分享 | Taproot 101：比特币的最新升级如何提升隐私性和可扩展性

概述

比特币是目前世界上最古老和顶级的加密货币，拥有当今最具弹性的计算机网络之一，其正常运行时间接近 99.99%，历史上只有两次停机（总持续时间不到 15 小时）。

经过多轮严格测试，比特币开发者必须确保他们推出的升级是 100% 稳定的。 这样，他们就可以避免对 BTC 社区造成严重后果。 想象一下，当代码中的一个缺陷允许黑客双花 BTC 或摧毁大部分网络时。 这将对比特币和整个加密行业造成无法弥补的损害。

出于这个原因，每次比特币升级通常需要数年时间。 上一次网络发生重大变化是在 2017 年 8 月，当时矿工激活了隔离见证 (SegWit)，这是一种允许链更有效地存储数据的解决方案。 然而，它引发了社区的激烈争论，导致链分裂和比特币现金硬分叉。

此外，由于 BTC 的社区庞大——包括数百万最终用户、矿工、投资者、企业和开发者——很难就升级提案达成共识。 也就是说，这一次，似乎大多数比特币网络参与者都同意推出名为 Taproot 的新升级，最近在矿工中达到了 90% 的关键共识水平。

Taproot 承诺提高 BTC 交易的隐私性，降低转账费用，提供更大的灵活性，并增强区块链的可扩展性。

但什么是 Taproot 以及它是如何工作的？

原创 | MX学院

编译 | 吉吉

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什么是 Taproot 升级

它将如何使比特币受益？

Taproot 是计划在区块 709,632 进行的软分叉，预计将在 2021 年 11 月 14 日左右发生。

Taproot 最初由比特币核心贡献者（和前 CTO）Gregory Maxwell 在 2018 年提出，将 BTC 当前的 ECDSA 数字签名算法更改为 Schnorr（稍后会详细介绍）。

简单地说，通过这样做，可以组合复杂的签名（例如需要多方签署交易的签名）。 因此，复杂交易现在看起来与标准（用户对用户）比特币交易相同，这增加了参与者的隐私。

此外，将交易中的多个签名合并为一个（而不是将它们一个一个地包含在一个块中）减少了必须在区块链上传输和存储的数据量。

由于更高效的数据存储，比特币每秒将能够处理更多的交易（TPS）最新比特币，并且在 Taproot 升级后复杂的传输预计会更便宜。

有趣的是，由于目前的数字签名算法会发生变化，Taproot 升级预计会在 11 月与新的 Schnorr 算法一起实现。

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主根如何工作？

到目前为止，您已经了解了 Taproot 的基础知识以及升级对比特币意味着什么。

接下来，我们将深入探讨我们的主题，看看 Taproot 将如何改变整个网络的数字签名。

01数字签名、P2SH、ECDSA

为了更好地理解我们的主题，重新审视有关比特币网络交易的一些基础知识至关重要。

您可能已经知道，加密货币使用公钥密码术（因此得名），其中您有两个密钥：私钥和公钥。 虽然您可以共享您的公钥以从他人那里接收资金，但私钥用于对交易进行数字签名（以及访问您的资金和恢复您的钱包）。

数字签名在比特币生态系统中起着至关重要的作用，因为它们需要证明您的硬币所有权以及使用它们。 这就是脚本的用武之地。

在实践中，加密货币网络中的所有硬币都被“锁定”在脚本中，这些脚本引用交易中包含的代码行，然后在区块链中（在矿工成功处理区块中的其他传输之后）。

比特币网络中的脚本决定了参与者在下一次交易中如何使用他们的比特币。 最简单的条件是通过使用您的私钥对传输进行数字签名来证明您对硬币的所有权。

然而，比特币生态系统中的交易比具有更复杂支出条件的简单的用户到用户余额转移要复杂得多。 这方面的例子包括时间锁和多重签名交易。 虽然先验允许用户在特定日期或区块高度之后花费他们的代币，但多重签名要求交易由来自预定组（私钥）​​的一定数量的私钥签名，这些私钥被授权签署转移（例如，五分之一的三个签名成功地将 BTC 从多重签名钱包发送给收件人）。

简而言之，多重签名交易用于多方共同控制资金的钱包，以分担风险并增强安全性。 例如，AAX 在其强大的钱包系统中使用多重签名技术来消除单点故障并确保客户资金安全。

在比特币交易方面，开发人员可以结合不同的条件来创建和部署复杂的智能合约（各方之间自动执行预先约定的规则的自动执行数字协议）。

例如，多签钱包中的 BTC 满足以下任一条件即可使用： ① 交易双方使用自己的私钥对交易进行签名； ② 其中一人在两天后提供一个秘密号码； ③ 两个私钥之一 用于在达到区块高度 690,000 后签署交易。

从 2012 年开始，当 Pay-to-Script Hash (P2SH)——比特币网络中的一种交易和地址——开始实施时，包含支出条件的脚本并未公开。 而不是整个脚本，只有它的散列（一长串数字）在公共分类账上可见。

然而，当发送方满足执行交易和花费 BTC 的条件之一时，它会泄露整个脚本及其包含的所有数据。 这包括满足和未满足的所有条件，网络参与者可以使用脚本的初始哈希轻松地在区块链上进行审核。

如您所见，这可能会给发件人带来一些隐私问题，因为任何人都可以分析脚本的哈希值以查看其中的条件，这也可能会泄露敏感信息，例如用于转账的钱包类型。

除了源自 P2SH 的隐私问题之外，由于其当前的数字签名算法称为椭圆曲线数字签名算法 (ECDSA)，比特币还面临进一步的匿名性和效率相关问题，该算法最初由中本聪实现。

简而言之，ECDSA 的主要问题是与交易相关的每个签名都是单独包含的（例如，如果一笔转账有 15 个签名，则所有 15 个都被一一包含）。 这样做会增加多重签名和其他复杂交易类型的规模。 此外，传输包含的签名越多最新比特币，由于大小的增长，它就越昂贵。 此外，由于这些复杂的交易后来被矿工处理成块并记录在区块链上，因此它们会减慢网络速度并由于数据使用量增加而降低效率。

最重要的是，由于在交易中一个接一个地添加多个签名，因此多重签名交易、智能合约和其他复杂的传输很容易被网络参与者发现，包括从区块链分析师和标准用户到恶意方的网络参与者。 任何人。 例如，对于像 CoinJoin 这样的混币器来说，这是一个重大问题，它允许用户在转移 BTC 时实现更高级别的隐私。

然而，由于 ECDSA 算法，CoinJoin 交易在区块链上的表现与标准交易不同，ECDSA 算法为分析师提供了识别它们的能力，从而使此类传输的大部分隐私功能无法使用。 将这一点与 P2SH 的缺点相结合，可以轻松识别多重签名交易并了解资金花费的条件以及有关发件人的潜在详细信息。

02 施诺尔

Schnorr 是以德国著名数学家、密码学家 Claus P. Schnorr 的名字命名的，它是一种利用线性数学聚合签名的数字签名算法。

也就是说，与 ECDSA 算法不同，Schnorr 数字签名是线性的。 因此，所有签名及其对应的公钥可以聚合成一个单一的门限签名和门限公钥。 因此，多重签名交易只需要包含一个公钥和一个签名（而不是多个），这使得它们在数据存储方面比 ECDSA 更便宜、更高效。 由于比特币区块链上的负载减少，它将能够每秒处理更多交易。

最重要的是，Schnorr 的聚合签名和公钥看起来与标准签名和公钥完全相同，这使得比特币网络中的多重签名交易无法与其他交易区分开来，从而增加了用户隐私。 此外，Schnorr 算法允许开发人员在交易时访问更多功能。

03 主根

使用 Schnorr，可以将签名及其相应的公钥组合在一起，使多重签名和其他复杂交易出现在比特币区块链上，就像常规交易一样。

使用 Schnorr，Taproot 基于 Merkleized 抽象语法树 (MAST)，使隐私更进一步。 简单地说，在多重签名交易的情况下，MAST 只显示花费 BTC 后已经满足的条件。 与其他基于 MAST 的结构一样，Taproot 包括一个称为合作关闭的条件，所有参与者都同意结果，共同签署多重签名交易并进行结算。 当满足合作关闭条件时，所有参与者结合他们的公钥和数字签名。 之后，他们在修改阈值密钥和签名的脚本的帮助下一起使用硬币。

在这种情况下，多亏了 Taproot 和 Schnorr，多重签名交易看起来就像一个常规交易，没有透露任何条件或脚本本身。

但是当满足替代条件时（当玩家无法相互合作时）会发生什么？

在这种情况下，未修改的阈值公钥和调整它的脚本出现在区块链上，作为证明如果满足其中一个替代条件，则可以使用交易中包含的硬币。 也就是说，在所有参与者合作的正常情况下，Taproot 可以完全隐藏交易的复杂元素，将它们伪装成正则。

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Taproot：自隔离见证以来

比特币最重要的升级

Taproot 显然是自 2017 年 8 月推出 SegWit 以来最重要和最受期待的网络升级。这是有充分理由的。 就像 SegWit 一样，Taproot 通过将当前的 ECDSA 算法替换为 Schnorr，将多个签名批处理为一个，从而使区块链上的数据存储更加高效。

虽然这允许复杂的交易——例如多重签名传输、（第二层）闪电网络和 BTC 智能合约平台 ChainX——降低成本，但它也使比特币能够提高其可扩展性和吞吐量。

此外，由于 Taproot 隐藏了花费硬币的条件，同时使复杂交易与其他交易无法区分，从而增强了网络参与者的隐私。

尽管如此，必须注意的是，Taproot 不会匿名化比特币交易，因为发送方和接收方的 BTC 地址仍然可以公开审计。 相反，它会在一定程度上增加网络内部的隐私。

虽然比特币很少推出重大升级，因为它需要确保其网络的最大稳定性，但去中心化金融领域正在进行许多实验，其中一小部分可能会失败。 然而，许多测试和试验中最好的可能会成为成熟的 BTC 功能，或者至少是比特币随着时间的推移进一步分层的重要组成部分。

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