ถึงแม้จะมีมาอยู่มากกว่าทศวรรย์ บิทคอยน์ และเครือข่ายหลักยังต้องพบความยากลำบากในการทำให้เข้ากันได้กับคู่แข่งที่มีนวัตกรรมมากกว่า การอัพเกรดทุกครั้งของเครือข่ายต้องใช้ความเห็นชอบและการประสานงานที่สำคัญจากผู้ตรวจสอบและผู้ขุดเหมือง ทำให้บิทคอยน์ล้มเหลวในการที่จะปรับตัวให้เข้ากับอุตสาหกรรมบล็อกเชนที่เปลี่ยนแปลงไป

หลังจากปี 2017 และการนำเสนอSegreGate.iod Witness (SegWit), Bitcoin รออัปเกรดใหม่ถึง 4 ปีเต็มอัปเกรด Taprootจากนั้นถูกนำเสนอในปี 2021 หลังจากที่มีข้อตกลงร้อยละ 90 โดยทั่วไป อัปเกรด Taproot ประกอบด้วย Bitcoin Improvement Proposals (BIPs) 3 รายการที่ทำงานเพื่อปรับปรุงความยืดหยุ่น ประสิทธิภาพ และความปลอดภัยบนเครือข่าย และ BIPs แรกนั้นจะแทนที่ระบบลายเซ็นดิจิตอล Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA) ด้วยกลไกที่เร็วกว่า ปลอดภัยมากกว่า Schnorr Signatures

บทความนี้สำรวจทางเลือกที่ทันสมการนี้และวิธีการมีผลต่อเครือข่ายบิทคอยน์

Schnorr Signatures คืออะไร?

ลายเซ็น Schnorr เป็นระบบลายเซ็นดิจิทัลที่โดดเด่นด้วยความความง่าย ลายเซ็น Schnorr คล้ายกับระบบ ECDSA ที่ถูกนำมาใช้ก่อนหน้านี้เล็กน้อย อย่างไรก็ตาม สิ่งที่แตกต่างคือ ระบบ Schnorr มีข้อดีหลายประการ รวมถึงการทำธุรกรรมแบบลายเซ็นหลายรายการ

ลายเซ็น Schnorr ถูกสร้างขึ้นโดยนักเขียนรหัสชาวเยอรมันตั้งแต่ปี 1980 แต่ล้มเลิกการนำไปใช้ในพื้นที่ crypto หลักเนื่องจากสิทธิบัตรที่หมดอายุในปี 2008

ดิจิทัลซิกเนเจอร์คืออะไร?

สกุลเงินทุกรายการเป็นรอบๆสิ่งที่เรียกว่าลายเซ็นต์ดิจิทัล นี่เป็นเพราะบนบล็อกเชน การเป็นเจ้าของไม่แสดงในแง่ความเช่นเดิมเช่นเอกสารทางกฎหมายและลายเซ็นต์ทางกายภาพ ลักษณะดิจิทัลของสกุลเงินดูเหมือนว่าต้องการให้แสดงถึงการเป็นเจ้าของผ่านทางข้อมูลดิจิทัล วิธีการเข้ารหัสแสดงถึงการเป็นเจ้าของนี้เรียกว่าลายเซ็นดิจิทัล.

ลายเซ็นดิจิทัลถูกสร้างขึ้นผ่านการคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนที่เรียกว่า การเข้ารหัสคีย์สาธารณะ-ส่วนตัว ธุรกรรม Bitcoin ทุกธุรกรรมรวมถึงสองประเภทของคีย์ คีย์สาธารณะและคีย์ส่วนตัว คีย์ส่วนตัวเป็นพื้นที่ของตัวเลขสุ่มที่ยากมากที่จะทายได้ พวกเขาถูกสร้างขึ้นโดยสุ่มโดยคอมพิวเตอร์และสามารถเข้าถึงได้เฉพาะโดยเจ้าของบัญชีหรือผู้ดำเนินการธุรกรรม คุณสามารถคิดเกี่ยวกับพวกเขาเป็นรหัสผ่านที่ถือไว้โดยผู้ใช้และเก็บเป็นความลับ

คีย์สาธารณะเชื่อมโยงทางคณิตศาสตร์กับคีย์ส่วนตัว แต่ต่างจากคีย์ส่วนตัวที่เปิดเผยและแนบไปกับแต่ละธุรกรรมที่ผู้ใช้ทำจากที่อยู่กระเป๋าเงินเดียวกัน จุดสำคัญของคู่คีย์ส่วนตัว-สาธารณะคือเจ้าของคีย์ส่วนตัวสามารถสร้างคีย์สาธารณะที่สอดคล้อง แต่ไม่สามารถทำเช่นนั้นในทางกลับกัน

ลายเซ็นดิจิทัลถูกสร้างขึ้นโดยการพิสูจน์การครอบครองของกุญแจส่วนตัวโดยไม่เปิดเผยกุญแจเอง กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับกระบวนการทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนเช่นการทำแฮชและโครงสร้างสคริปต์ ก่อนที่ธุรกรรมใด ๆ บนเครือข่ายบิทคอยน์จะสามารถเสร็จสิ้น จำเป็นต้องสร้างลายเซ็นดิจิทัลและทำการตรวจสอบ

วิธีการสร้างและตรวจสอบลายเซ็นเหล่านี้เป็นที่รู้จักกันด้วยชื่อเรียกว่าโครงการ บิตคอยน์ใช้ระบบ ECDSA ก่อนหน้านี้ ซึ่งขึ้นอยู่กับเส้นโค้งเฉียบและเขตจำกัด. อย่างไรก็ตาม กับการนำเสนอ Taproot, ผู้ตรวจสอบและผู้ขุดของเครือข่ายต่างคนให้การเสียงเพื่อเปลี่ยนระบบลายเซ็นดิจิตอลไปเป็น Schnorr Signatures, กลไกทดแทนที่มีข้อดีมากกว่า

ECDSA คืออะไร?

ECDSA เป็นระบบลายเซ็นดิจิทัลเดิมที่ใช้โดยบิทคอยน์และวิธีการถูกเลือกโดยส่วนใหญ่เนื่องจากความพร้อมใช้งานของมัน ในช่วงเวลาที่บิทคอยน์เริ่มต้น มีสิทธิบัตรในลายเซ็นเชนอร์ที่ทำให้ระบบเป็นของผู้สร้างเท่านั้น นอกจากนี้ ระบบ ECDSA ที่พึงพอใจในเส้นโค้งวงกลมและเขตจำกัดสำหรับการนำเสนอของมันเป็นเวอร์ชันที่ทดสอบดีกว่า

Schnorr Signatures ทำงานอย่างไร?

เหมือนกับ ECDSA ลายเซ็นต์ Schnorr ขึ้นอยู่กับเทคนิคการเข้ารหัสคีย์สาธารณะ-ส่วนตัว อย่างไรก็ตาม ในโครงการนี้การคำนวณทางคณิตศาสตร์เพื่อการให้ลายเซ็นต์ดิจิทัลแตกต่างไปนิดหน่อย

ลายเซ็น Schnorr เป็นอย่างใดที่เวอร์ชันที่ปรับปรุงของระบบ ECDSA ลายเซ็น Schnorr ยังคำนวณการใช้วงกลมที่เขี้ยว (ECC) อยู่ อย่างไรก็ตาม ปัญหายังคงเป็นเรื่องที่เรียบง่ายขึ้น ทำให้แต่ละธุรกรรมใช้พื้นที่ (การจัดเก็บ) ในบล็อกน้อยลง ลายเซ็น ECDSA ไม่มีขนาดการจัดเก็บมาตรฐาน แต่พวกเขาอยู่ระหว่าง 72 และ 71 ไบต์ อย่างอื่น ๆ ลายเซ็น Schnorr มีขนาดขนาดกะทัดรัดมากขึ้น โดยมีขนาดสูงสุด 64 ไบต์

การคำนวณสำหรับลายเซ็นดิจิตอลใน Schnorr ยังเรียกว่าเชิงเส้น นี้อ้างถึงความง่ายของการคำนวณที่ทำให้สามารถปรับแต่งเพื่อสร้างผลลัพธ์รหัสลับที่แตกต่างกันได้ ผลลัพธ์หนึ่งที่เช่นนั้นคือ MuSig protocol ซึ่งรวมลายเซ็นจำนวนมากบนธุรกรรมที่ซับซ้อนเพื่อสร้างลายเซ็นเพียงหนึ่งตัว โดยไม่ว่าจะมีจำนวนกุญแจสาธารณะเท่าไร

ข้อดีของลายเซ็น Schnorr

ระบบลายเซ็นดิจิทัล ECDSA ครองตำแหน่งเป็นอัลกอริทึมลายเซ็นดิจิทัลของ Bitcoin เป็นเวลากว่าสิบปีเพราะมันทำงานได้ดี แต่การพัฒนาแท้จริงต้องการนวัตกรรมที่ใหม่หรือดีกว่า ถึงแม้จะเป็นระบบที่เก่ากว่า แต่ Schnorr มีข้อดีมากกว่าให้กับเครือข่าย Bitcoin โดยมีจุดเด่นที่เป็นไปได้ในการขยายของขนาด ซึ่งเป็นหนึ่งในปัญหาที่ใหญ่ที่สุดที่เครือข่าย Bitcoin ต้องเผชิญตั้งแต่เริ่มต้น

ขยายขนาด

ความสามารถในการปรับขนาดเป็นหนึ่งในปัญหาที่แพร่หลายที่สุดในอุตสาหกรรมบล็อกเชน หมายถึงความสามารถของเครือข่ายในการดําเนินการอย่างมีประสิทธิภาพภายใต้แรงกดดันของธุรกรรมที่เพิ่มขึ้นรวมถึงการเพิ่มขึ้นของโหนดบล็อกเชน ในฐานะเครือข่ายชั้นนํา Bitcoin มีผู้ใช้หลายล้านคน แต่ก่อนหน้านี้จํานวนนั้นทําให้เครือข่ายลดลงทําให้ค่าธรรมเนียมการทําธุรกรรมเพิ่มขึ้นและเวลาในการประมวลผลธุรกรรมช้า การคํานวณ Schnorr ย่อธุรกรรมให้มีขนาดเล็กลง (ที่เก็บข้อมูล) ซึ่งจะช่วยลดจํานวนพื้นที่ที่ธุรกรรมเดียวใช้เมื่อเพิ่มลงในบล็อก ต่อจากนั้นนักขุดสามารถเพิ่มธุรกรรมเพิ่มเติมให้กับล็อคเดียวและเพิ่มความเร็วโดยรวมของการประมวลผลธุรกรรมบนเครือข่าย ในทางกลับกันค่าธรรมเนียมการทําธุรกรรมบนเครือข่าย Bitcoin จะลดลงเมื่อปัญหาการปรับขนาดได้รับการแก้ไข

ลายมือหลายรายการ (การรวมลายมือ)

ด้วย ECDSA ลายเซ็นดิจิทัลทั่วไปเกี่ยวข้องกับคีย์สาธารณะเพียงคีย์เดียวดังนั้นเมื่อธุรกรรมเกี่ยวข้องกับหลายฝ่ายและหลายคีย์จะสร้างลายเซ็นหลายลายเซ็นเทียบเท่ากับจํานวนคีย์ที่เกี่ยวข้อง Schnorr Signatures มีคุณสมบัติที่เรียกว่า linearity ซึ่งทําให้สามารถรวมธุรกรรมที่เกี่ยวข้องกับคีย์สาธารณะ (ฝ่าย) หลายรายการเพื่อสร้างลายเซ็นดิจิทัลเดียว ธุรกรรมดังกล่าวที่เกี่ยวข้องกับหลายฝ่ายปรากฏเหมือนกับธุรกรรมอื่น ๆ จากมุมมองด้านความเป็นส่วนตัวนี่คือการปรับปรุง ก่อนหน้านี้ธุรกรรมหลายลายเซ็นใช้พื้นที่มากขึ้นและแยกแยะได้ง่ายจากธุรกรรมคีย์เดียวทั่วไป แต่ด้วย MuSig ธุรกรรมทั้งหมดในเครือข่ายมีลักษณะเหมือนกันและแยกไม่ออกจากกัน

การทำธุรกรรมลายเซ็นเจอร์หลายรายการเป็นเส้นทางสำหรับการตรวจสอบแบบจำนวนมากบนเครือข่ายบิทคอยน์ ตามปกติแล้ว ลายเซ็นแต่ละรายการและทุกธุรกรรมจะถูกตรวจสอบต่อเนื่องหลังจากกัน กระบวนการนี้มักใช้เวลาและทรัพยากรอย่างสม่ำเสมอ เนื่องจากการทำธุรกรรมลายเซ็นหลายรายการถูกนำมาใช้โดยการรวมกลุ่มของคีย์สาธารณะทั้งหมดที่เกี่ยวข้อง โหนดบิทคอยน์สามารถตรวจสอบลายเซ็นเป็นจำนวนมากลดเวลาและพลังคำนวณที่ใช้ในการตรวจสอบธุรกรรมเดียว

Schnorr และความเป็นส่วนตัว

ลายเซ็น Schnorr มอบประโยชน์ที่สำคัญต่อความเป็นส่วนตัวในเครือข่าย Bitcoin หนึ่งในข้อได้เปรียบสำคัญของพวกเขาคือความสามารถในการตรวจสอบลายเซ็นเป็นจำนวนมากในชุดและรวมรวมพวกเขาเป็นลายเซ็นเดียว โดยการลดขนาดของธุรกรรมลายเซ็น Schnorr ช่วยทำให้จำนวนผู้ร่วมสนับสนุนในการดำเนินการหลายลายเซ็นไม่ชัดเจน ซึ่งทำให้เพิ่มความเป็นส่วนตัวและความลับของธุรกรรม

ลายเซ็น Schnorr ยังเพิ่มความต้านทานของบิทคอยน์ต่อการโจมตีที่เกี่ยวกับความสามารถในการเปลี่ยนแปลงได้ ลายเซ็น Schnorr ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ หมายความว่าบุคคลที่สามไม่สามารถปรับเปลี่ยนได้โดยไม่ทำให้ลายเซ็นเป็นโมฆะ คุณสมบัตินี้รักษาความสมบูรณ์ของธุรกรรม ซึ่งส่งเสริมความเป็นส่วนตัวและความปลอดภัย

ทำไมบิตคอยน์ถึงรออีกนานเพื่อนำ Schnorr มาใช้งาน?

น่าแปลกใจที่ลายเซ็น Schnorr ได้มีอยู่ตั้งแต่ทศวรรษ 1980 เมื่อมันถูกสร้างขึ้นโดยClaus Peter Schnorr, นักคณิตศาสตร์และนักเขียนรหัสยุโรปชาวเยอรมัน หลังจากประดิษฐ์ระบบลายเซ็นดิจิทัลที่ง่ายขึ้น เขาจึงได้จดสิทธิบัตรและจำกัดการใช้ไอเดียของเขา อย่างไรก็ตาม สิทธิบัตรหมดอายุในปี 2008 และไม่ได้ต่ออายุ

อย่างไรก็ตามเมื่อปี 2009 นั้น ที่ซาโตชิ นาคาโมโต ตั้งใจสร้างบิทคอยน์เลือกใช้ ECDSAเป็นตัวเลือกที่ซับซ้อนมากขึ้นแต่เป็นโอเพ่นซอร์ส การใช้ ECDSA ในเวลานั้นถูกมาตรฐานรวมถึงและใช้มากกว่าลายเซ็นเชน Schnorr เนื่องจากสิทธิบัตรของลายเซ็นเชนตัวหลังหมดอายุเร็ว นอกจากนี้ ECDSA ได้รับการสนับสนุนจาก OpenSSL ห้องสมุดคริปโตบนที่ Bitcoin ใช้เป็นรากฐานของโค้ด

ดังนั้นบิทคอยน์ได้ดำเนินการใช้ ECDSA ในฐานะระบบลายเซ็นดิจิทัลของตนโดยไม่มีข้อโต้แย้งภายในจนถึงปี 2014 เมื่อมีการเสนอขึ้นใน Bitcoin Talk forum นักพัฒนา Bitcoin Core Pieter Wuille, Jonas Nick, และ Tim Ruffing ในที่สุดพึ่งร่าง Bitcoin Improvement Proposal โดยเน้นทางการลงลายเซ็น Schnorr Signatures อาจจะเข้ากันกับเครือข่าย Bitcoin ของตน ข้อเสนอของพวกเขาภายหลังถูกติดแท็กว่า BIP 340 และรวมอยู่ในการอัพเกรด Taproot ปี 2021

สรุป

Schnorr เป็นระบบลายเซ็นที่มีหลายลายเซ็นเซ็ทที่ทำให้ธุรกรรม BTC สามารถเสร็จสิ้นได้ด้วยข้อมูลน้อยกว่าระบบลายเซ็นดั้งเดิม (ECDSA) Schnorr ไม่เพียงเพิ่มประสิทธิภาพและความเป็นส่วนตัวของการใช้ลายเซ็นหลายลายเซ็นที่กล่าวถึงมาก่อน แต่ยังเป็นไปได้ว่าอนาคตของการพัฒนาอย่างเช่นสมาร์ทคอนแทรคใน Bitcoin