Razlaga tehnologije Taproot za Bitcoin: Kako deluje nadgradnja

Bitcoin Taproot je nadgradnja protokola, ki je bila aktivirana novembra 2021 in je izboljšala zasebnost Bitcoina, znižala provizije za zapletene transakcije ter razvijalcem omogočila bolj prilagodljivo okolje za pisanje skriptov. To je bila prva večja nadgradnja Bitcoina od SegWita leta 2017 in je združevala tri predloge za izboljšanje Bitcoina: Schnorr-podpise (BIP 340), tip izhoda Taproot (BIP 341) ter nov skriptni jezik, imenovan Tapscript (BIP 342). Naslovi Taproot se začnejo z `bc1p` in se tehnično imenujejo Pay-to-Taproot ali P2TR.

Dejanski vpliv Taproota se je izkazal za povsem drugačen od prvotne predstavitve. Ista nadgradnja, ki je bila zasnovana za povečanje učinkovitosti denarnic z večkratnim podpisom (multisig) in kanalov Lightning, je po naključju omogočila tudi Ordinalse, Inscriptions, žetone BRC-20 in Runes, s čimer je sprožila val aktivnosti, ki je skoraj dve leti prevladoval v blokovnem prostoru bitcoina. Ta vodnik pojasnjuje, kaj Taproot dejansko je, kako delujejo njegovi trije sestavni deli in zakaj se je njegova zgodba v praksi tako močno razlikovala od prvotnega načrta.

S samoupravljanjem varno upravljajte s svojimi bitcoini in drugimi kriptovalutami Aplikacija Bitcoin.com Wallet.

Ključne ugotovitve

• Bitcoin Taproot je nadgradnja v obliki »soft forka«, ki je bila aktivirana 14. novembra 2021 pri višini bloka 709.632; gre za prvo večjo nadgradnjo protokola Bitcoin od uvedbe SegWita leta 2017.
• Vključeval je tri predloge za izboljšanje bitcoina: BIP 340 (Schnorrove podpise), BIP 341 (tip izhoda »Pay-to-Taproot«) in BIP 342 (skriptni jezik Tapscript).
• Taproot izboljša zasebnost tako, da zapletene transakcije, kot so porabe z več podpisov in zaprtje kanalov Lightning, v verigi izgledajo enako kot plačila z enim podpisom, hkrati pa zmanjša provizije za te transakcije za približno 25 %.
• Naslovi Taproot se začnejo z bc1p in uporabljajo kodiranje Bech32m, kar jih loči od prejšnjih naslovov SegWit, ki se začnejo z bc1q.
• Ista prilagodljivost, zasnovana za multisig in Lightning, je omogočila tudi uvedbo Ordinals (december 2022), žetonov BRC-20 in Runes (april 2024). Po večini meril Taproot aprila 2026 predstavlja približno petino transakcijske aktivnosti v omrežju Bitcoin.

Izvor Taproota

Taproot je januarja 2018 prvič predlagal Gregory Maxwell, eden od najzgodnejših in najplodnejših sodelavcev pri razvoju protokola Bitcoin. Osnovna ideja, da se s kriptografsko zvijačo zapletene transakcije naredi neprepoznavne od preprostih, v teoriji ni bila nova. Vendar je Maxwellova posebna zasnova omogočila praktično uvedbo v Bitcoin, ne da bi pri tem ogrozila združljivost s starejšimi vozlišči.

Predlog je nato več kot tri leta potekal skozi proces pregledovanja, izpopolnjevanja in razprav. Kriptografija je bila podrobno preučena, upoštevane so bile alternativne zasnove, skupnost pa se je spopadala z vprašanjem, kako natančno aktivirati nadgradnjo, ne da bi se ponovila sporna bitka za aktivacijo, ki je leta 2017 spremljala SegWit. Končni odgovor je bil »Speedy Trial«, časovno omejen mehanizem aktivacije, ki je rudarjem dal trimesečno obdobje, da signalizirajo svojo pripravljenost. Junija 2021 so dosegli zahtevani 90-odstotni prag, Taproot pa je bil potrjen za aktivacijo še istega leta.

Dejstvo, da je Taproot zahteval več let skrbnega dela in da je bil uveden brez zapletov, je že samo po sebi zgodba o tem, kako potekajo nadgradnje Bitcoina. Spremembe osnovnega protokola so namerno počasne in konzervativne, saj je po njihovi uvedbi pravilno delovanje protokola za vedno ključno za vrednost v višini več milijard dolarjev.

Trije deli glavne korenine

Projekt Taproot je najlažje razumeti, če si njegove tri sestavne predloge ogledamo enega po enega. Vsak od njih opravlja drugačno nalogo, zasnovani pa so bili tako, da delujejo skupaj. Celotne specifikacije so objavljene v Repozitorij predlogov za izboljšanje bitcoina.

BIP 340: Schnorrjevi podpisi

Vsaka transakcija v bitcoinih potrebuje digitalni podpis, ki dokazuje, da je pošiljatelj pooblaščen za prenos kovancev. Od uvedbe leta 2009 do uvedbe Taproota je bitcoin uporabljal shemo podpisovanja, imenovano ECDSA (algoritem digitalnega podpisa z eliptično krivuljo). ECDSA deluje dobro, vendar ima neugodno matematično lastnost: podpisi niso linearni, kar pomeni, da več podpisov ni mogoče enostavno združiti v enega.

Schnorrovi podpisi, uvedeni v BIP 340, so linearni. Že ta ena lastnost prinaša številne praktične prednosti.

Najpomembnejše je agregacija ključev. Če transakcijo so-podpišejo tri osebe (na primer poraba z večkratnim podpisom 3 od 3), jim Schnorr omogoča, da ustvarijo en skupni podpis z uporabo enega skupnega javnega ključa. Z zunanje perspektive transakcija izgleda enako kot plačilo z enim podpisnikom. Blockchain shranjuje manj podatkov, stranke plačajo nižje provizije, kdor pa spremlja verigo, ne izve ničesar o dogovoru o večkratnem podpisu.

Schnorrjevi podpisi so tudi nekoliko manjši od ECDSA-podpisov in omogočajo učinkovito preverjanje v serijah, kar polnim vozliščem pomaga pri hitrejši obdelavi blokov. Kriptografske varnostne predpostavke so v bistvu enake kot pri ECDSA. Oba sistema temeljita na težavnosti problema diskretnega logaritma na eliptični krivulji secp256k1.

BIP 341: Taproot (P2TR)

BIP 341 opredeljuje nov tip izhoda: Pay-to-Taproot ali P2TR. Prav to ustvarja bc1p- naslovi s predpono, ki ste jih morda že videli.

Osnovna ideja sistema P2TR je, da se vsak izhod Taproot obvezuje k dvema načinoma porabe hkrati:

• Ključna pot. Lastnik lahko preprosto ustvari Schnorrjev podpis s pravim ključem in porabi kovance, tako kot pri običajnem plačilu.
• Pot do skripta. Skrito drevo alternativnih pogojev porabe, od katerih se lahko kateri koli razkrije in uporabi za porabo izhoda.

To drevo alternativnih pisav je zgrajeno na podlagi strukture, imenovane Merkelizirano drevo alternativnih skriptov, ali MAST. MAST omogoča, da se transakcija zaveže k številnim možnim pogojem porabe (multisig rezervni načrti, časovne zapore, hash zapore, veje za reševanje sporov), ne da bi kateri koli od njih bil vključen v verigo, razen če se dejansko uporabi. Razkrita je le tista veja, ki se izvede, skupaj z majhnim kriptografskim dokazom, da je bila del prvotne zaveze. Vsaka neuporabljena veja ne zaseda prostora v bloku in ne razkriva nobenih informacij.

V kombinaciji s Schnorrjevo agregacijo ključev to pomeni, da se velika večina transakcij Taproot, tudi tistih zelo zapletenih, v verigi blokov prikaže kot navadne transakcije s potjo ključev. Denarnica z večkratnim podpisom 2 od 3, kooperativno zaprtje kanala Lightning, trezor s časovno zaklenjenimi potmi za obnovo in vsakdanje osebno plačilo – vse to lahko izgleda popolnoma enako.

BIP 342: Tapscript

Tretji predlog, BIP 342, posodablja skriptni jezik Bitcoina za uporabo znotraj skriptnih poti Taproot. Rezultat se imenuje Tapscript.

Tapscript ni povsem nov jezik. Gre za poenostavljeno različico obstoječega Bitcoin Script, iz katere so bile odstranjene nekatere zastarele posebnosti in dodane nekatere skromne izboljšave:

• Postopki podpisovanja zdaj preverjajo Schnorr-ove podpise namesto ECDSA-jevih
• Omejitve velikosti skriptov, ki so bile uvedene v prejšnjih »soft forkih«, so bile omiljene
• Nova operacijska koda, OP_CHECKSIGADD, kar omogoča učinkovitejše preverjanje večkratnih podpisov, primerno za obdelavo v serijah
• Novi algoritem za hashiranje podpisov zajema več podatkov o transakcijah, s čimer preprečuje nekatere vrste prefinjenih napadov na podpisovanje

Tapscript je tisto, kar sistemu Taproot zagotavlja prožnost za prihodnost. Prihodnji mehki razcepi ga bodo lahko razširili z novimi opkodami in funkcijami, ne da bi pri tem motili obstoječe izhodne vrednosti sistema Taproot.

Taproot proti SegWit: primerjava

SegWit in Taproot se pogosto uvrščata med dve najpomembnejši sodobni nadgradnji bitcoina, vendar sta bili zasnovani za reševanje različnih problemov. SegWit, ki je bil aktiviran leta 2017, se je osredotočil na odpravo spremenljivosti transakcij in učinkovito povečanje zmogljivosti blokov. Taproot, ki je sledil štiri leta kasneje, se je osredotočil na zasebnost in prožnost skriptiranja. Ti dve nadgradnji se med seboj dopolnjujeta, namesto da bi se prekrivali.

Taproot je tehnično gledano izhod v skladu s standardom SegWit različice 1, zato obe nadgradnji uporabljata bc1 predpona. Razlika je v znaku, ki sledi: q za SegWit v0 in p za Taproot.

Kaj naj bi Taproot izboljšal

Predstavitev projekta Taproot se je v letih pred njegovim zagonom osredotočala na tri konkretne prednosti:

• Zasebnost. Ker Schnorrjeva agregacija in MAST poskrbita, da skoraj vsaka poraba izgleda kot običajno plačilo z enim podpisom, je orodjem za analizo verige veliko težje prepoznati denarnice z več podpisi, kanale Lightning in druge zapletene konfiguracije na podlagi njihovih odtisov v verigi. Prednosti za zasebnost se povečujejo, ko Taproot sprejema vedno več uporabnikov, saj se tako širi nabor anonimnih »transakcij, ki izgledajo kot preprosta plačila«.
• Nižje provizije za zapletene transakcije. Provizije za transakcije z bitcoini se plačujejo na bajt. Schnorrjevi podpisi so nekoliko manjši od podpisov ECDSA, agregacija ključev združi več podpisov v enega, sistem MAST pa neuporabljene veje skripta v celoti ohranja zunaj verige. Pri tipični denarnici z več podpisi lahko prihranek znaša približno četrtino prejšnje obremenitve verige.
• Boljša infrastruktura za protokole drugega sloja. Zlasti za omrežje Lightning Network se je pričakovalo, da bo imelo koristi od Schnorrjevega algoritma prek funkcije, imenovane »Point Time-Locked Contracts« (PTLC). PTLC nadomeščajo trenutno v omrežju Lightning uporabljano usmerjanje s hash-zaklepom s sistemom, ki razveže povezavo med plačili na posameznih skokih, s čimer izboljša zasebnost usmerjenih plačil. Tudi tovarne kanalov, posodobitve kanalov v slogu eltoo in pogodbe Discreet Log Contracts izkoriščajo prednosti Schnorrjevega algoritma zaradi njegove linearnosti.

To so bile pričakovane zmage. So resnične in se postopoma kažejo. Vendar pa niso tista zgodba, ki si jo večina ljudi zapomni iz let takoj po aktivaciji. Kako so ordinalni številki spremenili pripoved

Decembra 2022 je Casey Rodarmor predstavil Redni števniki, vključevanje podatkov v transakcije Taproot.

Kako so ordinalne številke in napisi spremenili namen Taproota

Decembra 2022 je inženir programske opreme Casey Rodarmor izkoristil ohlapnejše omejitve skripta v Taprootu, da je naredil nekaj, kar ni bilo predvideno. Sliko je vstavil neposredno v podatke »witness« bitcoinske transakcije. Protokol je poimenoval Redni števniki, ter vgrajeni podatki v obliki napisov. Prvi napis je bil vpisan v verigo 14. decembra 2022, protokol pa je bil javno predstavljen januarja 2023.

Vpisi so delovali, ker je Taproot neopazno odpravil strogo omejitev velikosti posameznih skriptov znotraj MAST-listov. To je pomenilo, da je Taprootov »witness« lahko vseboval kilobajte, sčasoma pa tudi megabajte poljubne vsebine: slike, besedilo, zvočne posnetke, celo majhne video datoteke. Vpisani podatki so bili nato oštevilčeni po sistemu, ki je sledil posameznim satoshijem skozi verigo, s čimer je vsak vpis dobil stabilno identiteto. Rezultat so bili v praksi nezamenljivi žetoni (NFT) v omrežju Bitcoin.

Protokoli, zgrajeni na podlagi Ordinals, so se hitro razširili. V nekaj mesecih je anonimni razvijalec, znan pod imenom Domo, izdal BRC-20, standard za zamenljive žetone, ki deluje na protokolu Inscription. Aprila 2024 je Rodarmor predstavil Runes, učinkovitejši protokol za zamenljive žetone, zasnovan posebej za prostor v blokih bitcoina. V različnih obdobjih med letoma 2023 in 2024 so ti protokoli potisnili provizije za transakcije v bitcoinih na večletne vrhove in s tem povečali tudi izkoriščenost transakcij Taproot. Po podatkih Glassnode se je uporaba Taproota povečala s približno 1 % v začetku leta 2023 na vrhove nad 40 % v letu 2024, preden se je z umirjanjem dejavnosti Inscription spet znižala.

Za to Taproot ni bil zasnovan. Mnogi razvijalci bitcoina so imeli mešane občutke, ko so opazovali, da se je najbolj viden primer uporabe te nadgradnje izkazal za NFT-je in žetone, namesto za izboljšave na področju zasebnosti in omrežja Lightning, ki so jih razvijali več let. Vendar je prav ta prožnost, ki omogoča obstoj napisov, tista, zaradi katere je Taproot uporaben za vse ostalo, in ta epizoda je pokazala, kako lahko nadgradnje infrastrukture ustvarijo uporabe, ki daleč presegajo tisto, za kar so bile zasnovane.

Sprejetje leta 2026

Podatki o razširjenosti Taproota se razlikujejo glede na to, kaj točno merimo (naslove, ki prejemajo sredstva, transakcije z vsaj enim Taprootovim vhodom ali delež vseh transakcijskih izhodov), različni pregledni paneli pa prikazujejo različne številke. Splošna slika, stanje v aprilu 2026, kaže, da Taproot po večini meril predstavlja približno petino transakcijske aktivnosti bitcoina. To je manj kot najvišje vrednosti, dosežene med boomom vpisov, vendar precej več kot v prvem letu po aktivaciji.

Počasno uvajanje poteka po istem vzorcu, kot ga je pred tem sledil SegWit. Razvijalci denarnic, borze in skrbniki izvajajo nadgradnje po lastnih časovnih načrtih, mnogi uporabniki pa se nikoli namerno ne odločijo za določen tip naslova. Preprosto uporabljajo tisto, kar jim ustvari njihova denarnica. Večje borze, vključno z Binance, Coinbase, Kraken in OKX, zdaj podpirajo pošiljanje na naslove Taproot, vendar se polna nativna podpora za Taproot v širšem ekosistemu šele uvaja.

Obstaja en razlog za previdnost. Schnorrjevi podpisi, podobno kot ECDSA, temeljijo na kriptografiji z eliptičnimi krivuljami, ki je teoretično ranljiva za dovolj zmogljiv kvantni računalnik, na katerem teče Shorjev algoritem. Taproot ne poveča ranljivosti bitcoina za kvantne napade v primerjavi s starejšimi vrstami naslovov, saj vsi uporabljajo isto krivuljo secp256k1. Vendar pa naslovi Taproot javni ključ razkrijejo neposredno v verigi v trenutku ustvarjanja izhoda, medtem ko starejši naslovi in naslovi SegWit v0 javni ključ razkrijejo šele ob porabi izhoda. Osnutek predloga z imenom BIP-360 je predmet živahne razprave kot pot k možnostim podpisovanja v postkvantnem obdobju, čeprav nobena nadgradnja ni neposredno pred vrati.

Kaj bo Taproot omogočil v prihodnosti

Številni primeri uporabe Taproota so še v razvoju. Tri področja so vredna pozornosti:

• Nadgradnje omrežja Lightning Network. Usmerjanje PTLC in oblikovanje kanalov na podlagi algoritma Schnorr se postopoma uvajata v različne izvedbe omrežja Lightning, s čimer se izboljšuje zasebnost plačil in omogočajo bolj zapletene strukture kanalov.
• Taproot Assets. Taproot Assets, ki ga je podjetje Lightning Labs prvotno predstavilo pod imenom Taro in ga leta 2023 preimenovalo, je protokol za izdajanje zamenljivih in nezamenljivih sredstev na omrežju Bitcoin z uporabo strukture zavez Taproot, ki omogoča prenos teh sredstev prek omrežja Lightning. Gre za povsem drugačno oblikovalsko filozofijo kot pri Ordinals in Runes, saj je protokol optimiziran za stabilne kriptovalute in druge finančne instrumente, ne pa za zbirateljske predmete.
• Trezorji in napredno hranjenje. Struktura MAST v Taprootu omogoča praktično vzpostavitev bitcoinovih trezorjev – denarnic, v katerih so izplačila časovno omejena, kjer je mogoče preklicati ogrožene ključe in kjer lahko soobstajajo več poti za obnovo, ne da bi bilo treba zanje plačevati v verigi, razen če se dejansko uporabijo. To je še posebej pomembno za institucionalno hrambo in za rešitve za samostojno hrambo, ki morajo uravnotežiti varnost in uporabnost.

Zaključek

Taproot je ena najpomembnejših nadgradenj v zgodovini bitcoina. Z njim so postali podpisi učinkovitejši, zapletene transakcije so postale videti kot preproste, razvijalcem pa je zagotovil prožnejšo osnovo za nadaljnje razvojno delo. Poleg tega je – skoraj po naključju – odprl vrata za nemonetarne načine uporabe bitcoinove verige blokov, ki so se močno oddaljili od prvotnega obsega njene zasnove.

Za vsakodnevne uporabnike je praktični izid jasen. Naslovi Taproot so v mnogih primerih cenejši za porabo, zagotavljajo večjo zasebnost pri uporabi z multisigom ali Lightningom ter postajajo vse pogostejša privzeta nastavitev v novejših denarnicah. Za razvijalce je Taproot temelj, na katerem se zdaj gradi večina resnih razvojnih projektov v zvezi s protokolom Bitcoin. Za sam protokol pa je opomnik, da lahko previdne in konzervativne nadgradnje infrastrukture osnovnega sloja prinesejo učinke, ki daleč presegajo tisto, kar so načrtovali njihovi oblikovalci.