O grande realizador da tecnologia de expansão nativa do Bitcoin: Análise da tecnologia Taproot Consensus

No dia 20 de maio de 2024, a equipe BEVM lançou o white paper técnico intitulado "Taproot Consensus: uma solução BTC Layer2 descentralizada". Este white paper detalha a forma de implementação do Taproot Consensus, bem como como combinar assinaturas Schnorr, MAST, nós SPV do Bitcoin e outras tecnologias nativas do Bitcoin para construir uma solução BTC Layer2 completamente descentralizada.

A solução Taproot Consensus é a culminação da tecnologia de expansão nativa do Bitcoin. Ela não modifica o código do Bitcoin, mas combina de forma inteligente várias tecnologias nativas do Bitcoin, com uma abordagem simples e uma estrutura engenhosa. Para compreender melhor o processo de evolução do Taproot Consensus, é necessário rever a trajetória de desenvolvimento tecnológico do Bitcoin.

Bitcoin tecnologia desenvolvimento marco

Em 31 de outubro de 2008, Satoshi Nakamoto publicou o artigo "Bitcoin: um sistema de dinheiro eletrônico ponto a ponto", onde apresentou pela primeira vez o plano técnico completo para o Bitcoin. O oitavo capítulo do artigo introduz a tecnologia de Verificação de Pagamento Simples (SPV), que permite verificar pagamentos sem a necessidade de executar um nó completo, bastando salvar o cabeçalho do bloco.

No dia 3 de janeiro de 2009, Satoshi Nakamoto minerou o bloco gênese em um servidor em Helsinque, marcando o nascimento oficial do Bitcoin. Vale a pena notar que o Bitcoin inicialmente utilizou a técnica de assinatura de curva elíptica (ECDSA), em vez da técnica de assinatura de Schnorr, que seria mais adequada. Isso ocorreu porque, na época, a assinatura de Schnorr ainda não tinha sido open source, permanecendo sob proteção de patente.

A assinatura Schnorr preserva todas as funcionalidades e hipóteses de segurança da assinatura de curva elíptica, ao mesmo tempo que ultrapassa o limite de 15 assinaturas múltiplas do Bitcoin, permitindo a gestão conjunta de mais de 1000 endereços de Bitcoin sem afetar a velocidade da assinatura.

Em 2018, após anos de validação, os desenvolvedores principais do Bitcoin, como Gregory Maxwell, apresentaram oficialmente a proposta de introduzir a assinatura Schnorr na rede Bitcoin.

No dia 14 de novembro de 2021, o Bitcoin concluiu a atualização Taproot, introduzindo oficialmente a assinatura Schnorr, dando início a uma nova era de multi-assinatura descentralizada. Além da assinatura Schnorr, a atualização Taproot também introduziu a tecnologia MAST (Merkelized Abstract Syntax Trees), que confere ao Bitcoin funcionalidades semelhantes a contratos inteligentes.

A combinação da assinatura Schnorr com MAST permite que o Bitcoin seja impulsionado por código de programa a uma rede descentralizada de múltiplas assinaturas, estabelecendo a base para o desenvolvimento da segunda camada do Bitcoin.

Visão geral da solução de consenso Taproot

O white paper da tecnologia Taproot Consensus aponta que a natureza não Turing-completa da rede Bitcoin limita a sua capacidade de implementar diretamente soluções de escalabilidade Layer2 semelhantes aos Rollups do Ethereum. A camada de contratos de script da rede Bitcoin só pode realizar operações de transferência simples, não conseguindo suportar funcionalidades complexas de contratos inteligentes. Portanto, construir uma solução de escalabilidade Layer2 apenas a partir da camada de script do Bitcoin não é viável.

A solução de consenso Taproot combina a tecnologia Taproot do Bitcoin (assinaturas Schnorr e MAST), nós leves SPV do Bitcoin e o mecanismo de consenso BFT PoS, construindo uma rede Layer2 descentralizada e de alta consistência.

Detalhes da Arquitetura de Consenso Taproot

O Consenso Taproot é composto por Schnorr+Mast, Bitcoin SPV e Aura+Grandpa.

Schnorr+Mast utiliza a tecnologia nativa trazida pela atualização Taproot do Bitcoin para realizar a gestão descentralizada de múltiplas assinaturas do Bitcoin, podendo ser acionada por código em vez de assinaturas manuais.

Bitcoin SPV é um método de verificação de pagamento simples proposto por Satoshi Nakamoto, que permite sincronizar e verificar transações de Bitcoin sem a necessidade de operar um nó completo. Isso permite que o Consenso Taproot sincronize o estado do BTC em um ambiente completamente descentralizado, sem a necessidade de autorização.

Aura+Grandpa é um protocolo de consenso PoS avançado de tolerância a falhas bizantinas, garantindo alta consistência entre os nós da rede.

O princípio de funcionamento do Consensus Taproot é o seguinte:

No sistema BEVM, cada validador possui uma chave privada BTC para assinaturas Schnorr. A chave pública agregada Pagg, gerada pelo esquema de assinatura múltipla Musig2, forma uma grande árvore MAST. Os validadores realizam transferências de BTC e operações de gravação para o endereço de assinatura de limite gerado pela árvore MAST, permitindo a função de submissão de dados da mainnet BTC para a rede BEVM. Ao mesmo tempo, cada validador atua como um nó leve SPV do Bitcoin, podendo sincronizar com segurança e sem permissão o estado da rede BTC.

Em resumo, o Consenso Taproot utiliza Schnorr+Mast para construir uma gestão descentralizada de múltiplas assinaturas BTC na camada um do Bitcoin, enquanto a camada dois opera uma rede de nós SPV do Bitcoin. Tomando o BEVM como exemplo, toda a rede de camada dois do BEVM opera nós SPV do Bitcoin, podendo sincronizar o estado dos dados da camada um do Bitcoin. O BEVM funde a rede de nós SPV do Bitcoin com Aura+Grandpa, conferindo-lhe um nível de segurança em termos de consenso BFT, alcançando uma verdadeira descentralização.

Detalhes técnicos e inovações

O livro branco do Taproot Consensus também explica detalhadamente os detalhes de implementação de tecnologias como assinaturas Schnorr, MAST, nós leves PSV do Bitcoin, Aura+Grandpa, entre outros, assim como o processo de implementação do Musig2.

O livro amarelo também comparou as diferenças entre o conhecido projeto Layer2 BTC Mezo e o Taproot Consensus. O Mezo é baseado no protocolo tBTC, utilizando a multi-assinatura do Bitcoin para construir uma rede de assinatura de limiar. No entanto, o tBTC ainda requer uma rede de múltiplas assinaturas com 9 pessoas, enquanto o Taproot Consensus combina a rede de múltiplas assinaturas com o mecanismo de consenso BFT PoS, alcançando verdadeira descentralização.

Resumo

O white paper técnico da equipe BEVM descreve de forma abrangente a implementação e os detalhes técnicos do Taproot Consensus, apresentando uma solução de segunda camada totalmente construída com base na tecnologia nativa do Bitcoin. O Taproot Consensus não apenas herda a direção técnica do Bitcoin, mas também inova ao combinar as tecnologias trazidas pelas atualizações do Bitcoin, sendo a obra-prima da tecnologia de expansão nativa do Bitcoin.

Com o desenvolvimento do ecossistema Bitcoin, soluções de segunda camada realmente descentralizadas para o Bitcoin se tornarão uma tendência inevitável, soluções como Taproot Consensus têm a esperança de brilhar no futuro.