比特幣原生擴展技術的集大成者：解讀 Taproot Consensus 技術

2024 年 5 月 20 日，一個比特幣 Layer2 開發團隊正式發布了技術黃皮書《Taproot Consensus：一種去中心化的 BTC Layer2 解決方案》。該黃皮書詳細描述了 Taproot Consensus 的實現方式，以及如何結合施諾爾籤名、MAST、比特幣 SPV 節點等比特幣原生技術來構建完全去中心化的 BTC Layer2 解決方案。

Taproot Consensus 方案是比特幣原生擴展技術的集大成之作。它沒有對比特幣的代碼進行任何修改，而是充分利用比特幣的幾大原生技術進行了創新組合，思路簡潔，結構巧妙。在解讀黃皮書之前，有必要回顧一下比特幣的技術發展歷程，以便理解 Taproot Consensus 是如何從比特幣的發展脈絡中脫胎而出的。

比特幣技術發展裏程碑

2008 年 10 月 31 日，中本聰發表了比特幣白皮書，提出了完整的比特幣技術實現方案。白皮書中提到了 SPV（簡單支付驗證）解決方案，這是一種不需要運行全節點就能驗證支付的技術。

2009 年 1 月 3 日，中本聰挖出了比特幣創世區塊，標志着比特幣正式誕生。在最初的代碼中，中本聰使用了橢圓曲線籤名技術（ECDSA），而非更適合比特幣的施諾爾籤名技術，這是因爲當時施諾爾籤名尚未開源。

2018 年，比特幣核心開發者正式提議將施諾爾籤名引入比特幣網路。

2021 年 11 月 14 日，比特幣完成 Taproot 升級，施諾爾籤名正式納入比特幣網路，開啓了去中心化多籤時代。Taproot 升級還引入了 MAST（默克爾抽象語法樹），使比特幣具備了類似智能合約的功能。

施諾爾籤名和 MAST 的結合，使得比特幣可以通過代碼指令驅動去中心化多籤網路，爲比特幣二層網路的發展奠定了基礎。

Taproot Consensus 解決方案概述

Taproot Consensus 技術黃皮書指出，由於比特幣網路的非圖靈完備性質，無法直接實現類似以太坊 Rollup 的 Layer2 擴展方案。因此，Taproot Consensus 將比特幣的 Taproot 技術（Schnorr 籤名和 MAST）、比特幣 SPV 輕節點以及 BFT PoS 共識機制融合在一起，構建出了一個去中心化且高度一致的 Layer2 網路。

Taproot Consensus 架構詳解

Taproot Consensus 由 Schnorr+MAST、Bitcoin SPV 和 Aura+Grandpa 三部分組成：

1. Schnorr+MAST：實現比特幣的去中心化多籤管理，由二層網路共識驅動。

2. Bitcoin SPV：實現與比特幣一層的狀態同步。

3. Aura+Grandpa：一種通用的拜佔庭容錯 PoS 共識協議，確保網路節點的高度一致性。

在該系統中，每個驗證者持有用於 Schnorr 籤名的 BTC 私鑰。通過 Musig2 多籤名方案生成的聚合公鑰，形成了一個大型 MAST 樹。驗證者通過向 MAST 樹生成的門限籤名地址進行 BTC 轉帳和銘刻操作，實現 BTC 主網向二層網路提交數據的功能。同時，每個驗證者都作爲 Bitcoin SPV 輕節點，能夠安全且無許可地同步 BTC 網路狀態。

與其他方案的比較

黃皮書還詳細解釋了 Musig2 的實現過程，以及與其他 BTC Layer2 項目（如 Mezo）的區別。Mezo 基於 tBTC 協議，利用比特幣多籤構建門限籤名網路。然而，tBTC 仍需要人工籤名。

相比之下，Taproot Consensus 將多籤網路與 BFT PoS 共識機制相結合，實現了真正的去中心化。這種設計不僅提升了比特幣網路的擴展性和可用性，還確保了二層網路的安全性和一致性。

結語

Taproot Consensus 技術黃皮書展示了一個完全基於比特幣原生技術構建的二層解決方案。它不僅尊重和繼承了比特幣的技術方向，還結合了比特幣歷次升級帶來的技術進行創新。隨着比特幣生態的不斷發展，這種真正去中心化的二層解決方案將在未來發揮重要作用。