Tổng hợp công nghệ gốc của Bitcoin: Phân tích toàn diện giải pháp Đồng thuận Taproot

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

Đọc toàn văn, không khó để nhận ra rằng giải pháp Taproot Consensus là thành quả tổng hợp của công nghệ mở rộng gốc của Bitcoin. Nó không thực hiện bất kỳ sửa đổi nào đối với mã nguồn của Bitcoin, mà khéo léo kết hợp một số công nghệ cốt lõi của Bitcoin, tư duy rõ ràng, cấu trúc tinh vi.

Trước khi đi sâu vào việc giải thích sách vàng, chúng ta cần xem xét lại quá trình phát triển công nghệ của Bitcoin, để hiểu rõ hơn về cách mà Taproot Consensus được hình thành từ bối cảnh tiến hóa của Bitcoin.

Một, Tổng quan về sự phát triển công nghệ Bitcoin

Vào ngày 31 tháng 10 năm 2008, Satoshi Nakamoto đã công bố bài báo "Bitcoin: Hệ thống tiền điện tử điểm-đến-điểm", lần đầu tiên đề xuất giải pháp kỹ thuật hoàn chỉnh cho Bitcoin. Trong chương thứ tám của bài báo, Satoshi Nakamoto đã đề cập đến một giải pháp có tên là SPV(Simple Payment Verification), tức là Xác minh Thanh toán Đơn giản, một phương pháp kỹ thuật cho phép xác minh thanh toán mà không cần chạy nút toàn bộ Bitcoin, chỉ cần lưu trữ tiêu đề khối.

Vào ngày 3 tháng 1 năm 2009, Satoshi Nakamoto đã khai thác khối Genesis trên một máy chủ nhỏ ở Helsinki, đánh dấu sự ra đời chính thức của Bitcoin. Đáng chú ý là, trong mã nguồn ban đầu của Bitcoin, Satoshi Nakamoto đã sử dụng công nghệ chữ ký đường ellip (ECDSA), thay vì công nghệ chữ ký Schnorr phù hợp hơn với Bitcoin. 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 bằng sáng chế.

Chữ ký Schnorr giữ lại tất cả các chức năng và giả thuyết an ninh của chữ ký đường elip, đồng thời vượt qua giới hạn của chữ ký đường elip mà Bitcoin chỉ có thể thực hiện tối đa 15 chữ ký nhiều lần, cuối cùng có thể quản lý hơn 1000 địa chỉ cùng một lúc mà không ảnh hưởng đến tốc độ ký.

Năm 2018, sau nhiều năm xác minh, các nhà phát triển cốt lõi của Bitcoin chính thức đề xuất đưa chữ ký Schnorr vào mạng Bitcoin.

Vào ngày 14 tháng 11 năm 2021, Bitcoin đã hoàn thành nâng cấp Taproot, chữ ký Schnorr chính thức được đưa vào mạng Bitcoin, mở ra kỷ nguyên ký đa chữ ký phi tập trung hoàn toàn mới. Ngoài chữ ký Schnorr, nâng cấp Taproot còn giới thiệu MAST(Cây cú pháp trừu tượng Merkelized), tức là cây cú pháp trừu tượng Merkel, đây là một công nghệ mang lại cho Bitcoin chức năng tương tự hợp đồng thông minh.

Sự kết hợp giữa chữ ký Schnorr và MAST đã cho phép Bitcoin thực hiện mạng đa chữ ký phi tập trung thông qua cách thức điều khiển bằng mã lệnh, tạo nền tảng để Bitcoin vượt qua một lớp hạn chế, thiết lập các kịch bản kinh doanh phức tạp và phong phú hơn ở lớp thứ hai.

Hai, Tổng quan về giải pháp đồng thuận Taproot

Tài liệu trắng về công nghệ Taproot Consensus mở đầu bằng việc chỉ ra rằng: tính không Turing hoàn chỉnh của mạng Bitcoin đã hạn chế khả năng thực hiện 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 thao tác chuyển tiền đơn giản, không thể hỗ trợ các chức năng hợp đồng thông minh phức tạp hơn. Do đó, việc xây dựng giải pháp mở rộng Layer2 chỉ từ cấp độ kịch bản của Bitcoin là không khả thi.

Mô tả này tóm tắt cao độ những hạn chế của mạng Bitcoin, chỉ ra rằng hướng mở rộng đúng của Bitcoin không phải là làm việc trên một mạng lớp một, mà là sử dụng khả năng hiện có của Bitcoin để xây dựng một giải pháp mở rộng lớp hai hoàn toàn phi tập trung.

Taproot Consensus chính là việc kết hợp công nghệ Taproot của Bitcoin ( chữ ký Schnorr và MAST ), nút nhẹ SPV Bitcoin và cơ chế đồng thuận BFT PoS, tạo ra một mạng Layer2 phi tập trung và nhất quán cao.

Ba, Giải thích cấu trúc đồng thuận Taproot

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

Schnorr+Mast sử dụng hai công nghệ gốc được mang lại bởi nâng cấp Taproot của Bitcoin, thực hiện quản lý đa chữ ký phi tập trung của Bitcoin mà không cần chữ ký của con người, mà được điều khiển thông qua mã Bitcoin.

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

Aura+Grandpa là giao thức đồng thuận PoS cao cấp đạt được tính nhất quán Byzantine, đảm bảo sự đồng nhất cao giữa các nút mạng.

Nguyên lý hoạt động của Taproot Consensus có thể tóm tắt như sau: Trong hệ thống lớp hai, mỗi xác thực viên nắm giữ khóa riêng BTC để ký Schnorr. Thông qua giải pháp ký nhiều Musig2, tạo ra khóa công khai tổng hợp Pagg, hình thành một cây MAST lớn. Các xác thực viên thực hiện chuyển BTC và khắc lên địa chỉ ký hạn chế được tạo ra từ cây MAST, thực hiện chức năng gửi dữ liệu từ mạng chính BTC sang mạng lớp hai. Đồng thời, mỗi xác thực viên như một nút nhẹ Bitcoin SPV, có thể đồng bộ trạng thái mạng BTC một cách an toàn và không cần giấy phép.

Nói tóm lại, Taproot Consensus xây dựng quản lý đa chữ ký BTC phi tập trung trên lớp một của Bitcoin bằng cách sử dụng Schnorr+Mast, lớp hai vận hành mạng nút SPV Bitcoin, đồng bộ hóa trạng thái dữ liệu của lớp một Bitcoin. Để đảm bảo an toàn và tin cậy cho mạng lớp hai, mạng nút SPV Bitcoin được tích hợp với Aura+Grandpa, giúp nó đạt được cấp độ an toàn ở phương diện đồng thuận BFT. Như vậy, việc quản lý tài sản của mạng lớp hai không phải do một số người đa chữ ký thực hiện, mà dựa vào động lực từ đồng thuận BFT để thực hiện sự phi tập trung thực sự.

Bốn, thảo luận chi tiết kỹ thuật

Tài liệu vàng Taproot Consensus còn giải thích chi tiết về việc triển khai các công nghệ như chữ ký Schnorr, MAST, nút nhẹ SPV Bitcoin, Aura+Grandpa, cung cấp tài liệu học tập toàn diện và chi tiết cho những người muốn tìm hiểu về công nghệ mới nhất của Bitcoin.

Ngoài ra, sách vàng còn giải thích quá trình thực hiện Musig2, cũng như sự khác biệt với dự án BTC Layer2 nổi tiếng Mezo. Mezo dựa trên giao thức tBTC, sử dụng ký quỹ Bitcoin để xây dựng mạng lưới chữ ký ngưỡng, có tính nhất quán mạnh mẽ. Tuy nhiên, tBTC vẫn là một mạng lưới nhiều chữ ký cần 9 người ký, để đạt được điều này mà không phụ thuộc vào con người mà dựa vào sự đồng thuận, cần kết hợp mạng lưới nhiều chữ ký với cơ chế đồng thuận BFT PoS.

Taproot Consensus đã áp dụng thiết kế tiên tiến hơn này, bằng cách kết hợp chữ ký Schnorr, MAST, nút nhẹ SPV Bitcoin và cơ chế đồng thuận Byzantine Aura và Grandpa, xây dựng một giải pháp mở rộng Layer2 phi tập trung có tính nhất quán và an toàn cao. Sự kết hợp này không chỉ nâng cao khả năng mở rộng và tính khả dụng của mạng Bitcoin mà còn đảm bảo an toàn và tính nhất quán cho mạng lớp hai.

Tóm tắt

Taproot Consensus công nghệ white paper hệ thống mô tả toàn diện giải pháp và chi tiết kỹ thuật của nó, trình bày một giải pháp lớp hai hoàn toàn được xây dựng dựa trên công nghệ gốc của Bitcoin. Nó không chỉ tôn trọng và kế thừa hướng công nghệ ban đầu của Bitcoin, mà còn kết hợp với các công nghệ do những lần nâng cấp Bitcoin mang lại để thực hiện đổi mới kết hợp, là tác phẩm tổng hợp của công nghệ mở rộng gốc của Bitcoin.

Với sự phát triển không ngừng của hệ sinh thái Bitcoin, các giải pháp lớp hai thực sự phi tập trung sẽ trở thành con đường cần thiết cho sự phát triển của hệ sinh thái Bitcoin, và các giải pháp như Taproot Consensus sẽ tỏa sáng trong tương lai.