比特币原生扩展技术的革新：深度解析 Taproot Consensus 技术黄皮书

2024年5月20日，一个名为BEVM的比特币Layer2开发团队发布了技术黄皮书《Taproot Consensus：一种去中心化的BTC Layer2解决方案》。这份文档详细阐述了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。它没有对比特币的代码进行任何修改，而是巧妙地组合了比特币的几项核心技术，展现出简洁而巧妙的创新思路。

比特币技术发展回顾

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，提出了比特币的完整技术实现方式。论文第八章介绍了SPV（Simple Payment Verification）解决方案，即简单支付验证，这是一种无需运行全节点就能验证支付的技术。

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，标志着比特币的正式诞生。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。

2018年，经过多年验证，比特币核心开发者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时代。Taproot升级还引入了MAST（Merkelized Abstract Syntax Trees），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，使得比特币可以实现由代码驱动的去中心化多签网络，为比特币二层网络的发展奠定了基础。

Taproot Consensus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，构建了一个去中心化且高度一致的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，通过代码驱动而非人工签名。

Bitcoin SPV允许在不运行全节点的情况下同步和验证比特币交易，使Taproot Consensus能在完全去中心化的环境下无需许可同步BTC状态。

Aura+Grandpa是实现拜占庭容错的高级PoS共识协议，确保网络节点的高度一致性。

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形成了一个大型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。BEVM二层网络全部运行比特币SPV节点，实现与比特币一层的数据同步。为确保二层网络的安全可信，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。

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，为想深入了解比特币最新技术的人提供了全面且详细的学习资料。

黄皮书还详细解释了Musig2的实现过程，以及与知名BTC Layer2项目Mezo的区别。Mezo基于tBTC协议，利用比特币多签构建门限签名网络。然而，tBTC仍需要9人签名的多签人网络。Taproot Consensus采用了更先进的设计，结合Schnorr签名、MAST、比特币SPV轻节点以及Aura和Grandpa拜占庭容错共识机制，构建了一个高度一致性和安全的去中心化Layer2扩展方案。

结语

BEVM团队的技术黄皮书全面展示了Taproot Consensus的实现方案和技术细节，呈现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。

随着比特币生态的不断发展，真正去中心化的比特币二层解决方案将成为比特币生态发展的必经之路，而Taproot Consensus这种解决方案有望在未来发挥重要作用。