比特幣原生拓展技術的集大成者：Taproot Consensus技術解析

2024年5月20日，BEVM團隊發布了《Taproot Consensus：一種去中心化的BTC Layer2解決方案》技術黃皮書。該黃皮書詳細闡述了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。它並未對比特幣代碼進行任何修改，而是巧妙地組合了比特幣的多項原生技術，思路簡潔，結構巧妙。爲了更好地理解Taproot Consensus的演進過程，我們有必要回顧一下比特幣的技術發展歷程。

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：一種點對點的電子現金系統》論文，首次提出了比特幣的完整技術實現方案。論文第八章介紹了SPV（Simple Payment Verification）簡單支付驗證技術，這種方法無需運行全節點，只需保存區塊頭就能驗證支付。

2009年1月3日，中本聰在赫爾辛基的一臺服務器上挖出了創世區塊，標志着比特幣正式誕生。值得注意的是，比特幣最初採用了橢圓曲線籤名技術（ECDSA），而非更適合的施諾爾籤名技術。這是因爲當時施諾爾籤名尚未開源，仍在專利保護期內。

施諾爾籤名保留了橢圓曲線籤名的所有功能和安全假設，同時突破了比特幣最多15重多籤的限制，可實現1000+地址共同管理比特幣且不影響籤名速度。

2018年，經過多年驗證，比特幣核心開發者Gregory Maxwell等人正式提出將施諾爾籤名引入比特幣網路的提案。

2021年11月14日，比特幣完成Taproot升級，正式引入施諾爾籤名，開啓了去中心化多籤新時代。除施諾爾籤名外，Taproot升級還引入了MAST（Merkelized Abstract Syntax Trees）默克爾抽象語法樹技術，使比特幣具備了類似智能合約的功能。

施諾爾籤名與MAST的結合，使得比特幣可以通過程序代碼驅動去中心化的多籤網路，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，比特幣網路的非圖靈完備性質限制了其直接實現類似以太坊Rollup的Layer2擴展方案。比特幣網路的腳本合約層只能進行簡單的轉帳操作，無法支持復雜的智能合約功能。因此，單純從比特幣腳本層面構建Layer2擴展方案是不可行的。

Taproot Consensus方案將比特幣的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性的Layer2網路。

Taproot Consensus架構詳解

Taproot Consensus由Schnorr+Mast、Bitcoin SPV和Aura+Grandpa三部分組成。

Schnorr+Mast利用比特幣Taproot升級帶來的原生技術，實現了比特幣的去中心化多籤管理，可通過代碼驅動而非人工籤名。

Bitcoin SPV是中本聰提出的簡單支付驗證方式，無需運行全節點即可同步和驗證比特幣交易。這使得Taproot Consensus能在完全去中心化的環境下，無需許可地同步BTC狀態。

Aura+Grandpa是通用的拜佔庭容錯高級PoS共識協議，確保網路節點的高度一致性。

Taproot Consensus的運行原理如下：

在BEVM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Pagg，形成了一顆大型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BEVM網路提交數據的功能。同時，每個驗證者作爲Bitcoin SPV輕節點，能夠安全且無許可地同步BTC網路狀態。

簡而言之，Taproot Consensus在比特幣一層使用Schnorr+Mast構建去中心化的BTC多籤管理，二層運行Bitcoin SPV節點網路。以BEVM爲例，BEVM二層網路全部運行比特幣SPV節點，可同步比特幣一層的數據狀態。BEVM將比特幣SPV節點網路與Aura+Grandpa融合，使其具備BFT共識層面的安全級別，實現真正的去中心化。

技術細節與創新

Taproot Consensus黃皮書還詳細解釋了施諾爾籤名、MAST、比特幣PSV輕節點、Aura+Grandpa等技術的實現細節，以及Musig2的實現過程。

黃皮書還對比了知名BTC Layer2項目Mezo與Taproot Consensus的區別。Mezo基於tBTC協議，利用比特幣多籤構建門限籤名網路。但tBTC仍需9人籤名的多籤人網路，而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。

總結

BEVM團隊的技術黃皮書全面描述了Taproot Consensus的實現方案和技術細節，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。Taproot Consensus不僅繼承了比特幣的技術方向，還結合比特幣歷次升級帶來的技術進行創新，是比特幣原生擴展技術的集大成之作。

隨着比特幣生態的發展，真正去中心化的比特幣二層解決方案將成爲必然趨勢，Taproot Consensus這類解決方案有望在未來大放異彩。