比特币原生拓展技术的集大成者：Taproot Consensus技术解析

2024年5月20日，BEVM团队发布了《Taproot Consensus：一种去中心化的BTC Layer2解决方案》技术黄皮书。该黄皮书详细阐述了Taproot Consensus的实现方式，以及如何结合施诺尔签名、MAST、比特币SPV节点等比特币原生技术构建完全去中心化的BTC Layer2解决方案。

Taproot Consensus方案是比特币原生扩展技术的集大成之作。它并未对比特币代码进行任何修改，而是巧妙地组合了比特币的多项原生技术，思路简洁，结构巧妙。为了更好地理解Taproot Consensus的演进过程，我们有必要回顾一下比特币的技术发展历程。

比特币技术发展里程碑

2008年10月31日，中本聪发表了《比特币：一种点对点的电子现金系统》论文，首次提出了比特币的完整技术实现方案。论文第八章介绍了SPV（Simple Payment Verification）简单支付验证技术，这种方法无需运行全节点，只需保存区块头就能验证支付。

2009年1月3日，中本聪在赫尔辛基的一台服务器上挖出了创世区块，标志着比特币正式诞生。值得注意的是，比特币最初采用了椭圆曲线签名技术（ECDSA），而非更适合的施诺尔签名技术。这是因为当时施诺尔签名尚未开源，仍在专利保护期内。

施诺尔签名保留了椭圆曲线签名的所有功能和安全假设，同时突破了比特币最多15重多签的限制，可实现1000+地址共同管理比特币且不影响签名速度。

2018年，经过多年验证，比特币核心开发者Gregory Maxwell等人正式提出将施诺尔签名引入比特币网络的提案。

2021年11月14日，比特币完成Taproot升级，正式引入施诺尔签名，开启了去中心化多签新时代。除施诺尔签名外，Taproot升级还引入了MAST（Merkelized Abstract Syntax Trees）默克尔抽象语法树技术，使比特币具备了类似智能合约的功能。

施诺尔签名与MAST的结合，使得比特币可以通过程序代码驱动去中心化的多签网络，为比特币二层网络的发展奠定了基础。

Taproot Consensus解决方案概述

Taproot Consensus技术黄皮书指出，比特币网络的非图灵完备性质限制了其直接实现类似以太坊Rollup的Layer2扩展方案。比特币网络的脚本合约层只能进行简单的转账操作，无法支持复杂的智能合约功能。因此，单纯从比特币脚本层面构建Layer2扩展方案是不可行的。

Taproot Consensus方案将比特币的Taproot技术（Schnorr签名和MAST）、比特币SPV轻节点以及BFT PoS共识机制融合在一起，构建出了一个去中心化且高度一致性的Layer2网络。

Taproot Consensus架构详解

Taproot Consensus由Schnorr+Mast、Bitcoin SPV和Aura+Grandpa三部分组成。

Schnorr+Mast利用比特币Taproot升级带来的原生技术，实现了比特币的去中心化多签管理，可通过代码驱动而非人工签名。

Bitcoin SPV是中本聪提出的简单支付验证方式，无需运行全节点即可同步和验证比特币交易。这使得Taproot Consensus能在完全去中心化的环境下，无需许可地同步BTC状态。

Aura+Grandpa是通用的拜占庭容错高级PoS共识协议，确保网络节点的高度一致性。

Taproot Consensus的运行原理如下：

在BEVM系统中，每个验证者持有用于Schnorr签名的BTC私钥。通过Musig2多签名方案生成的聚合公钥Pagg，形成了一颗大型MAST树。验证者通过向MAST树生成的门限签名地址进行BTC转账和铭刻操作，实现BTC主网向BEVM网络提交数据的功能。同时，每个验证者作为Bitcoin SPV轻节点，能够安全且无许可地同步BTC网络状态。

简而言之，Taproot Consensus在比特币一层使用Schnorr+Mast构建去中心化的BTC多签管理，二层运行Bitcoin SPV节点网络。以BEVM为例，BEVM二层网络全部运行比特币SPV节点，可同步比特币一层的数据状态。BEVM将比特币SPV节点网络与Aura+Grandpa融合，使其具备BFT共识层面的安全级别，实现真正的去中心化。

技术细节与创新

Taproot Consensus黄皮书还详细解释了施诺尔签名、MAST、比特币PSV轻节点、Aura+Grandpa等技术的实现细节，以及Musig2的实现过程。

黄皮书还对比了知名BTC Layer2项目Mezo与Taproot Consensus的区别。Mezo基于tBTC协议，利用比特币多签构建门限签名网络。但tBTC仍需9人签名的多签人网络，而Taproot Consensus将多签网络与BFT PoS共识机制相结合，实现了真正的去中心化。

总结

BEVM团队的技术黄皮书全面描述了Taproot Consensus的实现方案和技术细节，展示了一个完全基于比特币原生技术构建的二层解决方案。Taproot Consensus不仅继承了比特币的技术方向，还结合比特币历次升级带来的技术进行创新，是比特币原生扩展技术的集大成之作。

随着比特币生态的发展，真正去中心化的比特币二层解决方案将成为必然趋势，Taproot Consensus这类解决方案有望在未来大放异彩。