Taproot Consensus : un jalon de la technologie d'expansion natif de Bitcoin

Bitcoin : nouvelle avancée dans la technologie d'expansion native : analyse approfondie de la solution technique Taproot Consensus

Introduction

Le 20 mai 2024, une équipe de développement importante de Bitcoin Layer2 a publié le livre blanc technique intitulé « Taproot Consensus : une solution décentralisée BTC Layer2 ». Ce document décrit 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'ensemble du texte, on peut sentir que le plan de consensus Taproot proposé par cette équipe est véritablement l'aboutissement des technologies d'extension natives de Bitcoin. Il n'apporte aucune modification au code de Bitcoin, mais combine habilement plusieurs technologies clés de Bitcoin, avec une pensée claire et une structure ingénieuse.

Avant d'analyser en profondeur le livre jaune, il est nécessaire de revenir sur l'évolution technique du Bitcoin, ce qui aide à comprendre comment le Consensus Taproot s'est progressivement formé à partir de l'évolution du Bitcoin.

Texte principal

I. Revue de l'évolution de la technologie Bitcoin

31 octobre 2008

Satoshi Nakamoto a publié un article intitulé "Bitcoin : un système de cash électronique peer-to-peer", exposant pour la première fois en détail le mode de réalisation technique de Bitcoin.

Dans le huitième chapitre du document, Satoshi Nakamoto propose une solution appelée SPV(Simple Payment Verification), c'est-à-dire la vérification simple des paiements. C'est une méthode technique qui permet de vérifier les paiements sans avoir à exécuter un nœud complet de Bitcoin, mais seulement en sauvegardant les en-têtes de bloc.

3 janvier 2009

Satoshi Nakamoto a miné le bloc de genèse sur un petit serveur à Helsinki, marquant la naissance officielle de Bitcoin.

Il convient de noter que dans le code initial de Bitcoin, Satoshi Nakamoto a utilisé la technologie de signature à courbe elliptique (ECDSA) plutôt que la technologie de signature de Schnorr, qui serait plus adaptée à Bitcoin. Ce n'est pas parce que la signature à courbe elliptique est supérieure à la signature de Schnorr, mais parce qu'à l'époque, la signature de Schnorr n'était pas encore open source et était encore sous protection par brevet. Par conséquent, Satoshi Nakamoto a choisi la signature à courbe elliptique qui était déjà open source.

La signature Schnorr non seulement conserve toutes les fonctionnalités et hypothèses de sécurité de la signature à courbe elliptique, mais elle dépasse également la limite des 15 signatures multiples pouvant être réalisées par Bitcoin dans le cadre de la signature à courbe elliptique, permettant finalement la gestion conjointe de plus de 1000 adresses Bitcoin sans affecter la vitesse de signature.

2018

Après des années de vérifications répétées, certains développeurs principaux de Bitcoin ont officiellement proposé le BIP, suggérant d'introduire la signature Schnorr dans le réseau Bitcoin.

14 novembre 2021

Bitcoin a terminé sa mise à niveau Taproot, les signatures Schnorr ont été officiellement intégrées dans le réseau Bitcoin, Bitcoin a ouvert une nouvelle ère de multi-signatures décentralisées.

En plus de la signature Schnorr, la mise à niveau Taproot introduit MAST (Merkelized Abstract Syntax Trees), c'est-à-dire les arbres de syntaxe abstraite de Merkle. C'est une technologie qui confère à Bitcoin des fonctionnalités similaires à celles des contrats intelligents, en organisant la logique contractuelle avec plusieurs branches de conditions sous la forme d'un arbre de Merkle, permettant ainsi au code Bitcoin de répondre à des besoins fonctionnels similaires à ceux des contrats intelligents (mais uniquement pour la vérification des paiements en Bitcoin, par opposition aux contrats intelligents complexes d'Ethereum).

La signature Schnorr peut étendre l'adresse multi-signature de Bitcoin à plus de 1000, tandis que MAST peut activer les adresses de signature Schnorr via des programmes Bitcoin pour effectuer des multi-signatures. Ainsi, la signature Schnorr + MAST peut réaliser un réseau de multi-signatures Bitcoin décentralisé qui ne dépend pas des signatures manuelles, mais qui est plutôt piloté par des instructions de code Bitcoin.

Cela signifie que Bitcoin peut franchir une couche de limitation de manière décentralisée, permettant ainsi de réaliser des scénarios commerciaux plus complexes et plus riches au niveau de la deuxième couche.

Et la solution Taproot Consensus proposée par cette équipe est véritablement le fruit de 13 ans d'itérations technologiques pour 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-complete du réseau Bitcoin limite sa capacité à mettre en œuvre directement des solutions d'extension Layer2 similaires aux Rollups d'Ethereum. Le niveau de contrat script du réseau Bitcoin ne peut réaliser que des opérations de transfert simples et ne peut pas prendre en charge des fonctionnalités de contrats intelligents plus complexes. Par conséquent, il est impossible de construire une solution d'extension Layer2 uniquement à partir du niveau de script de Bitcoin."

Cette description résume de manière concise la non-turing-complétude du réseau Bitcoin, ainsi que la limitation selon laquelle les contrats script de Bitcoin ne peuvent exécuter que des opérations de transfert de Bitcoin. Ainsi, la bonne direction pour l'extension de Bitcoin n'est pas de jouer sur le réseau de première couche de Bitcoin, mais d'utiliser les capacités existantes de Bitcoin pour construire une solution d'extension de deuxième couche entièrement décentralisée.

Le Consensus Taproot est précisément la fusion de la technologie Taproot de Bitcoin (signature Schnorr et MAST), des nœuds légers SPV de Bitcoin et du mécanisme de consensus BFT PoS, construisant ainsi un réseau Layer2 décentralisé et hautement cohérent.

Trois, explication détaillée de l'architecture du consensus Taproot

Le Consensus Taproot est composé de trois parties : Schnorr+Mast, Bitcoin SPV et Aura+Grandpa.

Schnorr+Mast utilise ces deux grandes technologies natives apportées par la mise à niveau Taproot de Bitcoin pour créer une gestion multsignature décentralisée de Bitcoin, sans nécessiter de signatures manuelles, mais en utilisant le code Bitcoin pour fonctionner.

Alors, qui pilote ces codes ? Il est piloté par un consensus atteint via un réseau de deuxième couche.

Comment le réseau de deuxième couche parvient-il à un consensus, et comment ce consensus est-il synchronisé avec l'état de la couche de Bitcoin ?

C'est le rôle du consensus Bitcoin SPV+BFT POS (Aura+Grandpa).

Bitcoin SPV est un moyen de vérification de paiement simplifié proposé par Satoshi Nakamoto, qui permet de synchroniser et de vérifier les transactions Bitcoin sans faire fonctionner un nœud complet. Cette caractéristique permet au Consensus Taproot de synchroniser l'état BTC dans un environnement entièrement décentralisé, sans aucune autorisation.

Aura+Grandpa est un protocole de consensus PoS avancé qui implémente de manière assez générale le tolérance aux pannes byzantines, garantissant une haute cohérence des nœuds du réseau grâce à des protocoles distribués (les blockchains construites sur le cadre Substrate adoptent généralement Aura+Grandpa).

Ainsi, résumons le principe de fonctionnement des trois parties du Consensus Taproot :

"Dans le système, chaque validateur possède une clé privée BTC pour la signature Schnorr. Les caractéristiques de la signature Schnorr permettent une agrégation efficace des signatures, améliorant ainsi la sécurité et l'efficacité du système. La clé publique agrégée Pagg, générée par le schéma de signature multi-signature Musig2, forme un grand arbre MAST (Merkle Abstract Syntax Tree).

Après la génération de la valeur de hachage racine de l'arbre MAST, les validateurs effectuent des transferts de BTC et des opérations de gravure vers l'adresse de signature de seuil générée par l'arbre MAST, réalisant ainsi la fonction de soumission de données du réseau principal BTC au réseau de deuxième couche. En même temps, chaque validateur agit comme un nœud léger SPV (Simplified Payment Verification) de Bitcoin, ce qui leur permet de synchroniser l'état du réseau BTC de manière sécurisée et sans autorisation.

En bref :

Le consensus Taproot utilise Schnorr+Mast pour construire une gestion décentralisée des multi-signatures BTC au niveau de la première couche du Bitcoin, tandis que la deuxième couche fait fonctionner un réseau de nœuds SPV Bitcoin. Prenons un projet comme exemple, son réseau de deuxième couche fonctionne entièrement avec des nœuds SPV Bitcoin, ces nœuds peuvent synchroniser l'état des données de la première couche du Bitcoin, permettant ainsi à la deuxième couche et à la première couche d'être synchronisées. Pour garantir la sécurité et la fiabilité du réseau de deuxième couche, le projet intègre le réseau de nœuds SPV Bitcoin avec Aura+Grandpa, permettant ainsi au réseau de nœuds SPV Bitcoin de bénéficier d'un niveau de sécurité au niveau du consensus BFT. En d'autres termes, la gestion des actifs du réseau de deuxième couche 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 détails de mise en œuvre de la signature Schnorr, MAST, les nœuds légers SPV Bitcoin, Aura+Grandpa et d'autres technologies. Pour ceux qui souhaitent apprendre et comprendre les dernières technologies Bitcoin, ce livre blanc est une ressource d'apprentissage complète et détaillée.

De plus, le livre jaune explique en détail le processus de mise en œuvre de Musig2, ainsi que les différences avec d'autres projets BTC Layer2 connus.

Par exemple, la structure technique sous-jacente d'un projet est basée sur le protocole tBTC. tBTC utilise la multi-signature de Bitcoin pour construire un réseau de signatures seuil, cette structure présente une cohérence plus forte par rapport aux réseaux distribués traditionnels.

Cependant, tBTC reste un réseau multi-signatures nécessitant la signature de 9 personnes. Pour réaliser véritablement un système qui ne repose pas sur les individus mais sur un consensus, il est nécessaire de combiner le réseau multi-signatures avec un mécanisme de consensus BFT PoS (preuve d'enjeu byzantine tolérante). C'est également la différence entre les réseaux distribués et la blockchain : les réseaux distribués mettent l'accent sur la distribution, mais manquent d'un consensus tolérant aux fautes byzantines, tandis que la blockchain, bien qu'elle soit aussi un réseau distribué, repose sur un consensus tolérant aux fautes byzantines pour fonctionner, ce qui en fait un véritable réseau décentralisé.

Le protocole de consensus Taproot adopte cette conception plus avancée. En combinant les signatures Schnorr, MAST, les nœuds légers SPV Bitcoin ainsi que les mécanismes de consensus tolérants aux pannes byzantines Aura et Grandpa, il construit un schéma d'extension décentralisé Layer2 hautement cohérent et sécurisé. Cette fusion 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 montrant une solution de deuxième couche 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 innovations technologiques apportées par les mises à niveau successives de Bitcoin, constituant ainsi une véritable réalisation de la technologie d'extension native de Bitcoin.

Avec le développement continu de l'écosystème Bitcoin, les gens vont progressivement réaliser que les véritables solutions de deuxième couche décentralisées pour Bitcoin sont le chemin incontournable pour le développement de l'écosystème Bitcoin, et des solutions comme Taproot Consensus brilleront réellement.

Bitcoin natif technologie d'expansion : Interprétation complète du livre jaune de la technologie BEVM

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Commentaire
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RebaseVictimvip
· 08-08 10:24
L2 j'en ai vraiment assez.
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RugpullSurvivorvip
· 08-06 21:26
Même les chiens ne regardent pas l2, ce n'est que l'année prochaine que cela va hausser.
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MEVHunterBearishvip
· 08-06 05:40
C'est toujours le même piège. Ça me rend fou, il n'y a pas vraiment de différence avec le roll up.
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Ser_This_Is_A_Casinovip
· 08-06 05:36
On a encore réchauffé le vieux plat.
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probably_nothing_anonvip
· 08-06 05:22
C'est incompréhensible, bull !
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YieldHuntervip
· 08-06 05:13
meh... un autre l2 promettant la décentralisation. montrez-moi la tvl d'abord à vrai dire
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