ROOT:一文讀懂比特幣即將采用的 Taproot 技術方案是什么？_ROO

大約兩周后，比特幣將迎來它最重要的技術升級之一：Taproot。

什么是Taproot？維基百科上給出的普通定義是：

“主根是一個大的、中心的、占優勢的根，而其它的根會從其側面發芽。通常，主根有些直，然后形狀逐漸變細，并直接向下生長。在例如胡蘿卜這樣的植物中，主根是一種非常發達的貯藏器官，其已被作為蔬菜栽培。"

那比特幣即將采用的Taproot技術方案到底是什么？它的名字是如何來的？

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比特幣Taproot名字的由來

“我一直認為這個名字的由來是‘利用Merkle根‘，但我實際上并不知道GregoryMaxwell的想法是什么。’——PieterWuille

“我最初不得不查這個詞，但我把它理解成了關鍵路徑，因為它是你制作美味的胡蘿卜湯的核心，而默克爾化的腳本將是你希望忽略的其他較小的根。”——AnthonyTowns

而Taproot方案提出者GregoryMaxwell給出的答案則是：

“這個詞起源于一棵樹的形象化，這顆樹的中央有一個像蒲公英主根一樣粗壯的中心。我認為這是一個很好的方法，因為它通過利用根中隱藏的commitment來驗證腳本路徑的花費。……唉，將具有已排序內部節點的哈希樹稱為“桃金娘樹”并沒有流行起來。在內的樹家族，這聽起來像'merkle'。:p)”

馬斯克關注以太坊創始人Vitalik Buterin推特賬號:6月21日消息，據Big Tech Alert監測信息，埃隆·馬斯克（Elon Musk）5小時前于推特新增關注以太坊聯合創始人Vitalik Buterin的賬號。[2023/6/21 21:51:37]

因此，當談論比特幣taproot時，我們腦海中浮現出來的圖像應該是下面這個樣子的：

來源：SHUTTERSTOCK

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Taproot升級對比特幣的影響是什么？

早在18年初，在GregoryMaxwell提出Taproot方案之后，國內比特幣社區便對該方案進行了早期的報道，當時社區的關注點在于：

“實施taproot升級后，閃電網絡將變得更加私密，這使得LN交易與所有比特幣交易無法區分開來，因此人們將無法區分比特幣的鏈上交易和閃電網絡的鏈下交易”。

而要應用Taproot的前提，是需要先讓Schnorr簽名方案落地。

到了2019年，除了提高比特幣的隱私性之外，Taproot方案又被社區賦予了新的使命——擴展比特幣智能合約的靈活性。也因此，Taproot升級以及Schnorr簽名被提升為“比特幣在下一階段的重要技術”。

巴哈馬計劃推出新的加密貨幣法案:金色財經報道，據巴哈馬證券委員會發布的文件顯示，巴哈馬計劃推出新的加密貨幣法案，包含對穩定幣、PoW 挖礦和加密貨幣抵押借貸的監管措施。文件中還表示，數字資產交易所的運營商必須確保其活動中使用的系統和控制措施充分且適合其業務的規模和性質。[2023/4/26 14:28:35]

2020年1月份，Bitcoincore代碼庫維護者之一PieterWuille正式發布了包含Taproot/Schnorr軟分叉升級的BIP340、BIP341以及BIP342，由此，這兩個升級提案開始逐漸進入比特幣用戶們的視野。

今年6月份，比特幣全網支持Taproot升級的算力超過了90%，達到了鎖定升級的最低要求，這也意味著Taproot將在比特幣區塊高度達到709,632時正式與大家見面。

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關于Taproot和Schnorr簽名的一些趣事

1、比特幣最初使用的是ECDSA簽名方案，但實際上Schnorr簽名要比ECDSA簽名更早誕生，我們說Schnorr簽名是對比特幣原始ECDSA簽名的升級，是因為其可以更容易地實現各種密碼學技巧。在時間順序上，Schnorr簽名算法的誕生，要早于ECDSA所基于的DSA算法。而中本聰使用DSA的部分目的是為了規避ClausPeterSchnorr的Schnorr簽名專利，而他的專利在2011年到期了。

超9.85億枚BUSD已全部轉至Binance交易平臺:3月13日消息，據WhaleAlert監測顯示，Binance行業復蘇基金剩余資產9.85億枚BUSD已全部轉至Binance交易平臺。[2023/3/13 13:00:19]

2、雖然沒有成功，但在比特幣采用Schnorr簽名的早期發展中，有人建議不應將Claus-PeterSchnorr的名字與比特幣關聯起來，因為他的專利導致這種有價值的密碼學技術在20多年的時間里沒有被廣泛使用。PieterWuille曾表示：

“我們確實考慮過用DLS來稱呼BIP340，但我們最終沒有這樣做，因為Schnorr的名字已經被談論得太多了。”

3、Paytocontract：IljaGerhardt和TimoHanke創建了一個名為Paytocontract的協議，該協議由Hanke在2013年的圣何塞比特幣會議上提出，其允許一筆支付承諾其合約的哈希值。任何擁有該合約副本和用于避免某些攻擊的nonce的人，都可以驗證這個承諾，但對其他人來說，這種付款看起來與其他的比特幣付款類似。

2014年關于側鏈的論文中包含了對這種pay-to-contract(P2C)協議的輕微改進，其中承諾還包括原始的支付公鑰，而Taproot使用了相同的結構。

零知識證明技術開發公司StarkWare推出第一個公開版本Cairo 1.0:1月6日消息，零知識證明技術開發公司 StarkWare 宣布推出第一個公開版本的 Cairo 1.0，Cairo 于 2020 年作為圖靈完備的編程語言首次推出，用于高效編寫 STARK 可證明的程序。Cairo 1.0 中最重要的變化之一是語法，新版本的 Cairo 允許編寫更安全的代碼。Cairo 1.0 還引入了 Sierra，這是一種新的中間表示，可確保每次 Cairo 運行都可以得到證明。StarkWare 表示，預計在接下來的幾周內，提供與舊版本相同的 Cairo 1.0 功能，對 StarkNet 合約的支持將在即將到來的 StarkNet Alpha 版本中加入。[2023/1/6 10:24:18]

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Taproot落地之后，未來可能的比特幣共識改變

那在激活Taproot之后，開發者們會在它的基礎之上對比特幣進行哪些共識層的改進呢？

1、交叉輸入簽名聚合：Schnorr簽名使幾個不同的公鑰和私鑰對的所有者可輕松地創建單個簽名，以證明所有密鑰所有者在創建簽名時都進行了協作。隨著未來共識的變化，這可能允許交易包含單個簽名，該簽名可用于證明在該交易中使用的所有UTXO的所有者已授權使用。在第一次輸入后，這將為每個密鑰路徑花費節省大約16虛擬字節，從而為整合以及coinjoin節省開銷。它甚至可使基于coinjoin的支出比常規的支出更便宜，從而提供一種溫和的激勵，以鼓勵人們更多地去使用隱私交易。

OpenSea推出全新的市場協議Seaport Protocol:金色財經消息，NFT市場OpenSea周五宣布推出一個全新的Web3市場協議Seaport Protocol，用于安全高效地買賣NFT，OpenSea表示，“Seaport核心智能合約是開源的，本質上是去中心化的，沒有合約所有者、具有可升級性以及其他特性”。與一些平臺只能用加密貨幣換取NFT不同，Seaport協議允許用戶以一系列新方式獲取NFT，投標人（或報價者）可以捆綁不同的資產（如提供ETH/ERC20/ERC721/ERC1155物品）以換取NFT。例如，假設某用戶擁有一個40ETH的Doodle NFT，但想交易100ETH的BAYC NFT，用戶可以用擁有的Doodle NFT和60ETH來出價。OpenSea表示，不控制或運營Seaport協議，并與code4rena合作開始為期兩周的協議審計競賽，獎金池為100萬美元。（THE BLOCK）[2022/5/21 3:32:14]

2、SIGHASH_ANYPREVOUT：每一筆正常的比特幣交易都包含一個或多個輸入，并且這些輸入中的每一個都使用其txid引用前一筆交易的輸出。這告訴了全驗證節點這筆交易可以花費多少錢，以及需要滿足哪些條件才能證明支出是經過授權的。為比特幣交易生成簽名的所有方式，無論有沒有taproot，要么提交到prevout中的txid，要么根本不牽扯到prevout。對于不想使用精確的預先安排的一系列交易的多用戶協議來說，這是一個問題。如果任何用戶可以跳過特定交易，或更改除witness驗證數據之外的任何交易的任何細節，這將更改任何后續交易的txid。而更改txid會使之前為以后交易創建的任何簽名無效。這迫使鏈下協議實施機制來懲罰任何提交舊交易的用戶。

而SIGHASH_ANYPREVOUT可通過允許簽名跳過提交到prevouttxid來消除這個問題。這使得為閃電網絡實施eltoo層以及對vault金庫和其他合約協議的改進成為可能。

3、委托和歸納：在你創建一個腳本之后，除了將私鑰授予其他人，你幾乎無法授權他人使用該腳本。此外，對于想要使用密鑰路徑花費加上少量基于腳本條件的用戶來說，可以使taproot變得更經濟。開發者們已經提出了幾種通過歸納和提供簽名者委托來增強taproot的方法：

Graftroot：在taproot的想法誕生后不久，Graftroot就被提出了，該方案將為任何能夠制作taproot路徑的人提供一項額外的功能。密鑰路徑簽名者可以簽署一個腳本，描述資金可使用的新條件，將支出權限委托給任何能夠滿足該腳本要求的人，而不是直接支出資金。簽名、腳本以及滿足腳本所需的任何數據，都將在支出交易中提供。密鑰路徑簽名者可通過這種方式委托給無限數量的腳本，而無需創建任何鏈上數據，直到發生實際支出。

廣義taproot(g’root):幾個月后，AnthonyTowns提出了一種使用公鑰點來承諾多種不同支出條件的方法，而不必使用類似MAST的結構。這種廣義taproot(g’root)構造“在taproot假設不成立的情況下可能更有效”，此外，它還提供了一種構建軟分叉安全交叉輸入聚合系統的簡單方法。

Entroot：Graftroot和g'root的最新合成方案，它簡化了許多情況，使它們更具帶寬效率。

4、新的和舊的操作碼：taproot軟分叉包含了對tapscript的支持，它提供了一種向比特幣添加新操作碼的改進方法，即OP_SUCCESSx操作碼。一些擬議的新操作碼包括：

恢復舊操作碼：由于擔心安全漏洞，2010年開發者禁用了一些數學和字符串操作的操作碼。許多開發人員希望在安全審查后重新啟用這些操作碼，并且可能會擴展操作碼以處理更大的數字。

OP_CAT：值得特別提及的一個先前禁用的操作碼是OP_CAT，研究人員發現它可單獨在比特幣上實現各種有趣的行為，或者它還能以有趣的方式與其他新操作碼進行組合。

OP_TAPLEAF_UPDATE_VERIFY：當與taproot的密鑰路徑和腳本路徑功能一起使用時，OP_TLUV操作碼能以一種特別高效和強大的方式啟用契約。這可用于實現JoinPool、Vault以及其他安全和隱私改進。它還可以與OP_CHECKTEMPLATEVERIFY很好地結合。

注意，以上所有的想法仍然只是提議，沒有人能保證它們會成功應用，這需要研究人員和開發人員完成每一項提案，然后由用戶決定這些功能是否值得去改變比特幣的共識規則。

相關資料：

**1、https://bitcoinops.org/en/newsletters/2021/10/27/**

**2、https://bitcoinops.org/en/newsletters/2021/10/20/**

**3、https://www.8btc.com/article/223681**

**4、https://www.8btc.com/article/351969**

本文來自元宇宙之道，星球日報經授權轉載。

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