La quintessence de la technologie d'extension native de Bitcoin : Analyse approfondie de la technologie Taproot Consensus
Le 20 mai 2024, une équipe spécialisée dans le développement de Layer2 pour Bitcoin a publié un livre blanc technique intitulé « Taproot Consensus : une solution décentralisée de BTC Layer2 ». Ce document décrit en détail la manière dont Taproot Consensus est implémenté, ainsi que comment utiliser des technologies natives de Bitcoin telles que les signatures Schnorr, MAST et les nœuds SPV Bitcoin pour construire une solution BTC Layer2 entièrement décentralisée.
Après avoir lu l'ensemble du texte, on a l'impression que la solution Taproot Consensus proposée par cette équipe est l'aboutissement de la technologie d'extension native de Bitcoin. Elle n'apporte aucune modification au code de Bitcoin, mais intègre habilement plusieurs technologies clés de Bitcoin, avec une idée claire et une structure ingénieuse.
Avant d'analyser en profondeur le livre jaune, il est nécessaire de revoir l'évolution technique de Bitcoin, ce qui aide à comprendre comment le Consensus Taproot est né de l'évolution de Bitcoin.
Histoire de l'évolution technologique de Bitcoin
Le 31 octobre 2008, Satoshi Nakamoto a publié un article intitulé « Bitcoin : un système de monnaie électronique de pair à pair », qui a exposé pour la première fois le schéma technique de mise en œuvre de Bitcoin. Le chapitre huit de l'article mentionne la solution SPV (Simple Payment Verification), c'est-à-dire la vérification simple des paiements, qui est un moyen technique permettant de vérifier les paiements sans avoir à faire fonctionner un nœud complet, en ne conservant que l'en-tête du bloc.
Le 3 janvier 2009, Satoshi Nakamoto a miné le bloc genesis sur un petit serveur à Helsinki, en Finlande, marquant la naissance officielle de Bitcoin. Il est à noter que le code initial de Bitcoin a utilisé la technologie de signature à courbe elliptique (ECDSA), plutôt que la technologie de signature de Schnorr, plus adaptée à Bitcoin. Cela s'explique par le fait que la signature de Schnorr n'était pas encore open source à l'époque et était toujours protégée par un brevet.
La signature Schnorr conserve toutes les fonctionnalités et hypothèses de sécurité de la signature elliptique, tout en dépassant la limite de 15 signatures multiples que le cadre de la signature elliptique impose pour Bitcoin, permettant finalement à plus de 1000 adresses de gérer ensemble des Bitcoins sans affecter la vitesse de signature.
En 2018, après des années de vérifications répétées, les développeurs principaux de Bitcoin ont officiellement proposé d'introduire les signatures Schnorr dans le réseau Bitcoin.
Le 14 novembre 2021, Bitcoin a achevé la mise à niveau Taproot, intégrant officiellement les signatures Schnorr dans le réseau, ouvrant ainsi une nouvelle ère de signatures multiples décentralisées. En plus des signatures Schnorr, la mise à niveau Taproot a également introduit MAST (Merkelized Abstract Syntax Trees), c'est-à-dire les arbres de syntaxe abstraite de Merkel, une technologie qui permet à Bitcoin de posséder des fonctionnalités similaires à celles des contrats intelligents.
La signature Schnorr peut étendre les adresses multi-signatures de Bitcoin à plus de 1000, tandis que MAST peut activer les adresses de signature Schnorr pour des multi-signatures via des programmes Bitcoin. Par conséquent, la combinaison de la signature Schnorr + MAST peut réaliser un réseau multi-signatures décentralisé en Bitcoin qui ne dépend pas des signatures manuelles, mais est plutôt piloté par des instructions de code Bitcoin.
Cela signifie que Bitcoin peut dépasser les limites d'une couche de manière décentralisée, réalisant des scénarios d'affaires plus complexes et plus riches sur une deuxième couche. La solution Taproot Consensus proposée par cette équipe est en effet l'aboutissement de 13 ans d'itérations technologiques pour Bitcoin, de 2008 à 2021.
Aperçu de la solution de consensus Taproot
Le livre blanc sur la technologie Taproot Consensus commence par souligner que la nature non Turing-complete du réseau Bitcoin limite sa capacité à réaliser 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 fonctionnalités de contrats intelligents plus complexes. Par conséquent, il n'est pas possible de construire des solutions d'extension Layer2 uniquement à partir du niveau des scripts Bitcoin.
Cette description résume de manière concise la non-complétude de Turing du réseau Bitcoin, ainsi que le fait que les contrats script de Bitcoin ne peuvent exécuter que des opérations de transfert de Bitcoin. Par conséquent, la bonne direction pour l'expansion de Bitcoin n'est pas de jouer sur la couche réseau, mais d'utiliser les capacités existantes de Bitcoin pour construire une solution d'expansion de couche deux entièrement décentralisée.
Le Consensus Taproot combine la technologie Taproot de Bitcoin (signatures Schnorr et MAST), les nœuds légers SPV de Bitcoin et le mécanisme de consensus BFT PoS pour construire un réseau Layer2 décentralisé et hautement cohérent.
Détails de l'architecture de consensus Taproot
L'ensemble du Taproot Consensus proposé par cette équipe est composé de trois parties : Schnorr+Mast, Bitcoin SPV et Aura+Grandpa.
Schnorr+Mast utilise les deux technologies natives apportées par la mise à niveau Taproot de Bitcoin pour réaliser une gestion décentralisée des signatures multiples de Bitcoin, sans avoir besoin d'une personne pour signer, mais en utilisant le code Bitcoin pour le piloter.
Alors, qui va piloter ces codes ? La réponse est que cela est piloté par le consensus atteint par le réseau de deuxième couche.
Comment les réseaux de couche 2 parviennent-ils à un consensus, et comment ce consensus est-il synchronisé avec l'état de la couche 1 de Bitcoin ? C'est là que réside le rôle du consensus Bitcoin SPV+BFT POS (Aura+Grandpa).
Bitcoin SPV est une méthode de vérification des paiements simples proposée 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 de BTC dans un environnement entièrement décentralisé, sans aucune autorisation.
Aura+Grandpa est un protocole de consensus PoS avancé relativement général qui réalise la tolérance aux pannes byzantines, garantissant une haute cohérence des nœuds du réseau grâce à un protocole distribué (les blockchains construites sur le cadre Substrate utilisent essentiellement Aura+Grandpa).
Ainsi, résumons le principe de fonctionnement des trois parties de Taproot Consensus :
Dans ce système, chaque validateurs détient une clé privée BTC utilisée pour les signatures Schnorr. Les caractéristiques des signatures Schnorr permettent d'atteindre une agrégation efficace des signatures, 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 (Merkle Abstract Syntax Tree).
Après la génération de la valeur de hachage racine de l'arbre MAST, les validateurs effectuent des transferts BTC et des opérations d'inscription vers l'adresse de signature de seuil générée par l'arbre MAST, réalisant ainsi la fonctionnalité de soumission de données du réseau principal BTC vers le réseau Layer2. En même temps, chaque validateur agit en tant que nœud léger SPV (Simplified Payment Verification) de Bitcoin, ce qui lui permet de synchroniser de manière sécurisée et sans autorisation l'état du réseau BTC.
En d'autres termes :
Le Consensus Taproot utilise Schnorr+Mast pour construire une gestion décentralisée des multi-signatures BTC au niveau de la couche 1 de Bitcoin, tandis que la couche 2 exécute un réseau de nœuds SPV Bitcoin. Prenons un exemple d'un réseau Layer2, ce réseau fonctionne entièrement avec des nœuds SPV Bitcoin, ces nœuds peuvent synchroniser l'état des données de la couche 1 de Bitcoin, permettant ainsi à Layer2 et à la couche 1 de Bitcoin de synchroniser les informations. Pour garantir que le réseau de couche 2 est sûr et fiable, ce Layer2 intègre le réseau de nœuds SPV Bitcoin avec Aura+Grandpa, ce qui confère au réseau de nœuds SPV Bitcoin un niveau de sécurité en matière de consensus BFT. En d'autres termes, ce ne sont pas certaines personnes multi-signataires qui gèrent les actifs du réseau Layer2, mais plutôt la dépendance à un consensus BFT pour conduire, réalisant ainsi une véritable décentralisation.
Autres détails techniques
En plus du cadre technique mentionné ci-dessus, le livre blanc Taproot Consensus explique également en détail les spécificités de mise en œuvre des technologies telles que les signatures Schnorr, MAST, les nœuds légers PSV de Bitcoin, Aura+Grandpa, etc. Pour ceux qui souhaitent apprendre et comprendre les dernières technologies de Bitcoin, ce livre blanc est une ressource d'apprentissage très complète et détaillée.
De plus, le livre jaune explique en détail le processus de mise en œuvre de Musig2, ainsi que les différences avec les solutions techniques 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 signature par seuil, cette structure présentant une cohérence plus forte par rapport aux réseaux distribués traditionnels.
Cependant, tBTC reste un réseau multisignature nécessitant 9 signatures. Pour réaliser véritablement un système qui ne repose pas sur l'homme mais sur un consensus, il est nécessaire de combiner le réseau multisignature 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 : un réseau distribué met l'accent sur la distribution, mais manque d'un consensus tolérant aux pannes byzantines, tandis qu'une blockchain, bien qu'étant également un réseau distribué, repose sur un consensus tolérant aux pannes byzantines pour fonctionner, ce qui en fait un réseau véritablement décentralisé.)
La solution Taproot Consensus adopte un design plus avancé. En combinant les signatures Schnorr, MAST, les nœuds légers SPV de Bitcoin, ainsi que les mécanismes de consensus Byzantine Aura et Grandpa, elle construit une solution d'extension décentralisée Layer2 d'une grande cohérence et sécurité. Cette fusion améliore non seulement l'évolutivité et l'utilisabilité du réseau Bitcoin, mais assure également la sécurité et la cohérence du réseau Layer2.
Conclusion
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 couche deux pour Bitcoin entièrement construite sur la technologie native de Bitcoin.
Taproot Consensus respecte et hérite non seulement de l'orientation technique originale de Bitcoin, mais il combine également les technologies apportées par les différentes mises à jour de Bitcoin pour une innovation combinée. C'est véritablement l'aboutissement de la technologie d'extension native de Bitcoin.
Avec le développement continu de l'écosystème Bitcoin, les gens vont progressivement réaliser que de véritables solutions de deuxième couche décentralisées pour Bitcoin sont le chemin inévitable du développement de l'écosystème Bitcoin, et que des solutions comme Taproot Consensus brilleront vraiment.
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BlockchainGriller
· 07-31 20:25
Bitcoin va encore décoller
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MEVSandwichVictim
· 07-29 02:14
Encore une fois~ Une autre solution L2 est prête.
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HackerWhoCares
· 07-29 01:57
L2 est si froid, qui s'en soucie ?
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DaoDeveloper
· 07-29 01:54
approche brillante pour l'échelle native de btc... en train de plonger dans le livre blanc rn pour être honnête
Taproot Consensus : la culmination de la technologie d'expansion native de Bitcoin
La quintessence de la technologie d'extension native de Bitcoin : Analyse approfondie de la technologie Taproot Consensus
Le 20 mai 2024, une équipe spécialisée dans le développement de Layer2 pour Bitcoin a publié un livre blanc technique intitulé « Taproot Consensus : une solution décentralisée de BTC Layer2 ». Ce document décrit en détail la manière dont Taproot Consensus est implémenté, ainsi que comment utiliser des technologies natives de Bitcoin telles que les signatures Schnorr, MAST et les nœuds SPV Bitcoin pour construire une solution BTC Layer2 entièrement décentralisée.
Après avoir lu l'ensemble du texte, on a l'impression que la solution Taproot Consensus proposée par cette équipe est l'aboutissement de la technologie d'extension native de Bitcoin. Elle n'apporte aucune modification au code de Bitcoin, mais intègre habilement plusieurs technologies clés de Bitcoin, avec une idée claire et une structure ingénieuse.
Avant d'analyser en profondeur le livre jaune, il est nécessaire de revoir l'évolution technique de Bitcoin, ce qui aide à comprendre comment le Consensus Taproot est né de l'évolution de Bitcoin.
Histoire de l'évolution technologique de Bitcoin
Le 31 octobre 2008, Satoshi Nakamoto a publié un article intitulé « Bitcoin : un système de monnaie électronique de pair à pair », qui a exposé pour la première fois le schéma technique de mise en œuvre de Bitcoin. Le chapitre huit de l'article mentionne la solution SPV (Simple Payment Verification), c'est-à-dire la vérification simple des paiements, qui est un moyen technique permettant de vérifier les paiements sans avoir à faire fonctionner un nœud complet, en ne conservant que l'en-tête du bloc.
Le 3 janvier 2009, Satoshi Nakamoto a miné le bloc genesis sur un petit serveur à Helsinki, en Finlande, marquant la naissance officielle de Bitcoin. Il est à noter que le code initial de Bitcoin a utilisé la technologie de signature à courbe elliptique (ECDSA), plutôt que la technologie de signature de Schnorr, plus adaptée à Bitcoin. Cela s'explique par le fait que la signature de Schnorr n'était pas encore open source à l'époque et était toujours protégée par un brevet.
La signature Schnorr conserve toutes les fonctionnalités et hypothèses de sécurité de la signature elliptique, tout en dépassant la limite de 15 signatures multiples que le cadre de la signature elliptique impose pour Bitcoin, permettant finalement à plus de 1000 adresses de gérer ensemble des Bitcoins sans affecter la vitesse de signature.
En 2018, après des années de vérifications répétées, les développeurs principaux de Bitcoin ont officiellement proposé d'introduire les signatures Schnorr dans le réseau Bitcoin.
Le 14 novembre 2021, Bitcoin a achevé la mise à niveau Taproot, intégrant officiellement les signatures Schnorr dans le réseau, ouvrant ainsi une nouvelle ère de signatures multiples décentralisées. En plus des signatures Schnorr, la mise à niveau Taproot a également introduit MAST (Merkelized Abstract Syntax Trees), c'est-à-dire les arbres de syntaxe abstraite de Merkel, une technologie qui permet à Bitcoin de posséder des fonctionnalités similaires à celles des contrats intelligents.
La signature Schnorr peut étendre les adresses multi-signatures de Bitcoin à plus de 1000, tandis que MAST peut activer les adresses de signature Schnorr pour des multi-signatures via des programmes Bitcoin. Par conséquent, la combinaison de la signature Schnorr + MAST peut réaliser un réseau multi-signatures décentralisé en Bitcoin qui ne dépend pas des signatures manuelles, mais est plutôt piloté par des instructions de code Bitcoin.
Cela signifie que Bitcoin peut dépasser les limites d'une couche de manière décentralisée, réalisant des scénarios d'affaires plus complexes et plus riches sur une deuxième couche. La solution Taproot Consensus proposée par cette équipe est en effet l'aboutissement de 13 ans d'itérations technologiques pour Bitcoin, de 2008 à 2021.
Aperçu de la solution de consensus Taproot
Le livre blanc sur la technologie Taproot Consensus commence par souligner que la nature non Turing-complete du réseau Bitcoin limite sa capacité à réaliser 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 fonctionnalités de contrats intelligents plus complexes. Par conséquent, il n'est pas possible de construire des solutions d'extension Layer2 uniquement à partir du niveau des scripts Bitcoin.
Cette description résume de manière concise la non-complétude de Turing du réseau Bitcoin, ainsi que le fait que les contrats script de Bitcoin ne peuvent exécuter que des opérations de transfert de Bitcoin. Par conséquent, la bonne direction pour l'expansion de Bitcoin n'est pas de jouer sur la couche réseau, mais d'utiliser les capacités existantes de Bitcoin pour construire une solution d'expansion de couche deux entièrement décentralisée.
Le Consensus Taproot combine la technologie Taproot de Bitcoin (signatures Schnorr et MAST), les nœuds légers SPV de Bitcoin et le mécanisme de consensus BFT PoS pour construire un réseau Layer2 décentralisé et hautement cohérent.
Détails de l'architecture de consensus Taproot
L'ensemble du Taproot Consensus proposé par cette équipe est composé de trois parties : Schnorr+Mast, Bitcoin SPV et Aura+Grandpa.
Schnorr+Mast utilise les deux technologies natives apportées par la mise à niveau Taproot de Bitcoin pour réaliser une gestion décentralisée des signatures multiples de Bitcoin, sans avoir besoin d'une personne pour signer, mais en utilisant le code Bitcoin pour le piloter.
Alors, qui va piloter ces codes ? La réponse est que cela est piloté par le consensus atteint par le réseau de deuxième couche.
Comment les réseaux de couche 2 parviennent-ils à un consensus, et comment ce consensus est-il synchronisé avec l'état de la couche 1 de Bitcoin ? C'est là que réside le rôle du consensus Bitcoin SPV+BFT POS (Aura+Grandpa).
Bitcoin SPV est une méthode de vérification des paiements simples proposée 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 de BTC dans un environnement entièrement décentralisé, sans aucune autorisation.
Aura+Grandpa est un protocole de consensus PoS avancé relativement général qui réalise la tolérance aux pannes byzantines, garantissant une haute cohérence des nœuds du réseau grâce à un protocole distribué (les blockchains construites sur le cadre Substrate utilisent essentiellement Aura+Grandpa).
Ainsi, résumons le principe de fonctionnement des trois parties de Taproot Consensus :
Dans ce système, chaque validateurs détient une clé privée BTC utilisée pour les signatures Schnorr. Les caractéristiques des signatures Schnorr permettent d'atteindre une agrégation efficace des signatures, 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 (Merkle Abstract Syntax Tree).
Après la génération de la valeur de hachage racine de l'arbre MAST, les validateurs effectuent des transferts BTC et des opérations d'inscription vers l'adresse de signature de seuil générée par l'arbre MAST, réalisant ainsi la fonctionnalité de soumission de données du réseau principal BTC vers le réseau Layer2. En même temps, chaque validateur agit en tant que nœud léger SPV (Simplified Payment Verification) de Bitcoin, ce qui lui permet de synchroniser de manière sécurisée et sans autorisation l'état du réseau BTC.
En d'autres termes :
Le Consensus Taproot utilise Schnorr+Mast pour construire une gestion décentralisée des multi-signatures BTC au niveau de la couche 1 de Bitcoin, tandis que la couche 2 exécute un réseau de nœuds SPV Bitcoin. Prenons un exemple d'un réseau Layer2, ce réseau fonctionne entièrement avec des nœuds SPV Bitcoin, ces nœuds peuvent synchroniser l'état des données de la couche 1 de Bitcoin, permettant ainsi à Layer2 et à la couche 1 de Bitcoin de synchroniser les informations. Pour garantir que le réseau de couche 2 est sûr et fiable, ce Layer2 intègre le réseau de nœuds SPV Bitcoin avec Aura+Grandpa, ce qui confère au réseau de nœuds SPV Bitcoin un niveau de sécurité en matière de consensus BFT. En d'autres termes, ce ne sont pas certaines personnes multi-signataires qui gèrent les actifs du réseau Layer2, mais plutôt la dépendance à un consensus BFT pour conduire, réalisant ainsi une véritable décentralisation.
Autres détails techniques
En plus du cadre technique mentionné ci-dessus, le livre blanc Taproot Consensus explique également en détail les spécificités de mise en œuvre des technologies telles que les signatures Schnorr, MAST, les nœuds légers PSV de Bitcoin, Aura+Grandpa, etc. Pour ceux qui souhaitent apprendre et comprendre les dernières technologies de Bitcoin, ce livre blanc est une ressource d'apprentissage très complète et détaillée.
De plus, le livre jaune explique en détail le processus de mise en œuvre de Musig2, ainsi que les différences avec les solutions techniques 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 signature par seuil, cette structure présentant une cohérence plus forte par rapport aux réseaux distribués traditionnels.
Cependant, tBTC reste un réseau multisignature nécessitant 9 signatures. Pour réaliser véritablement un système qui ne repose pas sur l'homme mais sur un consensus, il est nécessaire de combiner le réseau multisignature 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 : un réseau distribué met l'accent sur la distribution, mais manque d'un consensus tolérant aux pannes byzantines, tandis qu'une blockchain, bien qu'étant également un réseau distribué, repose sur un consensus tolérant aux pannes byzantines pour fonctionner, ce qui en fait un réseau véritablement décentralisé.)
La solution Taproot Consensus adopte un design plus avancé. En combinant les signatures Schnorr, MAST, les nœuds légers SPV de Bitcoin, ainsi que les mécanismes de consensus Byzantine Aura et Grandpa, elle construit une solution d'extension décentralisée Layer2 d'une grande cohérence et sécurité. Cette fusion améliore non seulement l'évolutivité et l'utilisabilité du réseau Bitcoin, mais assure également la sécurité et la cohérence du réseau Layer2.
Conclusion
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 couche deux pour Bitcoin entièrement construite sur la technologie native de Bitcoin.
Taproot Consensus respecte et hérite non seulement de l'orientation technique originale de Bitcoin, mais il combine également les technologies apportées par les différentes mises à jour de Bitcoin pour une innovation combinée. C'est véritablement l'aboutissement de la technologie d'extension native de Bitcoin.
Avec le développement continu de l'écosystème Bitcoin, les gens vont progressivement réaliser que de véritables solutions de deuxième couche décentralisées pour Bitcoin sont le chemin inévitable du développement de l'écosystème Bitcoin, et que des solutions comme Taproot Consensus brilleront vraiment.