Chef-d'œuvre de la technologie native du Bitcoin : analyse approfondie du schéma de consensus Taproot de BEVM
Le 20 mai 2024, l'équipe de développement de BEVM a publié le livre blanc technique intitulé « Taproot Consensus : Solution BTC Layer2 décentralisée ». Ce livre blanc décrit en détail la manière dont Taproot Consensus est réalisé et comment construire une solution BTC Layer2 entièrement décentralisée en utilisant des technologies natives telles que les signatures Schnorr, MAST et les nœuds SPV de Bitcoin.
Après avoir lu l'intégralité du texte, on peut sentir que le plan de consensus Taproot est l'aboutissement des technologies d'extension natives de Bitcoin. Il n'y a eu aucune modification du code de Bitcoin, mais il combine habilement plusieurs technologies clés de Bitcoin, avec une pensée claire et une structure ingénieuse.
Avant de plonger dans l'interprétation du livre jaune, il est nécessaire de revenir sur l'évolution technologique de Bitcoin afin de mieux comprendre comment le Consensus Taproot est né du contexte de développement de Bitcoin.
I. Jalons du développement technologique de Bitcoin
Le 31 octobre 2008, Satoshi Nakamoto a publié le document "Bitcoin : un système de monnaie électronique peer-to-peer", proposant officiellement le plan technique complet de Bitcoin. Le huitième chapitre du document mentionne la solution SPV (Simple Payment Verification), c'est-à-dire la vérification simple des paiements, qui est un moyen technique permettant de vérifier les paiements sans avoir besoin de faire fonctionner un nœud complet, mais en ne conservant que les en-têtes de blocs.
Le 3 janvier 2009, Satoshi Nakamoto a miné le bloc de genèse sur un petit serveur à Helsinki, marquant ainsi la naissance officielle du Bitcoin. Il est à noter que le Bitcoin a d'abord utilisé la technologie de signature à courbe elliptique (ECDSA), plutôt que la technologie de signature de Schnorr, plus adaptée. Cela est dû au fait que la signature de Schnorr n'était pas encore open source à l'époque et était toujours protégée par un brevet.
La signature Schnorr conserve toutes les fonctions et hypothèses de sécurité des signatures sur courbes elliptiques, tout en dépassant la limite de 15 signatures multiples dans le cadre des signatures sur courbes elliptiques pour Bitcoin, permettant finalement la gestion de plus de 1000 adresses pour Bitcoin sans affecter la vitesse de signature.
En 2018, après des années de validation, les développeurs principaux de Bitcoin, dont Gregory Maxwell, ont officiellement proposé le BIP, suggérant d'introduire la signature Schnorr dans le réseau Bitcoin.
Le 14 novembre 2021, Bitcoin a achevé la mise à niveau Taproot, et la signature Schnorr a été officiellement intégrée au réseau Bitcoin, ouvrant une nouvelle ère de signatures multiples décentralisées.
En plus des signatures Schnorr, la mise à niveau Taproot a également introduit MAST (Merkelized Abstract Syntax Trees), c'est-à-dire les arbres de syntaxe abstraite de Merkel. Il s'agit d'une technologie qui confère à Bitcoin des fonctionnalités similaires à celles des contrats intelligents, en organisant la logique des contrats avec plusieurs conditions dans une forme d'arbre de Merkle, permettant ainsi au code Bitcoin d'exécuter des besoins fonctionnels similaires à ceux des contrats intelligents (mais uniquement pour la vérification des paiements Bitcoin, contrairement aux contrats intelligents complexes d'Ethereum).
La signature Schnorr peut étendre les adresses multi-signatures de Bitcoin à plus de 1000, tandis que MAST peut piloter les adresses de signature Schnorr par des programmes Bitcoin pour effectuer des multi-signatures. Ainsi, la combinaison de la signature Schnorr et de MAST permet de réaliser un réseau multi-signatures Bitcoin décentralisé, sans nécessiter de signatures manuelles, mais plutôt piloté par des instructions de code Bitcoin.
Cela signifie que Bitcoin peut franchir une couche de limitation de manière décentralisée et réaliser des scénarios d'affaires plus complexes et plus riches au niveau deux.
La solution de consensus Taproot proposée par l'équipe BEVM est le résultat de 13 ans d'itérations technologiques sur Bitcoin, de 2008 à 2021.
II. Aperçu de la solution de consensus Taproot
Le livre blanc sur la technologie Taproot Consensus commence par souligner que la nature non-turing-complete du réseau Bitcoin limite sa capacité à réaliser directement des solutions d'extension Layer 2 similaires aux Rollups d'Ethereum. Le niveau des contrats script du réseau Bitcoin ne peut effectuer que des opérations de transfert simples, ne pouvant pas supporter des fonctions de contrats intelligents plus complexes. Par conséquent, il n'est pas viable de construire une solution d'extension Layer 2 uniquement à partir du niveau des scripts Bitcoin.
Cette description résume de manière concise la non-complétude de Turing du réseau Bitcoin, ainsi que le fait que les contrats script de Bitcoin ne peuvent exécuter que des opérations de transfert de Bitcoin. Par conséquent, la bonne direction pour l'expansion de Bitcoin n'est pas d'agir sur une couche réseau, mais d'utiliser les capacités existantes de Bitcoin pour construire une solution d'expansion de deuxième couche entièrement décentralisée.
Taproot Consensus intègre la technologie Taproot de Bitcoin (signatures Schnorr et MAST), les nœuds légers SPV de Bitcoin et le mécanisme de consensus BFT PoS pour construire un réseau Layer2 décentralisé et hautement cohérent.
Trois, explication détaillée de l'architecture du consensus Taproot
Le consensus Taproot proposé par l'équipe BEVM se compose de trois parties : Schnorr+Mast, Bitcoin SPV et Aura+Grandpa.
Schnorr+Mast utilise ces deux grandes technologies natives apportées par la mise à niveau Taproot de Bitcoin pour réaliser une gestion multi-signatures décentralisée de Bitcoin, sans avoir besoin de signatures manuelles, mais plutôt pilotée par le code Bitcoin.
Ces codes sont pilotés par le consensus atteint par le réseau de deuxième couche. Comment le réseau de deuxième couche atteint-il le consensus, et comment ce consensus est-il synchronisé avec l'état de la couche Bitcoin, c'est là que réside le rôle du consensus Bitcoin SPV+BFT POS (Aura+Grandpa).
Bitcoin SPV est la méthode de vérification des paiements simple proposée par Satoshi Nakamoto, permettant de synchroniser et de vérifier les transactions Bitcoin sans avoir à exécuter un nœud complet. Cette caractéristique permet à Taproot Consensus de synchroniser l'état de BTC dans un environnement entièrement décentralisé, sans aucune autorisation.
Aura+Grandpa est un protocole de consensus PoS avancé qui réalise le tolérance aux pannes byzantines, garantissant une haute cohérence des nœuds du réseau grâce à un protocole distribué (les blockchains construites sur le cadre Substrate utilisent généralement Aura+Grandpa).
Ainsi, résumons le principe de fonctionnement des trois parties du Consensus Taproot :
Dans le système BEVM, chaque validateur détient une clé privée BTC pour les signatures Schnorr. Les caractéristiques des signatures Schnorr permettent une agrégation efficace des signatures, améliorant ainsi la sécurité et l'efficacité du système. La clé publique agrégée Pagg générée par le schéma de signature multiple Musig2 forme un grand arbre MAST (Merkle Abstract Syntax Tree).
Après la génération de la valeur de hachage de la racine de l'arbre MAST, les validateurs réalisent des transferts BTC et des opérations de gravure vers l'adresse de signature de seuil générée par l'arbre MAST, permettant ainsi la soumission de données du réseau principal BTC vers le réseau BEVM. En même temps, chaque validateur agit en tant que nœud léger SPV (Simplified Payment Verification) de Bitcoin, ce qui lui permet de synchroniser de manière sécurisée et sans autorisation l'état du réseau BTC.
En résumé :
Le consensus Taproot utilise Schnorr+Mast sur la couche 1 de Bitcoin pour construire une gestion décentralisée des multisignatures BTC, tandis que la couche 2 fait fonctionner un réseau de nœuds SPV Bitcoin. Prenons l'exemple de BEVM, le réseau de couche 2 de BEVM fonctionne entièrement avec des nœuds SPV Bitcoin, ces nœuds peuvent synchroniser l'état des données de la couche 1 de Bitcoin, réalisant ainsi la synchronisation des informations entre BEVM et la couche 1 de Bitcoin. Pour garantir la sécurité et la fiabilité du réseau de couche 2, BEVM fusionne le réseau de nœuds SPV Bitcoin avec Aura+Grandpa, ce qui confère au réseau de nœuds SPV Bitcoin un niveau de sécurité au niveau du consensus BFT. Ainsi, la gestion des actifs du réseau BEVM n'est pas assurée par certains multisignataires, mais repose sur un consensus BFT, réalisant ainsi une véritable décentralisation.
Quatre, autres détails techniques du livre jaune
En plus du cadre technique mentionné ci-dessus, le livre blanc Taproot Consensus explique également en détail les détails d'implémentation de la signature Schnorr, MAST, les nœuds légers SPV Bitcoin, Aura+Grandpa et d'autres technologies. Pour ceux qui souhaitent apprendre et comprendre les dernières technologies Bitcoin, ce livre blanc est une ressource d'apprentissage complète et détaillée.
De plus, le livre jaune explique en détail le processus de mise en œuvre de Musig2, ainsi que la différence entre le célèbre projet BTC Layer2 Mezo et le consensus Taproot.
La structure technologique sous-jacente de Mezo est basée sur le protocole tBTC. tBTC utilise le multi-signature de Bitcoin pour construire un réseau de signature de seuil, cette structure présente une cohérence plus forte par rapport aux réseaux distribués traditionnels.
Cependant, tBTC reste un réseau multi-signatures nécessitant la signature de 9 personnes. Pour réaliser véritablement un système qui ne dépend pas des individus mais d'un consensus, il est nécessaire de combiner le réseau multi-signatures avec le mécanisme de consensus BFT PoS (Proof of Stake Byzantine Fault Tolerance). C'est aussi la différence entre un réseau distribué et une blockchain ; le réseau distribué met l'accent sur la distribution, mais manque d'un consensus de tolérance aux fautes byzantines, tandis que la blockchain, bien qu'étant également un réseau distribué, fonctionne grâce à un consensus de tolérance aux fautes byzantines, ce qui en fait un véritable réseau décentralisé.
Le plan de consensus Taproot adopte une conception plus avancée. En combinant les signatures Schnorr, MAST, les nœuds légers SPV de Bitcoin, ainsi que les mécanismes de consensus Byzantine Fault Tolerance Aura et Grandpa, il construit une solution de mise à l'échelle Layer2 décentralisée hautement cohérente et sécurisée. Cette fusion améliore non seulement l'évolutivité et l'utilisabilité du réseau Bitcoin, mais garantit également la sécurité et la cohérence du réseau BEVM.
Résumé
Le livre blanc technique publié par l'équipe BEVM décrit de manière exhaustive le plan de mise en œuvre et les détails techniques du Consensus Taproot, présentant une solution de deuxième couche entièrement construite sur la technologie native de Bitcoin.
Taproot Consensus respecte et hérite non seulement de la direction technique d'origine de Bitcoin, mais il combine également les innovations techniques apportées par les mises à jour successives de Bitcoin, constituant ainsi une véritable œuvre maîtresse de la technologie d'extension native de Bitcoin.
Avec le développement continu de l'écosystème Bitcoin, les gens commenceront progressivement à réaliser que les véritables solutions de niveau 2 décentralisées pour Bitcoin sont le chemin incontournable du développement de l'écosystème Bitcoin, et que des solutions comme Taproot Consensus brilleront à l'avenir.
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SolidityNewbie
· 08-13 09:24
Le patron est trop puissant.
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ProveMyZK
· 08-12 13:52
Les chiens spéculateurs vont-ils vraiment passer à L2 ?
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GhostWalletSleuth
· 08-11 15:11
incroyable ! Encore un Bitcoin L2
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LittleMoneyFan001
· 08-10 15:00
Asseyez-vous bien et préparez-vous, ça décolle bientôt To the moon 🛫
L'équipe BEVM a publié le livre blanc sur la technologie Taproot Consensus pour créer une solution Layer2 native au Bitcoin.
Chef-d'œuvre de la technologie native du Bitcoin : analyse approfondie du schéma de consensus Taproot de BEVM
Le 20 mai 2024, l'équipe de développement de BEVM a publié le livre blanc technique intitulé « Taproot Consensus : Solution BTC Layer2 décentralisée ». Ce livre blanc décrit en détail la manière dont Taproot Consensus est réalisé et comment construire une solution BTC Layer2 entièrement décentralisée en utilisant des technologies natives telles que les signatures Schnorr, MAST et les nœuds SPV de Bitcoin.
Après avoir lu l'intégralité du texte, on peut sentir que le plan de consensus Taproot est l'aboutissement des technologies d'extension natives de Bitcoin. Il n'y a eu aucune modification du code de Bitcoin, mais il combine habilement plusieurs technologies clés de Bitcoin, avec une pensée claire et une structure ingénieuse.
Avant de plonger dans l'interprétation du livre jaune, il est nécessaire de revenir sur l'évolution technologique de Bitcoin afin de mieux comprendre comment le Consensus Taproot est né du contexte de développement de Bitcoin.
I. Jalons du développement technologique de Bitcoin
Le 31 octobre 2008, Satoshi Nakamoto a publié le document "Bitcoin : un système de monnaie électronique peer-to-peer", proposant officiellement le plan technique complet de Bitcoin. Le huitième chapitre du document mentionne la solution SPV (Simple Payment Verification), c'est-à-dire la vérification simple des paiements, qui est un moyen technique permettant de vérifier les paiements sans avoir besoin de faire fonctionner un nœud complet, mais en ne conservant que les en-têtes de blocs.
Le 3 janvier 2009, Satoshi Nakamoto a miné le bloc de genèse sur un petit serveur à Helsinki, marquant ainsi la naissance officielle du Bitcoin. Il est à noter que le Bitcoin a d'abord utilisé la technologie de signature à courbe elliptique (ECDSA), plutôt que la technologie de signature de Schnorr, plus adaptée. Cela est dû au fait que la signature de Schnorr n'était pas encore open source à l'époque et était toujours protégée par un brevet.
La signature Schnorr conserve toutes les fonctions et hypothèses de sécurité des signatures sur courbes elliptiques, tout en dépassant la limite de 15 signatures multiples dans le cadre des signatures sur courbes elliptiques pour Bitcoin, permettant finalement la gestion de plus de 1000 adresses pour Bitcoin sans affecter la vitesse de signature.
En 2018, après des années de validation, les développeurs principaux de Bitcoin, dont Gregory Maxwell, ont officiellement proposé le BIP, suggérant d'introduire la signature Schnorr dans le réseau Bitcoin.
Le 14 novembre 2021, Bitcoin a achevé la mise à niveau Taproot, et la signature Schnorr a été officiellement intégrée au réseau Bitcoin, ouvrant une nouvelle ère de signatures multiples décentralisées.
En plus des signatures Schnorr, la mise à niveau Taproot a également introduit MAST (Merkelized Abstract Syntax Trees), c'est-à-dire les arbres de syntaxe abstraite de Merkel. Il s'agit d'une technologie qui confère à Bitcoin des fonctionnalités similaires à celles des contrats intelligents, en organisant la logique des contrats avec plusieurs conditions dans une forme d'arbre de Merkle, permettant ainsi au code Bitcoin d'exécuter des besoins fonctionnels similaires à ceux des contrats intelligents (mais uniquement pour la vérification des paiements Bitcoin, contrairement aux contrats intelligents complexes d'Ethereum).
La signature Schnorr peut étendre les adresses multi-signatures de Bitcoin à plus de 1000, tandis que MAST peut piloter les adresses de signature Schnorr par des programmes Bitcoin pour effectuer des multi-signatures. Ainsi, la combinaison de la signature Schnorr et de MAST permet de réaliser un réseau multi-signatures Bitcoin décentralisé, sans nécessiter de signatures manuelles, mais plutôt piloté par des instructions de code Bitcoin.
Cela signifie que Bitcoin peut franchir une couche de limitation de manière décentralisée et réaliser des scénarios d'affaires plus complexes et plus riches au niveau deux.
La solution de consensus Taproot proposée par l'équipe BEVM est le résultat de 13 ans d'itérations technologiques sur Bitcoin, de 2008 à 2021.
II. Aperçu de la solution de consensus Taproot
Le livre blanc sur la technologie Taproot Consensus commence par souligner que la nature non-turing-complete du réseau Bitcoin limite sa capacité à réaliser directement des solutions d'extension Layer 2 similaires aux Rollups d'Ethereum. Le niveau des contrats script du réseau Bitcoin ne peut effectuer que des opérations de transfert simples, ne pouvant pas supporter des fonctions de contrats intelligents plus complexes. Par conséquent, il n'est pas viable de construire une solution d'extension Layer 2 uniquement à partir du niveau des scripts Bitcoin.
Cette description résume de manière concise la non-complétude de Turing du réseau Bitcoin, ainsi que le fait que les contrats script de Bitcoin ne peuvent exécuter que des opérations de transfert de Bitcoin. Par conséquent, la bonne direction pour l'expansion de Bitcoin n'est pas d'agir sur une couche réseau, mais d'utiliser les capacités existantes de Bitcoin pour construire une solution d'expansion de deuxième couche entièrement décentralisée.
Taproot Consensus intègre la technologie Taproot de Bitcoin (signatures Schnorr et MAST), les nœuds légers SPV de Bitcoin et le mécanisme de consensus BFT PoS pour construire un réseau Layer2 décentralisé et hautement cohérent.
Trois, explication détaillée de l'architecture du consensus Taproot
Le consensus Taproot proposé par l'équipe BEVM se compose de trois parties : Schnorr+Mast, Bitcoin SPV et Aura+Grandpa.
Schnorr+Mast utilise ces deux grandes technologies natives apportées par la mise à niveau Taproot de Bitcoin pour réaliser une gestion multi-signatures décentralisée de Bitcoin, sans avoir besoin de signatures manuelles, mais plutôt pilotée par le code Bitcoin.
Ces codes sont pilotés par le consensus atteint par le réseau de deuxième couche. Comment le réseau de deuxième couche atteint-il le consensus, et comment ce consensus est-il synchronisé avec l'état de la couche Bitcoin, c'est là que réside le rôle du consensus Bitcoin SPV+BFT POS (Aura+Grandpa).
Bitcoin SPV est la méthode de vérification des paiements simple proposée par Satoshi Nakamoto, permettant de synchroniser et de vérifier les transactions Bitcoin sans avoir à exécuter un nœud complet. Cette caractéristique permet à Taproot Consensus de synchroniser l'état de BTC dans un environnement entièrement décentralisé, sans aucune autorisation.
Aura+Grandpa est un protocole de consensus PoS avancé qui réalise le tolérance aux pannes byzantines, garantissant une haute cohérence des nœuds du réseau grâce à un protocole distribué (les blockchains construites sur le cadre Substrate utilisent généralement Aura+Grandpa).
Ainsi, résumons le principe de fonctionnement des trois parties du Consensus Taproot :
Dans le système BEVM, chaque validateur détient une clé privée BTC pour les signatures Schnorr. Les caractéristiques des signatures Schnorr permettent une agrégation efficace des signatures, améliorant ainsi la sécurité et l'efficacité du système. La clé publique agrégée Pagg générée par le schéma de signature multiple Musig2 forme un grand arbre MAST (Merkle Abstract Syntax Tree).
Après la génération de la valeur de hachage de la racine de l'arbre MAST, les validateurs réalisent des transferts BTC et des opérations de gravure vers l'adresse de signature de seuil générée par l'arbre MAST, permettant ainsi la soumission de données du réseau principal BTC vers le réseau BEVM. En même temps, chaque validateur agit en tant que nœud léger SPV (Simplified Payment Verification) de Bitcoin, ce qui lui permet de synchroniser de manière sécurisée et sans autorisation l'état du réseau BTC.
En résumé :
Le consensus Taproot utilise Schnorr+Mast sur la couche 1 de Bitcoin pour construire une gestion décentralisée des multisignatures BTC, tandis que la couche 2 fait fonctionner un réseau de nœuds SPV Bitcoin. Prenons l'exemple de BEVM, le réseau de couche 2 de BEVM fonctionne entièrement avec des nœuds SPV Bitcoin, ces nœuds peuvent synchroniser l'état des données de la couche 1 de Bitcoin, réalisant ainsi la synchronisation des informations entre BEVM et la couche 1 de Bitcoin. Pour garantir la sécurité et la fiabilité du réseau de couche 2, BEVM fusionne le réseau de nœuds SPV Bitcoin avec Aura+Grandpa, ce qui confère au réseau de nœuds SPV Bitcoin un niveau de sécurité au niveau du consensus BFT. Ainsi, la gestion des actifs du réseau BEVM n'est pas assurée par certains multisignataires, mais repose sur un consensus BFT, réalisant ainsi une véritable décentralisation.
Quatre, autres détails techniques du livre jaune
En plus du cadre technique mentionné ci-dessus, le livre blanc Taproot Consensus explique également en détail les détails d'implémentation de la signature Schnorr, MAST, les nœuds légers SPV Bitcoin, Aura+Grandpa et d'autres technologies. Pour ceux qui souhaitent apprendre et comprendre les dernières technologies Bitcoin, ce livre blanc est une ressource d'apprentissage complète et détaillée.
De plus, le livre jaune explique en détail le processus de mise en œuvre de Musig2, ainsi que la différence entre le célèbre projet BTC Layer2 Mezo et le consensus Taproot.
La structure technologique sous-jacente de Mezo est basée sur le protocole tBTC. tBTC utilise le multi-signature de Bitcoin pour construire un réseau de signature de seuil, cette structure présente une cohérence plus forte par rapport aux réseaux distribués traditionnels.
Cependant, tBTC reste un réseau multi-signatures nécessitant la signature de 9 personnes. Pour réaliser véritablement un système qui ne dépend pas des individus mais d'un consensus, il est nécessaire de combiner le réseau multi-signatures avec le mécanisme de consensus BFT PoS (Proof of Stake Byzantine Fault Tolerance). C'est aussi la différence entre un réseau distribué et une blockchain ; le réseau distribué met l'accent sur la distribution, mais manque d'un consensus de tolérance aux fautes byzantines, tandis que la blockchain, bien qu'étant également un réseau distribué, fonctionne grâce à un consensus de tolérance aux fautes byzantines, ce qui en fait un véritable réseau décentralisé.
Le plan de consensus Taproot adopte une conception plus avancée. En combinant les signatures Schnorr, MAST, les nœuds légers SPV de Bitcoin, ainsi que les mécanismes de consensus Byzantine Fault Tolerance Aura et Grandpa, il construit une solution de mise à l'échelle Layer2 décentralisée hautement cohérente et sécurisée. Cette fusion améliore non seulement l'évolutivité et l'utilisabilité du réseau Bitcoin, mais garantit également la sécurité et la cohérence du réseau BEVM.
Résumé
Le livre blanc technique publié par l'équipe BEVM décrit de manière exhaustive le plan de mise en œuvre et les détails techniques du Consensus Taproot, présentant une solution de deuxième couche entièrement construite sur la technologie native de Bitcoin.
Taproot Consensus respecte et hérite non seulement de la direction technique d'origine de Bitcoin, mais il combine également les innovations techniques apportées par les mises à jour successives de Bitcoin, constituant ainsi une véritable œuvre maîtresse de la technologie d'extension native de Bitcoin.
Avec le développement continu de l'écosystème Bitcoin, les gens commenceront progressivement à réaliser que les véritables solutions de niveau 2 décentralisées pour Bitcoin sont le chemin incontournable du développement de l'écosystème Bitcoin, et que des solutions comme Taproot Consensus brilleront à l'avenir.