تجزیه و تحلیل فنی ارتقاء Taproot بیت کوین

بیت کوین قرار است در نوامبر امسال تحت یک ارتقای بزرگ قرار گیرد. همانطور که در 3 BIP (پیشنهادات بهبود بیت کوین) ذکر شده است، این ارتقا شامل بسیاری از تغییرات مهم در فناوری اساسی بیت کوین است: BIP 340 برای امضاهای Schnorr، Taproot in BIP 341, و اعتبار سنجی اسکریپت های Taproot در BIP 342.

ارتقاء به نام Taproot بود پیشنهاد شده توسط یک مشارکت کننده اصلی بیت کوین و یکی از بنیانگذاران و مدیر ارشد فناوری Blockstream، گریگوری ماکسول در سال 2018. این هدف بهبود حریم خصوصی، کارایی و روش های اسکریپت بیت کوین است. برخی از ویژگی‌های جدید که مدت‌ها پیش‌بینی می‌شود، مانند قابلیت‌های قرارداد هوشمند، امضاهای Schnorr، شاخه‌های Merkle و حالت‌های جدید sighash اضافه شده‌اند. تغییرات، تراکنش‌های بیت‌کوین P2SH را خصوصی‌تر می‌کند و از توجه غیرضروری به تراکنش‌های با حجم بالا از سوی هکرها یا شاید نهادهای نظارتی اجتناب می‌کند.

این یک ارتقای نرم است که قرار است در نوامبر 2021 انجام شود. کاربران مجبور نیستند کیف پول خود را ارتقا دهند. گره های قدیمی و بیت کوین در گردش کاملا بی تاثیر باقی خواهد ماند. اما اگر کاربران تصمیم بگیرند که تا 12 نوامبر 2021 به Taproot ارتقاء ندهند، ممکن است در برابر حملات خاصی آسیب پذیر شوند.

در 12 ژوئن، 90 درصد از بلاک‌های استخراج‌شده در بیت‌کوین از این ارتقا پشتیبانی و قفل شد. برای پشتیبانی از آن، کاربران باید به آخرین نسخه بیت کوین Core نسخه 0.21.1 ارتقا می دادند. ماینرها و استخرهای ماینینگ با استفاده از روش استقرار سافت فورک، BIP9 و Speedy Trial، در یک دوره بلوکی در سال 2016 (تقریباً 2 هفته) از سافت فورک در بلوک های استخراج شده خود خبر دادند. برای قفل کردن برای فعال‌سازی، 90 درصد بلوک‌ها باید سیگنال می‌دادند. دادگاه سریع قرار بود در ماه اوت به پایان برسد، اما جامعه زودتر به اجماع مورد نظر دست یافت.

ارتقاء سافت فورک Taproot بیت کوین اکنون قفل شده است!!!https://t.co/2ENYz4eLZu#ریشه pic.twitter.com/XKdCkO8TuU

- BitMEX Research (BitMEXResearch) ژوئن 12، 2021

از سال گذشته، بیت‌کوین سرمایه‌گذاری‌های زیادی را جذب کرده است موسسات مالی و سرمایه گذاران خرد آن را به عنوان یک طبقه دارایی قابل سرمایه گذاری جدید مناسب می دانند. با اجرای مناسب Taproot، قابلیت های جدید برای مدیریت قراردادهای هوشمند، توسعه دهندگان را به سمت بیت کوین می کشاند. درست مانند صندوق‌ها، شرکت‌های بزرگ می‌توانند برای توسعه قراردادهای هوشمند به جای استفاده از بلاک چین‌های مبتدی و کمتر امن، به بیت‌کوین بروند.

بیت‌کوین اکنون می‌تواند در طیف گسترده‌ای از بخش‌ها مانند DeFi، NFT، ICO و IEO استفاده شود تا اینکه فقط یک ابزار مالی باشد که به بیت‌کوین‌ها سود بیشتری می‌دهد. امیدواریم این حرکت به زودی به تحقق وب 3.0 کمک کند.

تغییرات در BIP های زیر در Taproot گنجانده شده است:

امضاهای Schnorr: BIP-340

بیت کوین بر اساس رمزنگاری منحنی بیضوی برای اطمینان از امنیت و حریم خصوصی آن است. در حال حاضر از الگوریتم امضای دیجیتال منحنی بیضوی (ECDSA) برای امضای هر تراکنش استفاده می کند.

با ارتقای Taproot، بیت کوین در حال مهاجرت است تا از طرح امضای دیجیتال دیگری به نام امضای Schnorr برای احراز هویت تراکنش ها استفاده کند. این یک طرح امضای امن تر و غیرقابل انعطاف است. امضاهای ECDSA چکش‌خوار هستند و به هر شخص ثالثی اجازه می‌دهند امضای موجود را به امضای دیجیتال معتبر دیگری تغییر دهند. 

حریم خصوصی در اسکریپت های P2SH: با استفاده از امضای Schnorr، ارتقاء تراکنش های P2SH را با یک تراکنش عمومی P2PKH جایگزین می کند. اسکریپت P2PKH (Pay-to-Public-Key-Hash) نوع اصلی تراکنش بیت کوین است. برای صرف خروجی قفل شده توسط این اسکریپت، به نام scriptPubKey، کاربر باید یک اسکریپت بازگشایی به نام scriptSig ارائه دهد که امضای عمومی و دیجیتال با استفاده از کلید خصوصی مربوطه است. P2SH (Pay-to-Script-Hash) یک اسکریپت پیشرفته است که به فرستنده اجازه می دهد وجوه را در هش یک اسکریپت قفل کند. اسکریپت بازخرید شرایط خرج کردن وجوه را ذکر می کند و برای خرج کردن خروجی به یک اسکریپت بازگشایی نیاز دارد.

اسکریپت بازخرید فقط در طول معامله هزینه آشکار می شود. در آن زمان، هر کسی در شبکه می تواند کل اسکریپت و هویت های مربوط به آن را کشف کند و حریم خصوصی کاربر را کاهش دهد.

اگر شرایط مخارج پیچیده‌تری در میان باشد، اندازه فیلمنامه نیز رشد می‌کند. اسکریپت های بزرگ فضای بیشتری را در فضای UTXO اشغال می کنند که یک نقطه ضعف برای مقیاس پذیری است. این کار هزینه تراکنش هایی را که فرستنده باید بپردازد نیز افزایش می دهد.

تجمیع کلید در معاملات چند طرفه: امضاهای Schnorr خطی ​​هستند. این ویژگی به چندین طرف در یک تراکنش اجازه می دهد تا با یکدیگر همکاری کنند و یک امضای معتبر برای مجموع کلیدهای عمومی خود تولید کنند. هر تراکنش چند طرفه مشخص شده توسط یک اسکریپت P2SH می تواند به یک تراکنش ساده P2PKH تبدیل شود. امضاهای چندگانه را می توان با استفاده از ویژگی تجمع کلید امضاهای Schnorr به یک امضا تبدیل کرد. چندین کلید عمومی را می توان در یک کلید ترکیب کرد که تنها یک امضا تولید می کند.

از دیدگاه یک تأیید کننده، هر امضای چندگانه N-of-N هیچ تفاوتی با امضاهای معمولی نخواهد داشت. دیگر نیازی به تأیید هر امضا نیست، و راه را برای تأیید سریع تر تراکنش هموار می کند. در مورد یک امضای چندگانه M-of-N، با استفاده از Schnorr، امضاهای M در یک امضا جمع می شوند. تراکنش زمانی مجاز می شود که تعداد آستانه کلیدهای عمومی و امضا ارائه شود که به عنوان یک تراکنش معمولی P2PKH ظاهر می شود. کلید عمومی جمعی هرگز نمی تواند به شرکت کنندگان مرتبط شود.

قابلیت قرارداد هوشمند: امضای Schnorr همچنین قابلیت های لایه 2 را در بالای پروتکل بیت کوین فعال می کند و قابلیت های توسعه قرارداد هوشمند را با استفاده از اسکریپت های بدون اسکریپت امکان پذیر می کند. اینها راهی برای رمزگذاری قراردادهای هوشمند به امضای دیجیتال هستند. این کار اسکریپت های کوچکتر، کارآمدتر، خصوصی تر و مقیاس پذیرتر را امکان پذیر می کند.

مبادله اتمی: تراکنش‌های مبادله اتمی که از امضاهای آداپتور استفاده می‌کنند نیز به عنوان یک تراکنش تک امضایی ظاهر می‌شوند که آنها را خصوصی‌تر می‌کند. مبادله اتمی امکان تبادل همتا به همتای دو توکن مختلف را در دو شبکه بلاک چین مختلف بدون نیاز به هیچ واسطه ای فراهم می کند. در حال حاضر، اگر هر دو زنجیره بلوکی رعایت شوند، تراکنش‌های معاملاتی زنجیره‌ای متقابل اتمی به‌طور بی‌اهمیت قابل پیوند هستند.

با این ارتقا، رمزگذاری امضا برای تولید یک امضای دیجیتال ثابت 64 بایتی تغییر می‌کند. صرف نظر از پیچیدگی اسکریپت، امضای Schnorr فضای کمتری را اشغال می کند و در نتیجه تراکنش های کوچکتر و کاهش هزینه ها انجام می شود.

ریشه اصلی: BIP-341

با استفاده از امضاهای Schnorr، Taproot راه جدیدی را برای تعریف شرایط هزینه های خروجی در هر تراکنش معرفی می کند. این یک پیاده سازی از پروتکل MAST (درختان نحوی انتزاعی مرکلیزه شده) است که می باشد پیشنهاد شده در BIP-114. از درخت مرکل به نام درخت اسکریپت برای رمزگذاری چندین شاخه در یک اسکریپت استفاده می کند که با پنهان کردن اسکریپت های اجرا نشده حریم خصوصی را تا حد زیادی بهبود می بخشد.

P2SH و P2WSH (Pay-2-Witness-Script-Hash) از بازخریدکننده می خواهند که همه شاخه های غیرمنتظره اسکریپت را منتشر کند. اسکریپت P2WSH شبیه به P2SH است که از Segregated Witness (SegWit) پشتیبانی می کند. کاربران می توانند انتخاب کنند که از یک کلید عمومی به عنوان امضای معمولی (استفاده شده در P2PKH) یا استفاده از یک اسکریپت (مورد استفاده در P2SH یا P2WSH) هزینه کنند. هنگام استفاده از MAST، برای انجام یک تراکنش، کاربران این گزینه را دارند که فقط شاخه اسکریپتی را که در حال اجرا هستند ارائه دهند. این باعث کاهش اندازه پشته بازخرید می شود. این به کاربران امکان می‌دهد شرایط پیچیده بازخرید وجوه را بنویسند که قبلاً با اندازه اسکریپت محدود شده بود.

با استفاده از این، توسعه دهندگان اکنون می توانند قراردادهای پیچیده با بندهای مختلف ایجاد کنند. این شرایط در درخت مرکل کدگذاری و ساختار یافته اند. کاربران فقط باید اسکریپتی را که اجرا می‌کند فاش کنند تا وجوه قفل‌شده توسط اسکریپت را باز کنند.

در اجرای فعلی بیت کوین، هنگام باز کردن یک خروجی P2SH، تمام شرایط برای خرج کردن وجوه آشکار می شود. با استفاده از درخت مرکل، می توان اسکریپت را تأیید کرد حتی اگر فقط شرطی که برآورده شده است آشکار شود. ساختار MAST نیز بر الزامات ذخیره سازی تأثیر نمی گذارد، هر تعداد شرایط پیچیده را می توان بدون هیچ فضای اضافی در نظر گرفت.  

با استفاده از ویژگی Taproot، تراکنش های P2PKH و P2SH مشابه و غیر قابل تشخیص به نظر می رسند.

Tapscript: BIP-342

این هش کردن امضا را برای تأیید اعتبار اسکریپت‌های ریشه اصلی بهبود می‌بخشد. این یک نسخه ارتقا یافته از زبان برنامه نویسی بیت کوین است. این امکان افزودن آسانتر ویژگی های جدید را فراهم می کند.

کدهای عملیاتی مورد استفاده برای تأیید امضاهای ECDSA، OP_CHECKSIG و OP_CHECKSIGVERIFY، برای تأیید امضاهای Schnorr جدید اضافه شده اصلاح می شوند. کدهای OP_CHECKMULTISIG و OP_CHECKMULTISIGVERIFY متوقف می شوند. برای فعال کردن تأیید دسته ای امضاها، یک کد عملیاتی جدید OP_CHECKSIGADD معرفی شده است.

اپکدهای جدید tapscript OP_SUCCESS به شما اجازه می دهد تا کدهای عملیاتی جدید را آسان تر معرفی کنید. امیدواریم این کار اضافه کردن کدهای عملیاتی مفیدتر به اسکریپت های بیت کوین را در آینده آسان تر کند.

نتیجه

ارتقاء Taproot یک ارتقاء مورد انتظار در جامعه بیت کوین برای گسترش قابلیت های بیت کوین و تحقق پتانسیل کامل آن است. ویژگی های لایه 2 موارد استفاده بیشتری را در بیت کوین امکان پذیر می کند و امیدواریم صنعت را به سمت تمرکززدایی سوق دهد. افزایش حریم خصوصی و کارایی در سیستم قدیمی، کاربردهای بیشتری را به همراه خواهد داشت. امیدواریم این ارتقا برای بیت کوین ما مفید باشد.