ビットコイン原生技術の頂点の作品：BEVMのタップルートコンセンサス方案を深く解析する

2024年5月20日、BEVM開発チームは「Taproot Consensus：分散型BTC Layer2ソリューション」技術ホワイトペーパーを発表しました。このホワイトペーパーでは、Taproot Consensusの実現方法や、シュノール署名、MAST、ビットコインSPVノードなどのネイティブ技術を使用して完全に分散型のBTC Layer2ソリューションを構築する方法について詳しく説明しています。

全文を通読すると、タップルートコンセンサスプランがビットコインのネイティブ拡張技術の集大成であることが感じられます。ビットコインのコードに対して何の修正も行うことなく、いくつかの重要なビットコイン技術を巧みに組み合わせており、考え方は明確で、構造は精巧です。

黄皮書を深く解読する前に、ビットコインの技術進化の過程を振り返る必要があります。そうすることで、タップルートコンセンサスがどのようにビットコインの発展の文脈から生まれたのかをよりよく理解できます。

! ビットコインネイティブスケーリングテクノロジーコレクション:BEVMテクノロジーイエローブックの包括的な解釈

一、ビットコイン技術発展のマイルストーン

2008年10月31日、中本聡は「ビットコイン：ある点対点の電子現金システム」という論文を発表し、正式にビットコインの完全な技術実現方案を提案しました。論文第八章ではSPV (Simple Payment Verification)ソリューション、すなわち簡単支払い検証について言及されており、これは全ノードを運用することなく、ブロックヘッダーを保存するだけで支払いを検証できる技術手段です。

2009年1月3日、中本聡はヘルシンキの小型サーバーで創世ブロックを掘り出し、ビットコインの正式な誕生を示しました。注目すべきは、ビットコインが最初に楕円曲線署名技術（ECDSA）を採用したことであり、より適したシュノール署名技術ではなかったことです。これは当時、シュノール署名がまだオープンソースではなく、特許保護期間中であったためです。

シュノール署名は、楕円曲線署名のすべての機能とセキュリティ仮定を保持しながら、楕円曲線署名フレームワーク下でのビットコイン最大15重マルチシグの制限を突破し、最終的に1000以上のアドレスでビットコインを共同管理し、署名速度に影響を与えないことを実現しました。

2018年、長年の検証を経て、ビットコインのコア開発者であるGregory Maxwellらが正式にBIPを提案し、シュノール署名をビットコインネットワークに導入することを提案しました。

2021年11月14日、ビットコインはタップルートアップグレードを完了し、スノール署名が正式にビットコインネットワークに組み込まれ、全く新しい分散型マルチシグ時代が始まりました。

施ノール署名に加えて、タップルートアップグレードはMAST（メルクル化抽象構文木）を導入しました。これはビットコインにスマートコントラクトのような機能を与える技術であり、複数の条件分岐のコントラクトロジックをメルクルツリーの形式に組織することによって実現されます。これにより、ビットコインコードはスマートコントラクトのような機能要求を実行できるようになります（ただし、ビットコインの支払い検証に限定され、イーサリアムの複雑なスマートコントラクトとは異なります）。

シュノール署名はビットコインのマルチシグアドレスを1000以上に拡張でき、MASTはビットコインプログラムを通じてシュノール署名アドレスでマルチシグを実行できます。したがって、シュノール署名とMASTの組み合わせにより、手動署名を必要とせず、ビットコインコードの指示によって駆動される分散型ビットコインマルチシグネットワークが実現できます。

これは、ビットコインが信頼なしにレイヤーの制限を突破し、レイヤー2でより複雑で豊かなビジネスシナリオを実現できることを意味します。

BEVMチームが提案したタップルートコンセンサスソリューションは、2008年から2021年までの13年間のビットコインの技術的イテレーションの集大成です。

二、TAPROOTコンセンサス解決策の概要

タップルートコンセンサス技術のホワイトペーパーの冒頭では、ビットコインネットワークの非チューリング完備性が、イーサリアムのRollupのようなLayer2拡張ソリューションを直接実現することを制限していると指摘されています。ビットコインネットワークのスクリプト契約層は、単純な送金操作しか行えず、より複雑なスマートコントラクト機能をサポートすることができません。したがって、ビットコインのスクリプト層だけからLayer2拡張ソリューションを構築することは実行不可能です。

この説明は、ビットコインネットワークの非チューリング完備性と、ビットコインスクリプト契約がビットコインの送金操作のみを実行できる特徴を高度に要約しています。したがって、ビットコインの拡張の正しい方向は、一層のネットワークで議論するのではなく、ビットコインの既存の能力を利用して、完全に分散化された二層の拡張ソリューションを構築することです。

Taproot Consensusはビットコインのタップルート技術（Schnorr署名とMAST）、ビットコインSPV軽ノード、そしてBFT PoSコンセンサスメカニズムを統合し、分散型で高度に整合性のあるLayer2ネットワークを構築しました。

三、タップルートコンセンサスアーキテクチャの詳細

BEVMチームが提案したタップルートコンセンサスは、Schnorr+Mast、ビットコインSPV、Aura+Grandpaの三つの部分で構成されています。

Schnorr+Mastは、ビットコインのタップルートアップグレードによってもたらされたこの2つのネイティブ技術を組み合わせ、ビットコインの非中央集権的マルチシグ管理を実現し、人工的な署名を必要とせず、ビットコインコードによって駆動されます。

これらのコードは、第二層ネットワークによって達成されたコンセンサスによって駆動されます。第二層ネットワークがどのようにコンセンサスを達成し、これらのコンセンサスがビットコインの第一層とどのように状態を同期させるか、これがBitcoin SPV+BFT POSコンセンサス（Aura+Grandpa）の役割です。

ビットコインSPVは中本聡が提唱した簡単な支払い検証方法で、フルノードを実行する必要なくビットコインの取引を同期および検証できます。この特性により、タップルートコンセンサスは完全に非中央集権的な環境で、いかなる許可も必要なくBTCの状態を同期できます。

Aura+Grandpaは、ビザンチン耐障害性を実現する高級PoSコンセンサスプロトコルであり、分散型プロトコルを通じてネットワークノードの高度な一貫性を確保します（Substrateフレームワークで構築されたブロックチェーンは基本的にAura+Grandpaを使用しています）。

したがって、Taproot Consensusの三つの部分の動作原理をまとめると：

BEVMシステムでは、各バリデーターがSchnorr署名に使用されるBTCプライベートキーを保持しています。Schnorr署名の特性により、効率的な署名の集約が可能になり、システムの安全性と効率が向上します。Musig2マルチシグネチャスキームによって生成された集約公開鍵Paggは、大規模なMAST（Merkle Abstract Syntax Tree）ツリーを形成します。

MASTツリーのルートハッシュ値が生成された後、検証者はMASTツリーで生成された閾値署名アドレスにBTCを転送し、刻印操作を行うことで、BTCメインネットからBEVMネットワークにデータを送信する機能を実現します。同時に、各検証者はBitcoin SPV（簡易支払い検証）ライトノードとして機能し、BTCネットワークの状態を安全かつ許可なしに同期することができます。

簡単に言うと：

Taproot Consensusはビットコインの第一層でSchnorr+Mastを使用して去中心化のBTCマルチシグ管理を構築し、第二層ではBitcoin SPVノードネットワークを運営します。BEVMを例に挙げると、BEVMの第二層ネットワークはすべてビットコインSPVノードを運営しており、これらのノードはビットコインの第一層のデータ状態を同期することができ、BEVMとビットコインの第一層の情報を同期させます。第二層ネットワークの安全性と信頼性を確保するために、BEVMはビットコインSPVノードネットワークとAura+Grandpaを統合し、ビットコインSPVノードネットワークにBFTコンセンサスレベルの安全性を持たせています。したがって、BEVMネットワークの資産を管理するのは特定のマルチシグユーザーではなく、BFTコンセンサスによって駆動され、真の去中心化を実現します。

第四に、イエローブックのその他の技術的な詳細

上述の技術フレームワークに加えて、Taproot Consensusホワイトペーパーは、シュノール署名、MAST、ビットコインSPVライトノード、Aura+Grandpaなどの技術の実装詳細を詳しく説明しています。ビットコインの最新技術を学び理解したい人にとって、このホワイトペーパーは包括的かつ詳細な学習資料です。

さらに、ホワイトペーパーではMusig2の実装プロセスや、著名なBTC Layer2プロジェクトMezoとタップルートコンセンサスの違いについて詳しく説明しています。

Mezoの基盤技術構造はtBTCプロトコルに基づいています。tBTCはビットコインのマルチシグを利用して、閾値署名ネットワークを構築しました。この構造は従来の分散型ネットワークに比べて、より強い一貫性を持っています。

しかし、tBTCは依然として9人の署名が必要なマルチシグネットワークです。真に人に依存せず、合意に基づいて駆動させるためには、マルチシグネットワークとBFT PoS（ビザンチン耐障害性プルーフ・オブ・ステーク）合意メカニズムを組み合わせる必要があります。これが分散型ネットワークとブロックチェーンの違いでもあり、分散型ネットワークは分散を強調しますが、ビザンチン耐障害性の合意を欠いています。一方、ブロックチェーンも分散型ネットワークですが、ビザンチン耐障害性合意によって駆動されているため、真の非中央集権的なネットワークです。

タップルートコンセンサス方案は、このより先進的なデザインを採用しています。Schnorr署名、MAST、ビットコインSPV軽ノード、AuraおよびGrandpaビザンチン耐障害コンセンサス機構を組み合わせることで、高度に一貫性があり安全な分散型Layer2拡張方案を構築しています。この融合は、ビットコインネットワークの拡張性と可用性を向上させるだけでなく、BEVMネットワークの安全性と一貫性を確保します。

まとめ

BEVMチームが発表した技術ホワイトペーパーは、タップルートコンセンサスの実装計画と技術的詳細を包括的に説明し、ビットコインのネイティブ技術に完全に基づいて構築されたレイヤー2ソリューションを示しています。

タップルートコンセンサスは、ビットコインの元々の技術方向を尊重し継承するだけでなく、ビットコインの歴史的なアップグレードによってもたらされた技術を組み合わせた革新を行い、真の意味でのビットコインのネイティブ拡張技術の集大成作品です。

ビットコインエコシステムの持続的な発展に伴い、人々は真の分散型ビットコインのレイヤー2ソリューションがビットコインエコシステムの発展にとって不可欠な道であることを徐々に認識するようになるでしょう。そして、タップルートコンセンサスのようなソリューションは、将来大きな光を放つことになるでしょう。