ビットコイン原生拡張技術の集大成：深入解読 タップルート コンセンサス 技術黄皮書

2024年5月20日、一冊の技術白書《Taproot Consensus：去中心化BTC Layer2解決策》が正式に発表されました。本書では、Taproot Consensusの実現方法や、シュノール署名、MAST、ビットコインSPVノードなどのビットコインのネイティブ技術を統合し、完全に去中心化されたBTC Layer2解決策を構築する方法について詳しく説明しています。

全文を通読すると、タップルートコンセンサスソリューションがビットコインのネイティブ拡張技術の集大成であることが容易にわかります。これはビットコインのコードに何の修正も加えず、ビットコインのいくつかのコア技術を巧妙に組み合わせ、シンプルで巧妙な革新のアイデアを示しています。

正式にホワイトペーパーを解析する前に、ビットコインの技術的発展の歴史を振り返る必要があります。そうすることで、タップルートコンセンサスがどのようにビットコインの進化の文脈から生まれたのかをより良く理解できます。

一、ビットコイン技術発展の回顧

2008年10月31日、中本聡は「ビットコイン：ある点対点の電子現金システム」という論文を発表し、ビットコインの完全な技術実現方案を初めて提案しました。論文の第八章では、SPV（簡易支払い検証）解決策について言及されています。これは、ビットコインのフルノードを実行することなく、ブロックヘッダーを保存するだけで支払いを検証できる技術手段です。

2009年1月3日、ビットコインの創世ブロックが誕生しました。注目すべきは、ビットコインの初期コードが楕円曲線署名技術（ECDSA）を採用していることであり、より適したシュノール署名技術ではないことです。これは、当時シュノール署名がまだオープンソースではなく、特許保護期間中であったためです。

シュノール署名は、楕円曲線署名のすべての機能とセキュリティ仮定を保持しつつ、ビットコインの最大15重のマルチシグの制限を突破し、1000以上のアドレスでビットコインを共同管理することができ、署名速度には影響を与えません。

2018年、数年にわたる検証を経て、ビットコインのコア開発者はシュノール署名をビットコインネットワークに導入する提案を正式に行った。

2021年11月14日、ビットコインはタップルートアップグレードを完了し、正式にシュノール署名を取り入れ、去中心化マルチシグの新時代を開きました。タップルートアップグレードはMAST（マークル抽象構文木）も導入し、ビットコインにスマートコントラクトに似た機能を与えました。

シュノール署名とMASTの組み合わせにより、ビットコインはコード指令によって非中央集権のマルチシグネットワークを駆動できるようになり、ビットコインのレイヤー2ネットワークの複雑なビジネスシーンの基盤を築きました。

タップルートコンセンサスソリューションは、ビットコイン13年の技術の進化の集大成です。

二、タップルートコンセンサス解決策の概要

タップルートコンセンサス技術のホワイトペーパーの冒頭では、ビットコインネットワークの非チューリング完備性が、イーサリアムのロールアップに類似したLayer2拡張ソリューションの直接的な実現を制限していることが指摘されています。ビットコインネットワークのスクリプト契約層は、単純な送金操作のみを行うことができ、複雑なスマートコントラクト機能をサポートすることができません。したがって、ビットコインスクリプトの観点からLayer2拡張ソリューションを構築することは不可能です。

この説明はビットコインネットワークの限界を高度に要約しており、ビットコインの拡張の正しい方向はレイヤー1のネットワークで工夫するのではなく、ビットコインの既存の能力を利用して完全に分散化されたレイヤー2拡張ソリューションを構築することだと指摘しています。

タップルートコンセンサスは、ビットコインのタップルート技術（シュノール署名とMAST）、ビットコインSPVライトノード、そしてBFT PoSコンセンサスメカニズムを融合させて、分散化され高度に一致したLayer2ネットワークを構築します。

三、タップルートコンセンサスアーキテクチャの深い分析

タップルートコンセンサスは、3つの部分で構成されています：Schnorr+MAST、ビットコインSPV、およびAura+Grandpa。

Schnorr+MASTはビットコインのタップルートアップグレードによってもたらされたネイティブ技術を利用し、ビットコインの非中央集権的マルチシグ管理を実現します。手動署名は不要で、ビットコインコードによって駆動されます。

二層ネットワークが達成したコンセンサスによってこれらのコードを駆動します。そして、二層ネットワークがどのようにコンセンサスを達成し、ビットコインの第一層と状態を同期させるかは、Bitcoin SPV+BFT PoSコンセンサス（Aura+Grandpa）に依存しています。

ビットコイン SPV は中本聡が提案した簡単な支払い検証方式で、フルノードを運用せずにビットコイン取引を同期および検証できます。これにより、タップルートコンセンサスが完全に分散化された環境でBTCの状態を同期できるようになります。

Aura+Grandpaは、ビザンチンフォールトトレランスを実現する高度なPoSコンセンサスプロトコルであり、ネットワークノードの高度な一貫性を確保します。

Taproot Consensusの運用原理は次のように要約できます：二層システムにおいて、各検証者はSchnorr署名に使用するBTCプライベートキーを保持しています。Musig2マルチ署名スキームによって生成された集約公開鍵が大型MASTツリーを形成します。検証者はMASTツリーによって生成された閾値署名アドレスにBTCを送金し、刻印操作を行うことで、BTCメインネットから二層ネットワークにデータを提出します。同時に、各検証者はBitcoin SPV軽ノードとして、セキュアかつ無許可でBTCネットワークの状態を同期します。

簡潔に言うと、Taproot Consensusはビットコインのレイヤー1でSchnorr+MASTを使用して去中心化BTCマルチシグ管理を構築し、レイヤー2はBitcoin SPVノードネットワークを実行してビットコインのレイヤー1データ状態を同期します。レイヤー2ネットワークの安全性と信頼性を確保するために、Bitcoin SPVノードネットワークとAura+Grandpaを統合し、BFTコンセンサスレベルの安全性を備えています。したがって、レイヤー2ネットワークの資産管理は特定のマルチシグ参加者に依存せず、BFTコンセンサスによって推進され、真の去中心化を実現します。

第四に、技術的な詳細と革新

タップルートコンセンサスの黄皮書は、シュノール署名、MAST、ビットコインPSVライトノード、Aura+Grandpaなどの技術の実装詳細を詳しく説明しており、ビットコインの最新技術を学ぶための包括的な資料です。

ホワイトペーパーでは、Musig2の実装プロセスとMezoプロジェクトとの違いについても説明しています。MezoはtBTCプロトコルに基づき、ビットコインのマルチシグを利用して閾値署名ネットワークを構築し、強い一貫性を持っています。しかし、tBTCは9人の署名者が必要なマルチシグネットワークであり、完全にコンセンサスに依存することはできません。

タップルートコンセンサスは、Schnorr署名、MAST、ビットコインSPVライトノードをAuraとGrandpaのビザンチン耐障害性コンセンサスメカニズムと組み合わせた、より高度な設計を採用し、高度に一貫性があり安全な分散型Layer2拡張ソリューションを構築します。この融合は、ビットコインネットワークの拡張性と可用性を向上させるだけでなく、二層ネットワークの安全性と一貫性を確保します。

まとめ

Taproot Consensus技術のホワイトペーパーは、ビットコインのネイティブ技術に基づいて構築された完全なレイヤー2ソリューションを包括的に説明しています。これは、ビットコインの技術的方向性を尊重し継承するだけでなく、ビットコインのアップグレードによってもたらされる新しい技術を革新的に組み合わせ、ビットコインのネイティブ拡張技術の集大成となっています。

ビットコインのエコシステムの発展に伴い、真正に分散化された二層ソリューションがビットコインの発展に不可欠な道となり、タップルートコンセンサスのようなソリューションが大いに活躍することになる。

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