite que o Consenso Taproot possa sincronizar o estado do BTC em um ambiente completamente descentralizado, sem necessidade de qualquer permissão.
Aura+Grandpa é um protocolo de consenso PoS avançado frequentemente utilizado para implementar tolerância a falhas bizantinas, garantindo alta consistência entre os nós da rede através de um protocolo distribuído.
Resumo do funcionamento das três partes do Consenso Taproot:
Neste sistema, cada validador possui uma chave privada BTC para assinaturas Schnorr. As características das assinaturas Schnorr permitem a agregação eficiente de assinaturas, aumentando assim a segurança e eficiência do sistema. A chave pública agregada Pagg gerada pelo esquema de múltiplas assinaturas Musig2 forma uma grande árvore MAST.
Após a geração do valor hash raiz da árvore MAST, os validadores realizam transferências de BTC e operações de gravação para o endereço de assinatura de limite gerado pela árvore MAST, implementando a funcionalidade de submissão de dados da mainnet BTC para a rede de segunda camada. Ao mesmo tempo, cada validador atua como um nó leve SPV Bitcoin, permitindo-lhes sincronizar de forma segura e sem permissão o estado da rede BTC.
Em resumo, o Consenso Taproot utiliza Schnorr+MAST para construir uma gestão descentralizada de múltiplas assinaturas BTC na camada um do Bitcoin, enquanto a camada dois opera uma rede de nós SPV do Bitcoin. Tomando um projeto como exemplo, toda a sua rede de camada dois opera nós SPV do Bitcoin, que podem sincronizar o estado dos dados da camada um do Bitcoin, permitindo assim que a camada dois e a camada um do Bitcoin estejam sincronizadas em informações. Para garantir a segurança e confiabilidade da rede de camada dois, o projeto fundiu a rede de nós SPV do Bitcoin com Aura+Grandpa, o que significa que a rede de nós SPV do Bitcoin possui um nível de segurança em termos de consenso BFT. Isso implica que a gestão dos ativos da rede de camada dois não é feita por algumas pessoas com múltiplas assinaturas, mas sim impulsionada pelo consenso BFT, alcançando assim uma verdadeira descentralização.
Quatro, outros detalhes técnicos do livro amarelo
Além da estrutura técnica mencionada, o livro branco do Taproot Consensus também explica detalhadamente a implementação de tecnologias como assinaturas Schnorr, MAST, nós leves SPV do Bitcoin, Aura+Grandpa, entre outras. Para aqueles que desejam aprender e entender as últimas tecnologias do Bitcoin, este livro branco é um recurso de aprendizado muito abrangente e detalhado.
Além disso, o livro amarelo explica detalhadamente o processo de implementação do Musig2 e as diferenças em relação a outro projeto conhecido de BTC Layer2.
A estrutura tecnológica subjacente deste projeto é baseada no protocolo tBTC. O tBTC utiliza a multi-assinatura do Bitcoin para construir uma rede de assinatura em limiar, que possui uma consistência mais forte em comparação com redes distribuídas tradicionais.
No entanto, o tBTC ainda é uma rede multi-assinatura que requer 9 assinaturas. Para realmente alcançar um sistema que não dependa de pessoas, mas sim de um consenso, é necessário combinar a rede multi-assinatura com o mecanismo de consenso BFT PoS (Prova de Participação Tolerante a Falhas Bizantinas). Esta é também a diferença entre redes distribuídas e blockchain; as redes distribuídas enfatizam a distribuição, mas carecem de um consenso tolerante a falhas bizantinas, enquanto a blockchain, embora também seja uma rede distribuída, depende de um consenso tolerante a falhas bizantinas para funcionar, sendo assim uma rede verdadeiramente descentralizada.
O plano de Consenso Taproot adota esse design mais avançado. Ao combinar assinaturas Schnorr, MAST, nós leves SPV do Bitcoin, e os mecanismos de consenso tolerantes a falhas bizantinas Aura e Grandpa, foi construído um plano de extensão descentralizada Layer2 altamente consistente e seguro. Essa fusão não apenas melhora a escalabilidade e a usabilidade da rede Bitcoin, mas também garante a segurança e a consistência da rede de segunda camada.
Resumo
Este livro técnico descreve de forma sistemática e abrangente o plano de implementação e os detalhes técnicos do Consenso Taproot, mostrando-nos uma solução de segunda camada do Bitcoin totalmente construída com base na tecnologia nativa do Bitcoin.
A Consenso Taproot não apenas respeita e herda a direção técnica original do Bitcoin, mas também combina inovações técnicas trazidas pelas atualizações do Bitcoin, sendo uma verdadeira obra-prima da tecnologia de expansão nativa do Bitcoin.
Com o contínuo desenvolvimento do ecossistema Bitcoin, as pessoas gradualmente se darão conta de que a verdadeira solução de segunda camada descentralizada para Bitcoin é o caminho inevitável para o desenvolvimento do ecossistema Bitcoin, e soluções como o Taproot Consensus brilharão no futuro.
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FlashLoanLord
· 5h atrás
Confiável! Este modo de jogo TC realmente tem algo.
Taproot Consensus: solução Layer2 que é a culminação da tecnologia nativa do Bitcoin
Evolução da tecnologia Bitcoin e análise completa da solução de consenso Taproot
No dia 20 de maio de 2024, uma equipe de desenvolvimento de Layer2 de Bitcoin publicou um white paper técnico intitulado "Taproot Consensus: uma solução descentralizada de BTC Layer2". O documento descreve detalhadamente o mecanismo de implementação do Taproot Consensus, bem como como integrar assinaturas Schnorr, MAST, nós SPV de Bitcoin e outras tecnologias nativas do Bitcoin para construir uma solução BTC Layer2 completamente descentralizada.
Após ler o texto completo, pode-se sentir que a proposta de Consenso Taproot apresentada por esta equipe é uma obra-prima da tecnologia de expansão nativa do Bitcoin. Não houve nenhuma modificação no código do Bitcoin, mas sim uma combinação engenhosa de várias tecnologias centrais do Bitcoin, com uma linha de raciocínio clara e uma estrutura requintada.
Antes de uma análise aprofundada do livro amarelo, é necessário revisitar a evolução técnica do Bitcoin, para entender como o Taproot Consensus surgiu no processo de evolução do Bitcoin.
I. História do desenvolvimento tecnológico do Bitcoin
No dia 31 de outubro de 2008, Satoshi Nakamoto publicou um artigo intitulado "Bitcoin: Um Sistema de Dinheiro Eletrônico Peer-to-Peer", que apresentou pela primeira vez a solução técnica completa para o Bitcoin. No oitavo capítulo do artigo, Satoshi Nakamoto apresentou uma solução chamada SPV (Simple Payment Verification), que é a Verificação de Pagamento Simples, um meio técnico que permite validar pagamentos sem a necessidade de executar um nó completo do Bitcoin, bastando guardar os cabeçalhos dos blocos.
No dia 3 de janeiro de 2009, Satoshi Nakamoto minerou o bloco gênese em um pequeno servidor em Helsinque, marcando o nascimento oficial do Bitcoin. É importante notar que no código oficial do Bitcoin, Satoshi Nakamoto utilizou a técnica de assinatura de curva elíptica (ECDSA), em vez da técnica de assinatura de Schnorr, que seria mais adequada para o Bitcoin. Isso se deve ao fato de que na época a assinatura de Schnorr ainda não havia sido open source e ainda estava sob proteção de patente, portanto Satoshi Nakamoto só pôde escolher a assinatura de curva elíptica que já estava disponível como open source.
A assinatura Schnorr mantém todas as funcionalidades e suposições de segurança da assinatura de curva elíptica, ao mesmo tempo que ultrapassa a limitação de 15 assinaturas múltiplas que pode ser alcançada com a assinatura de curva elíptica no Bitcoin, permitindo finalmente a gestão conjunta de mais de 1000 endereços de Bitcoin sem afetar a velocidade da assinatura.
Em 2018, após anos de validação repetida, os desenvolvedores principais do Bitcoin, incluindo Gregory Maxwell, propuseram oficialmente o BIP, sugerindo a introdução de assinaturas Schnorr na rede Bitcoin.
No dia 14 de novembro de 2021, o Bitcoin concluiu a atualização Taproot, e as assinaturas Schnorr foram oficialmente integradas à rede Bitcoin, marcando o início de uma nova era de multi-assinatura descentralizada para o Bitcoin.
Além das assinaturas Schnorr, a atualização Taproot também introduziu MAST (Merkelized Abstract Syntax Trees), ou árvores de sintaxe abstrata de Merkle, que é uma tecnologia que permite ao Bitcoin ter funcionalidades semelhantes a contratos inteligentes. Isso é realizado organizando a lógica contratual com múltiplos ramos condicionais na forma de uma árvore Merkle, permitindo que o código do Bitcoin atenda a necessidades funcionais semelhantes a contratos inteligentes (mas limitadas à verificação de pagamentos em Bitcoin, diferentemente dos complexos contratos inteligentes do Ethereum).
A assinatura Schnorr pode aumentar o número de endereços multi-assinatura de Bitcoin para mais de 1000, enquanto o MAST pode impulsionar endereços de assinatura Schnorr para multi-assinatura através de programas de Bitcoin. Assim, a assinatura Schnorr + MAST pode realizar uma rede de multi-assinatura descentralizada de Bitcoin que não requer assinaturas humanas, mas é impulsionada por instruções de código Bitcoin.
Isto significa que o Bitcoin pode ultrapassar uma camada de limitações de forma descentralizada, permitindo assim a implementação de cenários de negócios mais complexos e ricos na segunda camada.
E a solução de consenso Taproot proposta por esta equipe de desenvolvimento é, de fato, a culminação da iteração tecnológica do Bitcoin ao longo de 13 anos, de 2008 a 2021.
II. Visão geral da solução de consenso Taproot
O livro amarelo da tecnologia Taproot Consensus começa afirmando: "A natureza não Turing completa da rede Bitcoin limita a implementação direta de soluções de escalonamento Layer2 semelhantes ao Rollup do Ethereum. O nível de contratos de script da rede Bitcoin só pode realizar operações de transferência simples, não suportando funcionalidades de contratos inteligentes mais complexas. Portanto, construir uma solução de escalonamento Layer2 apenas a partir do nível de script do Bitcoin não é viável."
Esta descrição resume de forma clara a não completude de Turing da rede Bitcoin, bem como a característica de que os contratos de script do Bitcoin só podem executar operações de transferência de Bitcoin. Portanto, a direção correta para a expansão do Bitcoin não é trabalhar na camada de rede, mas sim utilizar as capacidades existentes do Bitcoin para construir uma solução de expansão de segunda camada completamente descentralizada.
Taproot Consensus é a fusão da tecnologia Taproot do Bitcoin (assinaturas Schnorr e MAST), dos nós leves SPV do Bitcoin e do mecanismo de consenso BFT PoS, construindo uma rede Layer2 descentralizada e altamente consistente.
Três, Explicação Detalhada da Arquitetura do Consenso Taproot
O Consenso Taproot é composto por três partes: Schnorr+MAST, Bitcoin SPV e Aura+Grandpa.
A combinação de Schnorr+MAST pode realizar a gestão de multi-assinatura descentralizada da moeda Bitcoin, sem a necessidade de uma pessoa para assinar, mas sim utilizando o código do Bitcoin para conduzir.
Este código é impulsionado pelo consenso alcançado pela rede de segunda camada. A forma como a rede de segunda camada alcança consenso e como esse consenso é sincronizado com o estado da camada um do Bitcoin é realizado através do consenso Bitcoin SPV+BFT POS (Aura+Grandpa).
O SPV do Bitcoin é um método de verificação de pagamento simples proposto por Satoshi Nakamoto, que permite a sincronização e verificação de transações de Bitcoin sem a necessidade de executar um nó completo. Essa característica permite que o Consenso Taproot possa sincronizar o estado do BTC em um ambiente completamente descentralizado, sem necessidade de qualquer permissão.
Aura+Grandpa é um protocolo de consenso PoS avançado frequentemente utilizado para implementar tolerância a falhas bizantinas, garantindo alta consistência entre os nós da rede através de um protocolo distribuído.
Resumo do funcionamento das três partes do Consenso Taproot:
Neste sistema, cada validador possui uma chave privada BTC para assinaturas Schnorr. As características das assinaturas Schnorr permitem a agregação eficiente de assinaturas, aumentando assim a segurança e eficiência do sistema. A chave pública agregada Pagg gerada pelo esquema de múltiplas assinaturas Musig2 forma uma grande árvore MAST.
Após a geração do valor hash raiz da árvore MAST, os validadores realizam transferências de BTC e operações de gravação para o endereço de assinatura de limite gerado pela árvore MAST, implementando a funcionalidade de submissão de dados da mainnet BTC para a rede de segunda camada. Ao mesmo tempo, cada validador atua como um nó leve SPV Bitcoin, permitindo-lhes sincronizar de forma segura e sem permissão o estado da rede BTC.
Em resumo, o Consenso Taproot utiliza Schnorr+MAST para construir uma gestão descentralizada de múltiplas assinaturas BTC na camada um do Bitcoin, enquanto a camada dois opera uma rede de nós SPV do Bitcoin. Tomando um projeto como exemplo, toda a sua rede de camada dois opera nós SPV do Bitcoin, que podem sincronizar o estado dos dados da camada um do Bitcoin, permitindo assim que a camada dois e a camada um do Bitcoin estejam sincronizadas em informações. Para garantir a segurança e confiabilidade da rede de camada dois, o projeto fundiu a rede de nós SPV do Bitcoin com Aura+Grandpa, o que significa que a rede de nós SPV do Bitcoin possui um nível de segurança em termos de consenso BFT. Isso implica que a gestão dos ativos da rede de camada dois não é feita por algumas pessoas com múltiplas assinaturas, mas sim impulsionada pelo consenso BFT, alcançando assim uma verdadeira descentralização.
Quatro, outros detalhes técnicos do livro amarelo
Além da estrutura técnica mencionada, o livro branco do Taproot Consensus também explica detalhadamente a implementação de tecnologias como assinaturas Schnorr, MAST, nós leves SPV do Bitcoin, Aura+Grandpa, entre outras. Para aqueles que desejam aprender e entender as últimas tecnologias do Bitcoin, este livro branco é um recurso de aprendizado muito abrangente e detalhado.
Além disso, o livro amarelo explica detalhadamente o processo de implementação do Musig2 e as diferenças em relação a outro projeto conhecido de BTC Layer2.
A estrutura tecnológica subjacente deste projeto é baseada no protocolo tBTC. O tBTC utiliza a multi-assinatura do Bitcoin para construir uma rede de assinatura em limiar, que possui uma consistência mais forte em comparação com redes distribuídas tradicionais.
No entanto, o tBTC ainda é uma rede multi-assinatura que requer 9 assinaturas. Para realmente alcançar um sistema que não dependa de pessoas, mas sim de um consenso, é necessário combinar a rede multi-assinatura com o mecanismo de consenso BFT PoS (Prova de Participação Tolerante a Falhas Bizantinas). Esta é também a diferença entre redes distribuídas e blockchain; as redes distribuídas enfatizam a distribuição, mas carecem de um consenso tolerante a falhas bizantinas, enquanto a blockchain, embora também seja uma rede distribuída, depende de um consenso tolerante a falhas bizantinas para funcionar, sendo assim uma rede verdadeiramente descentralizada.
O plano de Consenso Taproot adota esse design mais avançado. Ao combinar assinaturas Schnorr, MAST, nós leves SPV do Bitcoin, e os mecanismos de consenso tolerantes a falhas bizantinas Aura e Grandpa, foi construído um plano de extensão descentralizada Layer2 altamente consistente e seguro. Essa fusão não apenas melhora a escalabilidade e a usabilidade da rede Bitcoin, mas também garante a segurança e a consistência da rede de segunda camada.
Resumo
Este livro técnico descreve de forma sistemática e abrangente o plano de implementação e os detalhes técnicos do Consenso Taproot, mostrando-nos uma solução de segunda camada do Bitcoin totalmente construída com base na tecnologia nativa do Bitcoin.
A Consenso Taproot não apenas respeita e herda a direção técnica original do Bitcoin, mas também combina inovações técnicas trazidas pelas atualizações do Bitcoin, sendo uma verdadeira obra-prima da tecnologia de expansão nativa do Bitcoin.
Com o contínuo desenvolvimento do ecossistema Bitcoin, as pessoas gradualmente se darão conta de que a verdadeira solução de segunda camada descentralizada para Bitcoin é o caminho inevitável para o desenvolvimento do ecossistema Bitcoin, e soluções como o Taproot Consensus brilharão no futuro.