Bitcoin'in yerel genişletme teknolojisinin zirve eseri: Taproot Konsensüs teknolojisinin derinlemesine analizi

2024年5月20日，一个专注于 Bitcoin Layer2开发的团队发布了一份名为《Taproot Consensus：一种去中心化的 BTC Layer2解决方案》的技术黄皮书。这份文档详细阐述了 Taproot Consensus 的实现方式，以及如何利用施诺尔签名、MAST、 Bitcoin SPV节点等 Bitcoin 原生技术来构建一个完全去中心化的 BTC Layer2解决方案。

Metnin tamamını okuyunca, bu ekibin önerdiği Taproot Consensus çözümünün, Bitcoin'in yerel genişletme teknolojisinin bir başyapıtı olduğu hissine kapılıyor insan. Bitcoin'in kodunda herhangi bir değişiklik yapmadan, Bitcoin'in birkaç temel teknolojisini ustaca birleştiriyor, düşüncesi net ve yapısı ince.

Sarı kitabı derinlemesine analiz etmeden önce, Bitcoin'in teknik gelişim sürecini gözden geçirmek gereklidir; bu, Taproot Konsensüsünün Bitcoin'in evrim sürecinden nasıl ortaya çıktığını anlamaya yardımcı olur.

Bitcoin Teknolojisinin Gelişim Tarihi

31 Ekim 2008'de, Satoshi Nakamoto "Bitcoin: P2P E Cash System" başlıklı bir makale yayımladı ve burada Bitcoin'in teknik gerçekleştirme planını ilk kez tam olarak açıkladı. Makalenin sekizinci bölümünde, tam düğüm çalıştırmadan yalnızca blok başlıklarını saklayarak ödemeyi doğrulamanıza olanak tanıyan bir teknik olan SPV (Simple Payment Verification) çözümü, yani basit ödeme doğrulaması hakkında bilgi verilmiştir.

3 Ocak 2009'da, Satoshi Nakamoto, Finlandiya'nın Helsinki kentindeki küçük bir sunucuda Genesis bloğunu çıkardı ve Bitcoin'in resmi doğuşunu simgeledi. Dikkat edilmesi gereken bir nokta, Bitcoin'in başlangıç kodunun elliptik eğri imza teknolojisi (ECDSA) kullandığıdır, bu da Bitcoin için daha uygun olan Schnorr imza teknolojisi yerine tercih edilmiştir. Bunun nedeni, o dönemde Schnorr imzasının henüz açık kaynak olmaması ve patent koruma süresinde bulunmasıdır.

Schnorr imzaları, eliptik eğri imzalarının tüm işlevlerini ve güvenlik varsayımlarını korurken, eliptik eğri imza çerçevesinde Bitcoin'in en fazla 15 imza ile çoklu imzayı gerçekleştirme kısıtlamasını aşar ve sonuçta 1000'den fazla adresin Bitcoin'i ortak yönetmesini sağlar ve imza hızını etkilemez.

2018 yılında, yıllarca süren tekrarlı doğrulamaların ardından, Bitcoin çekirdek geliştiricileri Schnorr imzasının Bitcoin ağına dahil edilmesi önerisini resmi olarak sundular.

14 Kasım 2021'de, Bitcoin Taproot yükseltmesini tamamladı ve Schnorr imzalarını resmi olarak ağa dahil ederek tamamen merkeziyetsiz çoklu imza dönemini başlattı. Schnorr imzalarının yanı sıra, Taproot yükseltmesi MAST'ı (Merkelized Abstract Syntax Trees) da tanıttı, yani Merkle soyut sözdizim ağaçları, bu da Bitcoin'e akıllı sözleşme benzeri işlevsellik kazandıran bir teknolojidir.

Schnorr imzası, Bitcoin çoklu imza adresini 1000+ genişletebilirken, MAST, Bitcoin programı aracılığıyla Schnorr imza adreslerini çoklu imza için çalıştırabilir. Bu nedenle, Schnorr imzası + MAST kombinasyonu, insan imzasına bağımlı olmaksızın, Bitcoin kodu talimatları aracılığıyla çalışan merkeziyetsiz bir Bitcoin çoklu imza ağı oluşturabilir.

Bu, Bitcoin'in güvensiz bir şekilde bir katmanın sınırlarını aşabileceği, ikinci katmanda daha karmaşık ve daha zengin iş senaryolarını gerçekleştirebileceği anlamına geliyor. Bu ekibin önerdiği Taproot Consensus çözümü, Bitcoin'in 2008'den 2021'e kadar olan bu 13 yıllık teknoloji iterasyonunun bir derlemesi.

Taproot Konsensüs Çözümü Genel Bakış

Taproot Konsensüs teknolojisinin beyaz kitabının başlangıcında belirtilmiştir: Bitcoin ağının Turing tamamlanmamış doğası, onun doğrudan Ethereum Rollup benzeri Layer2 genişleme çözümleri gerçekleştirmesini sınırlamaktadır. Bitcoin ağının script sözleşme katmanı sadece basit transfer işlemleri gerçekleştirebilir, daha karmaşık akıllı sözleşme işlevlerini destekleyemez. Bu nedenle, yalnızca Bitcoin script katmanından Layer2 genişleme çözümleri oluşturmak mümkün değildir.

Bu açıklama, Bitcoin ağının Turing tamamlayıcılığı olmayan özelliğini ve Bitcoin script sözleşmelerinin yalnızca Bitcoin transfer işlemlerini gerçekleştirebilme özelliklerini yüksek bir şekilde özetlemektedir. Bu nedenle, Bitcoin'in genişlemesi için doğru yön, birinci katman ağında değişiklik yapmak değil, Bitcoin'in mevcut yeteneklerini kullanarak tamamen merkeziyetsiz bir ikinci katman genişleme çözümü oluşturmaktır.

Taproot Konsensüsü, Bitcoin'in Taproot teknolojisini (Schnorr imzaları ve MAST), Bitcoin SPV hafif düğümleri ve BFT PoS konsensüs mekanizmasını bir araya getirerek merkeziyetsiz ve yüksek uyumlu bir Layer2 ağı inşa etmiştir.

Taproot Konsensüs Mimarisi Ayrıntıları

Bu ekibin önerdiği Taproot Konsensüsü toplamda Schnorr+Mast, Bitcoin SPV ve Aura+Grandpa olmak üzere üç bölümden oluşmaktadır.

Schnorr+Mast, Bitcoin Taproot yükseltmesiyle birlikte gelen bu iki yerel teknolojiyi birleştirerek, Bitcoin'in merkeziyetsiz çoklu imza yönetimini sağlamaktadır ve bunu insan imzası gerektirmeden, Bitcoin kodunu kullanarak gerçekleştirir.

Peki, bu kodları kim çalıştıracak? Cevap, ikinci katman ağları aracılığıyla elde edilen konsensüstür.

İkinci katman ağı nasıl uzlaşma sağlıyor ve bu uzlaşmalar Bitcoin birinci katman ile nasıl durum senkronizasyonu gerçekleştiriyor? İşte bunun için Bitcoin SPV+BFT POS uzlaşması (Aura+Grandpa) devreye giriyor.

Bitcoin SPV, Satoshi Nakamoto tarafından önerilen basit ödeme doğrulama yöntemidir. Tam bir düğüm çalıştırmadan, Bitcoin işlemlerini senkronize etme ve doğrulama imkanı sunar. Bu özellik, Taproot Konsensüsü'nün tamamen merkeziyetsiz bir ortamda, herhangi bir izin gerektirmeden BTC durumunu senkronize etmesini sağlar.

Aura+Grandpa, dağıtık protokoller aracılığıyla ağ düğümlerinin yüksek tutarlılığını sağlayan, genel olarak uygulanan bir Byzantine hata toleransı yüksek PoS konsensüs protokolüdür (Substrate çerçevesi ile inşa edilen blok zincirlerinin çoğu Aura+Grandpa kullanmaktadır).

Bu nedenle, Taproot Konsensüsünün üç bölümünün çalışma prensiplerini özetleyelim:

Bu sistemde, her bir doğrulayıcı Schnorr imzası için bir BTC özel anahtarına sahiptir. Schnorr imzasının özellikleri, yüksek verimli imza birleştirmeyi mümkün kılarak sistemin güvenliğini ve verimliliğini artırır. Musig2 çoklu imza planı ile oluşturulan birleşik genel anahtar Pagg, büyük bir MAST (Merkle Soyut Sözdizim Ağaç) oluşturur.

MAST ağacının kök hash değerinin üretilmesinin ardından, doğrulayıcılar MAST ağacından üretilen eşik imza adresine BTC transferi ve minting işlemi gerçekleştirerek BTC ana ağından Layer2 ağa veri gönderimi işlevini yerine getirir. Aynı zamanda her doğrulayıcı Bitcoin SPV (Simplified Payment Verification) hafif düğüm olarak işlev görür ve böylece BTC ağ durumunu güvenli ve izinsiz bir şekilde senkronize edebilir.

Kısacası:

Taproot Konsensüsü, Bitcoin birinci katmanında Schnorr+Mast kullanarak merkeziyetsiz BTC çoklu imza yönetimi oluşturur ve ikinci katmanda Bitcoin SPV düğüm ağı çalıştırır. Belirli bir Layer2 ağına örnek olarak, bu ağ tamamen Bitcoin SPV düğümleri çalıştırır; bu düğümler Bitcoin birinci katmanın veri durumunu senkronize edebilir, dolayısıyla Layer2 ve Bitcoin birinci katmanın bilgileri senkronize olabilir. İkinci katman ağının güvenli ve güvenilir olmasını sağlamak için, bu Layer2, Bitcoin SPV düğüm ağını Aura+Grandpa ile birleştirir, yani Bitcoin SPV düğüm ağının BFT konsensüs düzeyinde güvenlik seviyesi kazanmasını sağlar. Yani, Layer2 ağ varlıklarını yönetenler bazı çoklu imzalar değil, BFT konsensüsüne dayanarak hareket edenlerdir, böylece gerçek bir merkeziyetsizlik sağlanır.

Diğer Teknik Detaylar

Yukarıda belirtilen teknik çerçevenin yanı sıra, Taproot Consensus sarı kitabı Schnorr imzası, MAST, Bitcoin PSV hafif düğümleri, Aura+Grandpa gibi teknolojilerin uygulama detaylarını da kapsamlı bir şekilde açıklamaktadır. Bitcoin'in en son teknolojilerini öğrenmek ve anlamak isteyenler için bu sarı kitap oldukça kapsamlı ve detaylı bir öğrenim kaynağıdır.

Ayrıca, sarı kitap Musig2'nin uygulama sürecini ve diğer tanınmış BTC Layer2 projelerinin teknik çözümleri ile arasındaki farkları ayrıntılı olarak açıklamaktadır.

Örneğin, bir projenin temel teknoloji yapısı tBTC protokolüne dayanmaktadır. tBTC, Bitcoin çoklu imza kullanarak bir eşik imza ağı oluşturmuştur ve bu yapı, geleneksel dağıtık ağlara göre daha güçlü bir tutarlılığa sahiptir.

Ancak, tBTC hala 9 kişinin imzasına ihtiyaç duyan bir çok imzalı ağdır. Gerçekten insanlara bağımlı olmadan, konsensüse dayalı bir şekilde çalışabilmek için, çok imzalı ağı BFT PoS (Bizans Hatası Toleransı Proof of Stake) konsensüs mekanizması ile birleştirmek gerekmektedir. (Bu, dağıtık ağlar ile blockchain arasındaki farktır; dağıtık ağlar dağıtımı vurgularken, Bizans hatası toleransı olan bir konsensüs eksikliği vardır, oysa blockchain de bir dağıtık ağdır ama Bizans hatası toleransı konsensüsüne dayanarak çalışmaktadır, bu nedenle gerçekten merkeziyetsiz bir ağdır.)

Taproot Konsensüs çözümü, daha gelişmiş bir tasarım benimsemektedir. Schnorr imzaları, MAST, Bitcoin SPV hafif düğümleri ve Aura ile Grandpa Bizans hata toleransı konsensüs mekanizmasını birleştirerek, yüksek derecede tutarlılık ve güvenlik sunan merkeziyetsiz bir Layer2 genişletme çözümü oluşturmuştur. Bu entegrasyon, Bitcoin ağının ölçeklenebilirliğini ve kullanılabilirliğini artırmanın yanı sıra, Layer2 ağının güvenliğini ve tutarlılığını da sağlamaktadır.

Sonuç

Bu teknik beyaz kitap, Taproot Konsensüsünün uygulanma yöntemlerini ve teknik detaylarını sistematik ve kapsamlı bir şekilde açıklamakta, tamamen Bitcoin'in yerel teknolojisine dayalı bir Bitcoin ikinci katman çözümünü gözler önüne sermektedir.

Taproot Konsens, sadece Bitcoin'in mevcut teknik yönünü saygı göstermekle kalmayıp, aynı zamanda Bitcoin'in geçmişteki tüm yükseltmelerinden gelen teknolojileri birleştirerek inovasyon yapmaktadır; bu, gerçek anlamda Bitcoin'in yerel genişleme teknolojisinin bir başyapıtıdır.

Bitcoin ekosisteminin sürekli gelişimiyle birlikte, insanlar gerçek merkeziyetsiz Bitcoin ikinci katman çözümlerinin Bitcoin ekosisteminin gelişiminin kaçınılmaz bir yolu olduğunu giderek daha fazla fark edeceklerdir ve Taproot Consensus gibi bu çözümler gerçekten parlayacaktır.