ROOT:比特币Taproot升级终于要来了！一文了解它的过去、现在与未来

大约两周后，比特币将迎来它最重要的技术升级之一：Taproot。

什么是Taproot？维基百科上给出的普通定义是：

“主根是一个大的、中心的、占优势的根，而其它的根会从其侧面发芽。通常，主根有些直，然后形状逐渐变细，并直接向下生长。在例如胡萝卜这样的植物中，主根是一种非常发达的贮藏器官，其已被作为蔬菜栽培。"那比特币即将采用的Taproot技术方案到底是什么？它的名字是如何来的？

比特币Taproot名字的由来

“我一直认为这个名字的由来是‘利用Merkle根‘，但我实际上并不知道GregoryMaxwell的想法是什么。’——PieterWuille“我最初不得不查这个词，但我把它理解成了关键路径，因为它是你制作美味的胡萝卜汤的核心，而默克尔化的脚本将是你希望忽略的其他较小的根。”——AnthonyTowns而Taproot方案提出者GregoryMaxwell给出的答案?则是：

“这个词起源于一棵树的形象化，这颗树的中央有一个像蒲公英主根一样粗壮的中心。我认为这是一个很好的方法，因为它通过利用根中隐藏的commitment来验证脚本路径的花费。……唉，将具有已排序内部节点的哈希树称为“桃金娘树”并没有流行起来。在内的树家族，这听起来像'merkle'。:p)”因此，当谈论比特币taproot时，我们脑海中浮现出来的图像应该是下面这个样子的：

首只比特币期货ETF持续减持12月期货，增持1月期货:据 KingData 数据监控，截止12月30日11时，首只比特币期货ETF共持有5,060张CME比特币期货，较昨日减持CME比特币12月期货1588张，增持CME比特币1月期货1600张；持有1,319,000,000张国债券，较昨日无变化。总资金规模超25.19亿美元。[2021/12/30 8:14:14]

来源：SHUTTERSTOCK

Taproot升级对比特币的影响是什么？

早在18年初，在GregoryMaxwell提出Taproot方案之后，国内比特币社区便对该方案进行了早期的报道?，当时社区的关注点在于：

“实施taproot升级后，闪电网络将变得更加私密，这使得LN交易与所有比特币交易无法区分开来，因此人们将无法区分比特币的链上交易和闪电网络的链下交易”。而要应用Taproot的前提，是需要先让Schnorr签名方案落地。

动态 | 美国达美乐披萨接受比特币支付:美国达美乐披萨(Domino’s pizza)现在接受通过闪电网络的购买方式，交易结算时间不到30秒。但尚未清楚是否其他国家门店是否也接受此支付方式。[2019/2/14]

到了2019年，除了提高比特币的隐私性之外，Taproot方案又被社区赋予了新的使命——扩展比特币智能合约的灵活性。也因此，Taproot升级以及Schnorr签名被提升为“比特币在下一阶段的重要技术?”。

2020年1月份，Bitcoincore代码库维护者之一PieterWuille正式发布了包含Taproot/Schnorr软分叉升级的BIP340?、BIP341?以及BIP342?，由此，这两个升级提案开始逐渐进入比特币用户们的视野。

今年6月份，比特币全网支持Taproot升级的算力超过了90%，达到了锁定升级的最低要求，这也意味着Taproot将在比特币区块高度达到709,632时正式与大家见面。

关于Taproot和Schnorr签名的一些趣事

1、比特币最初使用的是ECDSA签名方案，但实际上Schnorr签名要比ECDSA签名更早诞生，我们说Schnorr签名是对比特币原始ECDSA签名的升级，是因为其可以更容易地实现各种密码学技巧。在时间顺序上，Schnorr签名算法的诞生，要早于ECDSA所基于的DSA算法。而中本聪使用DSA的部分目的是为了规避ClausPeterSchnorr的Schnorr签名专利，而他的专利在2011年到期了。

现场 | 中关村数字媒体产业联盟执行主席：区块链领域的最大应用是比特币:金色财经现场报道，8月5日，在首届中国区块链媒体社会责任论坛上，进行以《新风口、强监管-区块链之昨天、今天与明天》为主题的对话环节，中关村数字媒体产业联盟执行主席、CIFC普众区块链创始人王斌指出：区块链行业的乱象只是一个过程，区块链在今年进入到了民众的视线。区块链的昨天不可绕开的就是比特币，目前区块链领域的最大应用就是比特币，解决的是支付的问题，通常大家也将其称为区块链1.0。昨天的关键词就是“币”。其次是“链”，链的方面，我们谈的是区块链的技术，目前技术层面上看来，区块链还是初期阶段。区块链技术中，比较关键的发展领域是公链，但国内的相关基础还是比较薄弱的，媒体们也都在关注区块链技术设施建设领域的开发。[2018/8/5]

2、虽然没有成功，但在比特币采用Schnorr签名的早期发展中，有人建议不应将Claus-PeterSchnorr的名字与比特币关联起来，因为他的专利导致这种有价值的密码学技术在20多年的时间里没有被广泛使用。PieterWuille曾表示?：

“我们确实考虑过用DLS来称呼BIP340，但我们最终没有这样做，因为Schnorr的名字已经被谈论得太多了。”3、Paytocontract：IljaGerhardt和TimoHanke创建了一个名为Paytocontract?的协议，该协议由Hanke在2013年的圣何塞比特币会议上提出，其允许一笔支付承诺其合约的哈希值。任何拥有该合约副本和用于避免某些攻击的nonce的人，都可以验证这个承诺，但对其他人来说，这种付款看起来与其他的比特币付款类似。

比特币挖矿难度将在5天后再增加9.76%:有数据表明，目前比特币全网挖矿难度为2.87T，距离下次算力调整还剩下5天4小时，届时挖矿难度将增加9.76%，约为3.16T。众所周知比特币挖矿难度成几何数增长，上次难度调整为2月7日，增长了11.01%。[2018/2/15]

2014年关于侧链的论文?中包含了对这种pay-to-contract(P2C)协议的轻微改进，其中承诺还包括原始的支付公钥，而Taproot使用了相同的结构。

Taproot落地之后，未来可能的比特币共识改变

那在激活Taproot之后，开发者们会在它的基础之上对比特币进行哪些共识层的改进呢？

1、交叉输入签名聚合：Schnorr签名使几个不同的公钥和私钥对的所有者可轻松地创建单个签名，以证明所有密钥所有者在创建签名时都进行了协作。随着未来共识的变化，这可能允许交易包含单个签名，该签名可用于证明在该交易中使用的所有UTXO的所有者已授权使用。在第一次输入后，这将为每个密钥路径花费节省大约16虚拟字节，从而为整合以及coinjoin节省开销。它甚至可使基于coinjoin?的支出比常规的支出更便宜，从而提供一种温和的激励，以鼓励人们更多地去使用隐私交易。

比特币的匿名性很容易被打破:卡塔尔大学(Qatar University)和哈马德?本?哈利法大学(Hamad Bin Khalifa University)最近发表的一项研究显示：比特币的追溯运行安全性较低，要了解这些交易背后的用户信息是一件很容易的事情。人们可以通过追溯交易历史来揭示这些交易背后的信息，因此比特币所谓的匿名性其实存疑。钱包地址和谷歌搜索会使比特币不再具有匿名性。[2018/1/27]

2、SIGHASH_ANYPREVOUT：每一笔正常的比特币交易都包含一个或多个输入，并且这些输入中的每一个都使用其txid引用前一笔交易的输出。这告诉了全验证节点这笔交易可以花费多少钱，以及需要满足哪些条件才能证明支出是经过授权的。为比特币交易生成签名的所有方式，无论有没有taproot，要么提交到prevout中的txid，要么根本不牵扯到prevout。对于不想使用精确的预先安排的一系列交易的多用户协议来说，这是一个问题。如果任何用户可以跳过特定交易，或更改除witness验证数据之外的任何交易的任何细节，这将更改任何后续交易的txid。而更改txid会使之前为以后交易创建的任何签名无效。这迫使链下协议实施机制来惩罚任何提交旧交易的用户。

而SIGHASH_ANYPREVOUT?可通过允许签名跳过提交到prevouttxid来消除这个问题。这使得为闪电网络实施eltoo层?以及对vault金库?和其他合约协议的改进成为可能。

3、委托和归纳：在你创建一个脚本之后，除了将私钥授予其他人，你几乎无法授权他人使用该脚本。此外，对于想要使用密钥路径花费加上少量基于脚本条件的用户来说，可以使taproot变得更经济。开发者们已经提出了几种通过归纳和提供签名者委托来增强taproot的方法：

Graftroot：在taproot的想法诞生后不久，Graftroot就被提出了，该方案将为任何能够制作taproot路径的人提供一项额外的功能。密钥路径签名者可以签署一个脚本，描述资金可使用的新条件，将支出权限委托给任何能够满足该脚本要求的人，而不是直接支出资金。签名、脚本以及满足脚本所需的任何数据，都将在支出交易中提供。密钥路径签名者可通过这种方式委托给无限数量的脚本，而无需创建任何链上数据，直到发生实际支出。

广义taproot(g’root):几个月后，AnthonyTowns提出?了一种使用公钥点来承诺多种不同支出条件的方法，而不必使用类似MAST的结构。这种广义taproot(g’root)构造“在taproot假设不成立的情况下可能更有效”，此外，它还提供了一种构建软分叉安全交叉输入聚合系统的简单方法。

Entroot：Graftroot和g'root的最新合成方案?，它简化了许多情况，使它们更具带宽效率。

4、新的和旧的操作码：taproot软分叉包含了对tapscript的支持，它提供了一种向比特币添加新操作码的改进方法，即OP_SUCCESSx操作码。一些拟议的新操作码包括：

恢复旧操作码：由于担心安全漏洞，2010年开发者禁用了一些数学和字符串操作的操作码。许多开发人员希望在安全审查后重新启用这些操作码，并且可能会扩展操作码以处理更大的数字。

OP_??CAT：值得特别提及的一个先前禁用的操作码是OP_??CAT?，研究人员发现它可单独在比特币上实现各种有趣的行为，或者它还能以有趣的方式与其他新操作码进行组合。

OP_TAPLEAF_UPDATE_VERIFY：当与taproot的密钥路径和脚本路径功能一起使用时，OP_TLUV操作码能以一种特别高效和强大的方式启用契约。这可用于实现JoinPool?、Vault以及其他安全和隐私改进。它还可以与OP_CHECKTEMPLATEVERIFY?很好地结合。

注意，以上所有的想法仍然只是提议，没有人能保证它们会成功应用，这需要研究人员和开发人员完成每一项提案，然后由用户决定这些功能是否值得去改变比特币的共识规则。

相关资料：

1、https://bitcoinops.org/en/newsletters/2021/10/27/

2、https://bitcoinops.org/en/newsletters/2021/10/20/

3、https://www.8btc.com/article/223681

4、https://www.8btc.com/article/351969

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