El culminador de la tecnología de expansión nativa de Bitcoin: Análisis de la tecnología Taproot Consensus

El 20 de mayo de 2024, el equipo de BEVM publicó el libro amarillo técnico "Taproot Consensus: una solución BTC Layer2 descentralizada". Este libro amarillo detalla la forma de implementación de Taproot Consensus, así como cómo combinar la firma Schnorr, MAST, nodos SPV de Bitcoin y otras tecnologías nativas de Bitcoin para construir una solución BTC Layer2 completamente descentralizada.

El esquema de consenso Taproot es la culminación de la tecnología nativa de expansión de Bitcoin. No ha realizado ninguna modificación al código de Bitcoin, sino que ha combinado hábilmente varias tecnologías nativas de Bitcoin, con un enfoque simple y una estructura ingeniosa. Para comprender mejor el proceso de evolución de Taproot Consensus, es necesario revisar la trayectoria del desarrollo tecnológico de Bitcoin.

Bitcoin hitos en el desarrollo de la tecnología

El 31 de octubre de 2008, Satoshi Nakamoto publicó el documento "Bitcoin: un sistema de efectivo electrónico de igual a igual", donde presentó por primera vez el plan técnico completo para Bitcoin. El capítulo ocho del documento introduce la tecnología de verificación de pagos simple (SPV, por sus siglas en inglés), un método que no requiere ejecutar un nodo completo, sino que solo necesita guardar la cabecera del bloque para verificar los pagos.

El 3 de enero de 2009, Satoshi Nakamoto minó el bloque génesis en un servidor en Helsinki, marcando el nacimiento oficial de Bitcoin. Es importante notar que Bitcoin inicialmente utilizó la tecnología de firma de curva elíptica (ECDSA), en lugar de la más adecuada tecnología de firma de Schnorr. Esto se debe a que en ese momento, la firma de Schnorr aún no había sido de código abierto y seguía bajo protección de patente.

La firma de Schnorr conserva todas las funcionalidades y supuestos de seguridad de la firma de curva elíptica, al mismo tiempo que supera la limitación de hasta 15 firmas múltiples de Bitcoin, permitiendo la gestión conjunta de más de 1000 direcciones de Bitcoin sin afectar la velocidad de firma.

En 2018, después de años de validación, los desarrolladores principales de Bitcoin, como Gregory Maxwell, propusieron oficialmente la introducción de las firmas Schnorr en la red Bitcoin.

El 14 de noviembre de 2021, Bitcoin completó la actualización Taproot, introduciendo oficialmente las firmas Schnorr, marcando el inicio de una nueva era de multi-firma descentralizada. Además de las firmas Schnorr, la actualización Taproot también incorporó la tecnología MAST (Merkelized Abstract Syntax Trees), lo que permite a Bitcoin tener funcionalidades similares a contratos inteligentes.

La combinación de la firma Schnorr y MAST permite a Bitcoin operar una red de múltiples firmas descentralizada impulsada por código de programa, sentando las bases para el desarrollo de la red de segunda capa de Bitcoin.

Resumen de la solución de consenso Taproot

El libro blanco de la tecnología Taproot Consensus señala que la naturaleza no Turing completa de la red Bitcoin limita su capacidad para implementar directamente soluciones de escalado de Layer2 similares a las Rollup de Ethereum. La capa de contratos de script de la red Bitcoin solo puede realizar operaciones de transferencia simples y no puede soportar funciones complejas de contratos inteligentes. Por lo tanto, construir una solución de escalado de Layer2 únicamente desde la perspectiva del script de Bitcoin no es viable.

El plan de consenso Taproot integra la tecnología Taproot de Bitcoin (firmas Schnorr y MAST), los nodos ligeros SPV de Bitcoin y el mecanismo de consenso BFT PoS, construyendo así una red Layer2 descentralizada y de alta consistencia.

Explicación detallada de la arquitectura de consenso Taproot

El Consenso Taproot está compuesto por tres partes: Schnorr+Mast, Bitcoin SPV y Aura+Grandpa.

Schnorr+Mast utiliza la tecnología nativa que trae la actualización de Taproot de Bitcoin para lograr la gestión de múltiples firmas descentralizada de Bitcoin, que puede ser impulsada por código en lugar de firmas manuales.

Bitcoin SPV es un método de verificación de pagos simple propuesto por Satoshi Nakamoto, que permite sincronizar y verificar transacciones de Bitcoin sin necesidad de ejecutar un nodo completo. Esto permite que el Consenso Taproot pueda sincronizar el estado de BTC en un entorno completamente descentralizado y sin necesidad de permisos.

Aura+Grandpa es un protocolo de consenso PoS avanzado de tolerancia a fallos bizantinos generalizado, que asegura una alta consistencia entre los nodos de la red.

El principio de funcionamiento de Taproot Consensus es el siguiente:

En el sistema BEVM, cada validador posee una clave privada de BTC para la firma Schnorr. La clave pública agregada Pagg, generada a través del esquema de firma múltiple Musig2, forma un gran árbol MAST. Los validadores realizan transferencias de BTC y operaciones de grabado enviando BTC a la dirección de firma umbral generada por el árbol MAST, lo que permite la función de enviar datos de la red principal de BTC a la red BEVM. Al mismo tiempo, cada validador actúa como un nodo ligero SPV de Bitcoin, pudiendo sincronizar de manera segura y sin permisos el estado de la red BTC.

En resumen, el Consenso Taproot utiliza Schnorr+Mast en la capa de Bitcoin para construir una gestión descentralizada de múltiples firmas de BTC, mientras que en la segunda capa opera una red de nodos SPV de Bitcoin. Tomando como ejemplo BEVM, toda la red de la segunda capa de BEVM funciona con nodos SPV de Bitcoin, lo que permite sincronizar el estado de los datos de la capa de Bitcoin. BEVM fusiona la red de nodos SPV de Bitcoin con Aura+Grandpa, otorgándole un nivel de seguridad en el consenso BFT y logrando una verdadera descentralización.

Detalles técnicos e innovaciones

El libro blanco del Consenso Taproot también explica en detalle los detalles de implementación de tecnologías como las firmas Schnorr, MAST, nodos ligeros PSV de Bitcoin, Aura+Grandpa, así como el proceso de implementación de Musig2.

El libro amarillo también compara las diferencias entre el conocido proyecto de BTC Layer2 Mezo y Taproot Consensus. Mezo se basa en el protocolo tBTC, utilizando la firma múltiple de Bitcoin para construir una red de firmas umbral. Sin embargo, tBTC aún requiere una red de 9 firmantes, mientras que Taproot Consensus combina la red de firmas múltiples con el mecanismo de consenso BFT PoS, logrando una verdadera descentralización.

Resumen

El libro blanco técnico del equipo BEVM describe de manera integral la solución de implementación y los detalles técnicos del Taproot Consensus, mostrando una solución de segunda capa completamente construida sobre la tecnología nativa de Bitcoin. El Taproot Consensus no solo hereda la dirección técnica de Bitcoin, sino que también combina innovaciones derivadas de las actualizaciones de Bitcoin a lo largo de su historia, siendo una obra maestra de la tecnología de expansión nativa de Bitcoin.

Con el desarrollo del ecosistema de Bitcoin, las soluciones de segunda capa realmente descentralizadas de Bitcoin se convertirán en una tendencia inevitable, y soluciones como Taproot Consensus tienen el potencial de brillar en el futuro.