Người tập hợp công nghệ mở rộng bản địa của Bitcoin: Phân tích công nghệ Taproot Consensus

Vào ngày 20 tháng 5 năm 2024, đội ngũ BEVM đã phát hành tài liệu kỹ thuật "Taproot Consensus: Một giải pháp BTC Layer2 phi tập trung". Tài liệu này trình bày chi tiết về cách thực hiện Taproot Consensus, cũng như cách kết hợp chữ ký Schnorr, MAST, nút SPV Bitcoin và các công nghệ gốc của Bitcoin để xây dựng một giải pháp BTC Layer2 hoàn toàn phi tập trung.

Giải pháp Taproot Consensus là thành quả tổng hợp của công nghệ mở rộng gốc Bitcoin. Nó không thực hiện bất kỳ sửa đổi nào đối với mã nguồn Bitcoin, mà khéo léo kết hợp nhiều công nghệ gốc của Bitcoin, với tư duy đơn giản và cấu trúc tinh vi. Để hiểu rõ hơn về quá trình tiến hóa của Taproot Consensus, chúng ta cần xem xét lại quá trình phát triển công nghệ của Bitcoin.

Bitcoin công nghệ phát triển mốc

Vào ngày 31 tháng 10 năm 2008, Satoshi Nakamoto đã công bố bài báo "Bitcoin: Một hệ thống tiền điện tử ngang hàng", lần đầu tiên đưa ra giải pháp kỹ thuật đầy đủ cho Bitcoin. Chương tám của bài báo giới thiệu công nghệ xác minh thanh toán đơn giản (SPV - Simple Payment Verification), phương pháp này không cần chạy nút đầy đủ, chỉ cần lưu trữ tiêu đề khối là có thể xác minh thanh toán.

Vào ngày 3 tháng 1 năm 2009, Satoshi Nakamoto đã khai thác khối Genesis trên một máy chủ ở Helsinki, đánh dấu sự ra đời chính thức của Bitcoin. Đáng chú ý là Bitcoin ban đầu sử dụng công nghệ chữ ký đường ellip (ECDSA), thay vì công nghệ chữ ký Schnorr phù hợp hơn. Điều này là do công nghệ chữ ký Schnorr lúc đó vẫn chưa được mã nguồn mở và vẫn đang trong thời gian bảo hộ bản quyền.

Chữ ký Schnorr giữ lại tất cả các chức năng và giả định an ninh của chữ ký đường cong ellip, đồng thời vượt qua giới hạn tối đa 15 chữ ký đa của Bitcoin, cho phép quản lý Bitcoin với hơn 1000 địa chỉ mà không ảnh hưởng đến tốc độ ký.

Năm 2018, sau nhiều năm kiểm chứng, các nhà phát triển lõi Bitcoin như Gregory Maxwell chính thức đề xuất kế hoạch đưa chữ ký Schnorr vào mạng Bitcoin.

Vào ngày 14 tháng 11 năm 2021, Bitcoin đã hoàn thành nâng cấp Taproot, chính thức giới thiệu chữ ký Schnorr, mở ra một kỷ nguyên mới cho ký quỹ đa chữ ký phi tập trung. Ngoài chữ ký Schnorr, nâng cấp Taproot còn giới thiệu công nghệ MAST (Merkelized Abstract Syntax Trees) giúp Bitcoin có chức năng giống như hợp đồng thông minh.

Sự kết hợp giữa chữ ký Schnorr và MAST cho phép Bitcoin hoạt động thông qua mã lập trình, tạo ra một mạng đa chữ ký phi tập trung, đặt nền tảng cho sự phát triển của mạng lớp hai Bitcoin.

Tổng quan về giải pháp đồng thuận Taproot

Tài liệu trắng về công nghệ Taproot Consensus chỉ ra rằng tính không hoàn thiện của mạng Bitcoin đã hạn chế khả năng triển khai trực tiếp các giải pháp mở rộng Layer2 tương tự như Rollup của Ethereum. Lớp hợp đồng kịch bản của mạng Bitcoin chỉ có thể thực hiện các giao dịch chuyển tiền đơn giản, không thể hỗ trợ các chức năng hợp đồng thông minh phức tạp. Do đó, việc xây dựng giải pháp mở rộng Layer2 chỉ từ lớp kịch bản của Bitcoin là không khả thi.

Giải pháp Taproot Consensus kết hợp công nghệ Taproot của Bitcoin (chữ ký Schnorr và MAST), nút nhẹ SPV của Bitcoin và cơ chế đồng thuận BFT PoS, xây dựng một mạng Layer2 phi tập trung và có tính nhất quán cao.

Taproot Consensus kiến trúc chi tiết

Taproot Consensus bao gồm ba phần: Schnorr+Mast, Bitcoin SPV và Aura+Grandpa.

Schnorr+Mast sử dụng công nghệ gốc được mang lại từ nâng cấp Taproot của Bitcoin, thực hiện quản lý đa chữ ký phi tập trung của Bitcoin, có thể được điều khiển bởi mã thay vì chữ ký thủ công.

Bitcoin SPV là phương thức xác thực thanh toán đơn giản do Satoshi Nakamoto đề xuất, không cần chạy nút đầy đủ để đồng bộ và xác thực các giao dịch Bitcoin. Điều này cho phép Taproot Consensus có thể đồng bộ trạng thái BTC trong môi trường hoàn toàn phi tập trung mà không cần sự cho phép.

Aura+Grandpa là giao thức đồng thuận PoS nâng cao chịu lỗi Byzantine tổng quát, đảm bảo sự đồng nhất cao của các nút mạng.

Nguyên lý hoạt động của Taproot Consensus như sau:

Trong hệ thống BEVM, mỗi xác thực viên nắm giữ khóa riêng BTC để ký Schnorr. Khóa công khai tổng hợp Pagg được tạo ra thông qua giải pháp ký đa Musig2, hình thành một cây MAST lớn. Các xác thực viên thực hiện chuyển BTC và thao tác khắc lên địa chỉ ký hạn được tạo ra từ cây MAST, thực hiện chức năng nộp dữ liệu từ mạng chính BTC sang mạng BEVM. Đồng thời, mỗi xác thực viên như một nút nhẹ SPV Bitcoin, có thể đồng bộ hóa trạng thái mạng BTC một cách an toàn và không cần giấy phép.

Nói ngắn gọn, Taproot Consensus sử dụng Schnorr+Mast để xây dựng quản lý ký nhiều BTC phi tập trung trên lớp một của Bitcoin, và lớp hai chạy mạng nút SPV của Bitcoin. Lấy BEVM làm ví dụ, toàn bộ mạng BEVM lớp hai chạy nút SPV của Bitcoin, có thể đồng bộ trạng thái dữ liệu của lớp một Bitcoin. BEVM kết hợp mạng nút SPV của Bitcoin với Aura+Grandpa, giúp nó đạt được cấp độ bảo mật BFT cho sự đồng thuận, thực hiện sự phi tập trung thực sự.

Chi tiết kỹ thuật và đổi mới

Taproot Consensus sách vàng còn giải thích chi tiết về việc triển khai các công nghệ như chữ ký Schnorr, MAST, nút nhẹ PSV Bitcoin, Aura+Grandpa, cũng như quy trình thực hiện của Musig2.

Sách vàng cũng đã so sánh sự khác biệt giữa dự án Layer2 BTC nổi tiếng Mezo và Taproot Consensus. Mezo dựa trên giao thức tBTC, sử dụng Bitcoin multi-sign để xây dựng mạng lưới ký tên ngưỡng. Nhưng tBTC vẫn cần mạng lưới nhiều người ký tên với 9 người, trong khi Taproot Consensus kết hợp mạng lưới nhiều người ký tên với cơ chế đồng thuận BFT PoS, đạt được sự phi tập trung thực sự.

Tóm tắt

Tài liệu kỹ thuật của đội ngũ BEVM mô tả toàn diện về giải pháp triển khai và chi tiết kỹ thuật của Taproot Consensus, trình bày một giải pháp lớp hai hoàn toàn được xây dựng trên công nghệ gốc của Bitcoin. Taproot Consensus không chỉ kế thừa định hướng công nghệ của Bitcoin mà còn kết hợp với các công nghệ được cải tiến từ các lần nâng cấp Bitcoin, là tác phẩm tổng hợp của công nghệ mở rộng gốc của Bitcoin.

Với sự phát triển của hệ sinh thái Bitcoin, các giải pháp Bitcoin Layer 2 thực sự phi tập trung sẽ trở thành xu hướng tất yếu, các giải pháp như Taproot Consensus dự kiến sẽ tỏa sáng trong tương lai.