什么是 Taproot？升级将如何影响比特币？



比特币发展的本质确保了升级缓慢进行。原区块链基础机制的任何变化都需要广大比特币矿工达成共识。如果没有达成共识，修改就不能成为永久性的。虽然这会产生一定程度的稳定性，但也会产生影响。缓慢发展使规模更小、更灵活的数字资产能够弥补比特币所感知的弱点，从而蓬勃发展。然而，比特币仍然是区块链行业的祖先和公众形象。因此，加密货币行业热切期待 2021 年 11 月即将升级的 Taproot，这是比特币自 2017 年以来的首次重大变革。

上一次重大升级将独立见证或 SegWit 概念引入了比特币核心协议。这样移除了关联的签名数据，从而腾出了用于额外交易的区块空间。尽管 SegWit 升级具有相对无害的性质，但社区中出现了一种分裂，导致比特币现金的分叉，最终导致 2018 年哈希战争。比特币和区块链技术在这种分裂中毫不掩饰，比特币现金的变体随着时间的推移而消退。

相比之下，拟议的 Taproot 升级已被证明不那么有争议。比特币社区于 8 月 11 日下挫，之后 Taproot 将被迫重新开发。超过 90% 的比特币矿工在 2021 年 6 月初的“快速试用”阶段表示支持，因此在拟议的最后期限之前“锁定”了 Taproot 激活。 

什么是 Taproot？

Taproot是对比特币的重大升级，将从根本上改变其处理交易的方式。为完成拟议升级，将执行“软叉”，以更改任何新完成的区块的有效性规则。在叉前被视为有效的区块 — 例如，在 SegWit 叉前包含签名数据的区块 — 在新规则集下不再视为有效。新升级仅影响矿区的发展，对链中的区块没有追溯影响。此外，仍在旧规则集上运行节点的任何矿工都将认为软叉规则有效。

Taproot升级，即比特币改进提案0341或BIP 0341，为比特币区块链增加了几项新功能，有助于增强智能合约功能。其中最主要的是 Schnorr 签名的概念，它极大地扩展了新交易的隐私性和效率。除了签名算法的变化外，Taproot 还引入了默克尔分行，这是一种模糊交易未执行方面的技术。

Taproot升级期间所做的更改将改进比特币的后端功能，对休闲用户来说不会立即显现。然而，这些新方面将为使用比特币网络的开发者提高效率和可用性。Lightning Network 等二级解决方案将受益于新增功能，有助于在高流量期间缓解交易摩擦。

Schnorr 数字签名方案如何与比特币集成？

比特币生态系统内的所有权和身份证明需要数字签名。该签名用于识别钱包，并确认钱包具有执行请求交易所需的权限和私钥。这些数字签名依赖于一种算法，该算法提供了一种验证权限的方法，同时确保安全。在 Taproot 升级之前，比特币依赖 ECDSA 模型进行签名算法升级。

当Satoshi Nakamoto推出比特币时，Schnorr签名是一个众所周知的概念 - 但最近才失去版权。因此，他选择了椭圆曲线数字签名算法或 ECDSA。与 Schnorr 签名不同，ECDSA 是开源的，现成可用，由各种平台支持。使用 Schnorr 签名取代比特币的 ECDSA 模型，消除了区块链中的几种低效问题，同时为交易验证提供了几种新选择。

ECDSA 是早期 DSA 算法的演变，该算法起源于 Schnorr 签名版权的解决方法。Schnorr 签名使用的算法比衍生的线性算法简单，因此可以使用基于签名的代数，从而实现更复杂的加密安全性。多签名交易的基础取决于 Schnorr 创建总密钥的能力。

使用比特币，各种复杂的交易都可以显示为单个公钥。而在 ECDSA 中，观察者可以看到每个潜在的交易分支，即使是未执行的交易分支，他们现在只能看到单个已执行的交易。

这是默克尔化替代脚本树或 MAST 的一部分。默克尔树使用级联哈希来简化交易验证，而 Schnorr 签名仅允许外部方看到已执行交易的可见性。任何其他变量或潜在执行方式仍隐藏不起，大大提高了比特币的隐私性。

Taproot 对比特币价格有何影响？

Taproot升级代表了比特币技术基础的重大飞跃。通过 Schnorr 签名取代低效的 ECDSA 算法，开发者能够引入各种令最终用户受益的新系统。虽然比特币投资者可能不会立即获得明显收益，但仍会影响日常运营成本。

在简单交易中消除不必要的数据会降低空间需求，从而在每个已完成的区块中实现更多交易。这提高了复杂的比特币交易处理速度，同时也降低了交易成本。

除了直接经济学，Taproot 还引入了区块链新技术的潜力。多签名交易或多签名交易支持围绕比特币构建更复杂的系统。多个项目目前正在进行中，将利用此功能。能够执行复杂的数学运算，需要多个签名作为变量，为开发者创造创新系统打开了大门，为平台带来更大价值。

Taproot 还为第二层闪电网络带来了诸多优势。由于 2017 年底的严重交通拥堵，Lightning Network 是一款链外解决方案，可减少比特币本身的压力。此前，它依赖于 HTLC 或哈希时锁合约的概念，这些合约依赖于哈希图像。Schnorr 签名为 Lightning Network 转向 PTLC 或时间点锁定合约铺平了道路，而是依赖公钥。这样可以提高 Lightning Network 的安全性和隐私性，同时不会增加计算工作量。

更高效的私有Lightning Network 将推动比特币和第二层解决方案的参与度提高。随着越来越多的用户从直接支出比特币交易转向第二层解决方案，它将进一步减少区块链上的拥堵，提高速度，从而降低闪电网络的成本。以这种方式构建的更低手续费和更高可用性，推动了比特币的整体价值。

Taproot 如何为比特币带来收益？

Taproot 的大部分优势都是新增 Schnorr 签名的衍生产品。但相关升级中明确考虑了多个应用程序。

默克尔化另类脚本树

通过 MAST，用户可以确定导致比特币交易的各种条件。虽然在 Taproot 升级之前可以做到这一点，但所有相关分行均可公开查看。通过 MAST 和 Schnorr 签名集成，交易完成后仅显示 MAST 的已执行扩展。

这样可以实现更大程度的隐私保护，因为该流程不会暴露其他潜在参与者。此外，它还降低了比特币区块链的负担，因为它消除了未执行分支的完整脚本，降低了合约的整体规模，从而降低了对代币实体收取的费用。

汇总密钥

Schnorr 签名是线性的，因此其生成的数字签名可以代数运行。因此，可以组合多个签名以创建单个所得签名。如前所述，这推动了多身份交易的概念。在升级之前，希望执行更复杂交易的用户需要包括所有相关签名，从而大幅增加功能的大小要求。

无论参与者人数多少，总密钥大小保持不变。从本质上讲，这通过智能合约创建了一个离散的日志合约。与 MAST 一样，这些新的 Schnorr 衍生功能支持多种新的交易解析方法。

Tapscript

Tapscript 对比特币脚本编程语言进行了改进，使区块链能够实现 Taproot 中引入的功能。为此，我们推出了几款专注于 Schnorr 签名的新操作码。如果没有这一新功能，比特币脚本将无法正确集成 Schnorr 签名，并会失去 Taproot 引入的大部分效率。

Tapscript 还引入了新的操作码，用于未来升级。这些操作码尚未发挥作用，但为后续应用提供了框架。除了这些变化外，Tapscript 还消除了尺寸限制，避免了更复杂的脚本，为更强大的应用程序铺平了道路，这是 Taproot 许多功能的共同因素。

消除标志性可观性

比特币之前有一个小的，有点可利用的机制，称为签名延展性。从理论上讲，恶意行为者可能会在确认之前修改交易，使其失效。在实践中，这种攻击方式很少成功。然而，这种可延展性也可以用于创建大量的“垃圾”交易，利用无用的数据淹没区块链。

Taproot升级完全消除了这一漏洞，消除了最初允许的签名延展性。

结语

比特币区块链的升级很少见，技术性很高。虽然最后一次重大升级证明存在争议，但比特币的 Taproot 升级并非如此 - 几乎一致地投票支持实施。鉴于加密货币行业的创新速度，比特币必须继续适应长期竞争力，Taproot 将帮助确保这一点。Schnorr签名的引入解决了困扰比特币社区的最初低效问题之一，提供了一系列新的用例。

比特币仍然是加密货币行业的主导力量，部分原因是其作为原始区块链的地位。 

然而，Taproot 等比特币的升级提高了可用性和效率，确保了它仍然是一个可行的开发平台，而不仅仅是一个等待另一个项目取代它的恐龙。此外，具有前瞻性的功能将简化升级，确保比特币在未来几年内保持竞争力。Taproot 本身的内涵并不是一个独立的升级，而是未来升级的基础。