Malgré son existence depuis plus d'une décennie, Bitcoin, le réseau principal, peine à suivre le rythme de ses homologues plus innovants. Chaque mise à jour du réseau nécessite un consensus et une coordination importants de la part des validateurs et des mineurs, ralentissant la capacité de Bitcoin à s'adapter à l'évolution de l'industrie de la blockchain.

Après 2017 et l'introduction deSegreGate.io Témoin (SegWit), Bitcoin a attendu 4 ans entiers pour une nouvelle mise à niveau.Mise à niveau Taproota ensuite été introduit en 2021 après un consensus de 90 %. La mise à niveau de Taproot comprend trois propositions d'amélioration de Bitcoin (BIP) qui visent à améliorer la flexibilité, la scalabilité et la sécurité du réseau. La première de ces BIP remplace le schéma de signature numérique Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA) par un mécanisme plus rapide et plus sécurisé, les signatures Schnorr.

Cet article explore cette alternative avantageuse et comment elle impacte le réseau Bitcoin.

Qu'est-ce que les signatures Schnorr?

Les signatures de Schnorr sont un schéma de signature numérique qui se distingue par sa simplicité. Les signatures de Schnorr ressemblent légèrement au schéma précédemment mis en œuvre, l'ECDSA, cependant, le premier présente plusieurs avantages, notamment les transactions multi-signatures.

Les signatures Schnorr ont été créées par un cryptographe allemand dès 1980, mais n'ont pas réussi à être appliquées dans l'espace cryptographique grand public en raison d'un brevet expiré en 2008.

Qu'est-ce qu'une signature numérique?

Toutes les crypto-monnaies tournent autour de quelque chose appelé des signatures numériques. Cela est dû à ce que, sur la chaîne de blocs, la propriété n'est pas représentée par des notions traditionnelles comme des documents légaux et des signatures physiques. La nature numérique des crypto-monnaies exige que la propriété soit prouvée par des données numériques. La méthode cryptographique pour prouver cette propriété est connue sous le nom designature numérique.

Les signatures numériques sont créées grâce à des calculs mathématiques complexes connus sous le nom de cryptographie à clé privée-publique. Toutes les transactions Bitcoin comprennent deux types de clés, des clés publiques et privées. Les clés privées sont essentiellement un tas de nombres aléatoires qu'il est incroyablement difficile de deviner. Elles sont générées de manière aléatoire par un ordinateur et ne peuvent être accessibles que par le propriétaire d'un compte ou l'exécuteur d'une transaction. Vous pouvez les considérer comme des mots de passe détenus en privé par un utilisateur et gardés secrets.

Les clés publiques sont mathématiquement liées aux clés privées. Mais contrairement à ces dernières, elles sont publiques et sont attachées à chaque transaction qu'un utilisateur effectue à partir de la même adresse de portefeuille. L'essentiel de la paire de clés privées-publiques est que le propriétaire d'une clé privée peut générer la clé publique correspondante, mais l'inverse n'est pas possible.

Les signatures numériques sont ainsi créées en prouvant la possession d'une clé privée sans divulguer la clé elle-même. Ce processus implique des processus mathématiques complexes tels que le hachage et la structure de script. Avant que toute transaction sur le réseau Bitcoin ne puisse être complétée, une signature numérique doit être créée et vérifiée.

La méthode de création et de vérification de ces signatures est connue sous le nom de schéma. Bitcoin utilisait auparavant le schéma ECDSA, qui reposait sur des courbes elliptiques et des champs finis. Avec l'introduction de Taproot, cependant, les validateurs et mineurs du réseau ont voté pour changer le schéma de signature numérique en signatures Schnorr, un mécanisme alternatif offrant plus d'avantages.

Qu'est-ce que l'ECDSA?

ECDSA est l'ancien schéma de signature numérique utilisé par Bitcoin et la méthode a été choisie principalement en raison de sa disponibilité. Au moment de la création de Bitcoin, il y avait un brevet sur les signatures de Schnoor qui rendait le schéma exclusif à ses créateurs. De plus, le schéma ECDSA qui reposait sur des courbes elliptiques et des champs finis pour son introduction était la version mieux testée.

Comment fonctionnent les signatures Schnorr?

Comme ECDSA, les signatures Schnorr reposent sur la technique de cryptographie de paire de clés privées-publiques. Cependant, dans ce schéma, les calculs mathématiques pour fournir une signature numérique diffèrent légèrement.

Les signatures Schnorr sont, à certains égards, une version améliorée du schéma ECDSA. Les calculs de Schnorr impliquent toujours la cryptographie sur courbes elliptiques (ECC); cependant, les problèmes sont un peu plus simplifiés, ce qui permet à chaque transaction de prendre moins de place (stockage) dans un bloc. Les signatures ECDSA n'ont pas de taille de stockage standard, mais elles se situent entre 72 et 71 octets. En revanche, les signatures Schnorr sont plus compactes, avec une taille de signature maximale de 64 octets.

Les calculs pour une signature numérique dans Schnorr sont également appelés linéaires. Cela fait référence à la simplicité du calcul qui permet des ajustements pour créer des résultats cryptographiques alternatifs. Un tel résultat est le protocole MuSig, qui combine plusieurs signatures sur une transaction complexe pour créer une seule signature, quel que soit le nombre de clés publiques impliquées.

Avantages des signatures Schnorr

Le schéma de signature numérique ECDSA a présidé en tant qu'algorithme de signature numérique de Bitcoin pendant plus d'une décennie car il fonctionnait bien. Mais le véritable développement nécessite une innovation fraîche ou meilleure. Malgré son ancienneté, Schnorr offre plus d'avantages au réseau Bitcoin, son point fort étant la scalabilité, l'un des plus grands problèmes auxquels le réseau Bitcoin a été confronté depuis sa création.

Scalabilité

La scalabilité est l'un des problèmes les plus prévalents dans l'industrie de la blockchain. Elle fait référence à la capacité d'un réseau à fonctionner efficacement sous la pression des transactions accrues ainsi que d'une augmentation des nœuds de la blockchain. En tant que réseau de premier plan, Bitcoin compte des millions d'utilisateurs, mais ce nombre pesait auparavant sur le réseau, entraînant une augmentation des frais de transaction et des temps de traitement des transactions lents. Les calculs de Schnorr condensent les transactions en tailles plus petites (stockage), réduisant ainsi la quantité d'espace qu'une seule transaction prend lorsqu'elle est ajoutée à un bloc. Par conséquent, les mineurs peuvent ajouter plus de transactions à un seul bloc et augmenter la vitesse globale du traitement des transactions sur le réseau. En conséquence, les frais de transaction sur le réseau Bitcoin seront réduits à mesure que les problèmes d'évolutivité sont résolus.

Signature Multiple (Agrégation de signatures)

Avec ECDSA, une signature numérique typique implique juste une clé publique, donc lorsque la transaction implique plusieurs parties et plusieurs clés, cela crée des signatures multiples, équivalent au nombre de clés impliquées. Les signatures Schnorr se vantent d'une fonctionnalité appelée linéarité, ce qui rend possible de combiner une transaction impliquant plusieurs clés publiques (parties) pour produire une seule signature numérique. De telles transactions impliquant plusieurs parties ressemblent à n'importe quelle autre transaction. D'un point de vue de la confidentialité, c'est une amélioration. Auparavant, les transactions multi-signatures prenaient plus d'espace et étaient facilement distinguables des transactions ordinaires à clé unique. Mais avec MuSig, toutes les transactions sur le réseau se ressemblent et sont indiscernables les unes des autres.

Les transactions multi-signatures ouvrent la voie à la vérification par lots sur le réseau Bitcoin. Ordinairement, chaque signature et chaque transaction sont vérifiées l'une après l'autre. Le processus est souvent long et intensif en ressources. Parce que les transactions multi-signatures sont mises en œuvre en agrégeant toutes les clés publiques impliquées, les nœuds Bitcoin peuvent vérifier les signatures par lots, réduisant ainsi le temps et la puissance de calcul utilisés pour vérifier une seule transaction.

Schnorr et confidentialité

Les signatures Schnorr offrent un avantage significatif en matière de confidentialité au sein du réseau Bitcoin. L'un de leurs principaux avantages est la capacité de vérifier efficacement plusieurs signatures en lot et de les aggréger en une seule signature. En minimisant la taille des transactions, les signatures Schnorr aident à obscurcir le nombre de participants impliqués dans une transaction multi-signature, améliorant ainsi la confidentialité et la confidentialité des transactions.

Les signatures Schnorr augmentent également la résistance du Bitcoin aux attaques de malléabilité. Les signatures Schnorr sont non malléables, ce qui signifie qu'un tiers ne peut pas les modifier sans invalider la signature. Cette propriété préserve l'intégrité des transactions, favorisant ainsi la confidentialité et la sécurité.

Pourquoi Bitcoin a-t-il attendu si longtemps pour mettre en œuvre Schnorr ?

Étonnamment, les signatures Schnorr existent depuis les années 1980, lorsqu'elles ont été créées parClaus Peter Schnorr, un mathématicien et cryptographe allemand. Après avoir inventé un schéma de signature numérique plus simple, il l'a breveté, limitant ainsi l'utilisation de son idée. Cependant, le brevet a expiré en 2008 et n'a pas été renouvelé.

Cependant, lors de l'invention de Bitcoin en 2009, Satoshi Nakamotoopté pour ECDSA, une option plus complexe mais open-source. ECDSA à l'époque était normalisé et plus largement utilisé que les signatures Schnorr, en raison de l'expiration récente du brevet de ces dernières. De plus, ECDSA était pris en charge par OpenSSL, une bibliothèque de cryptographie sur laquelle le code source de Bitcoin était construit.

Ainsi, Bitcoin a continué à mettre en œuvre ECDSA comme son schéma de signature numérique sans contre-arguments internes jusqu'en 2014, date à laquelle il a été proposé sur le forum Bitcoin Talk. Les contributeurs principaux du Bitcoin Core, Pieter Wuille, Jonas Nick et Tim Ruffing, ont finalement rédigé une proposition d'amélioration du Bitcoin mettant en évidence comment les signatures de Schnorr pourraient s'intégrer dans le réseau Bitcoin. Leur proposition a ensuite été étiquetée BIP 340 et incluse dans la mise à niveau de Taproot de 2021.

Conclusion

Schnorr est un système de multi-signature qui permet de finaliser les transactions BTC avec moins de données que le système de signature traditionnel (ECDSA). Schnorr améliore non seulement la scalabilité et la confidentialité de l'utilisation de la multi-signature, comme décrit précédemment, mais il permet également d'autres BIP, ouvrant potentiellement la voie à des développements futurs tels que les contrats intelligents dans Bitcoin.