觀點 | 為什么說比特幣的打浦路（Taproot）比你想的寬_比特幣:Proof

作者：阿劍

原文標題:《打浦路比你想的寬》,文章題目來自Bitcoiner熊越。

比特幣的Taproot軟分叉升級將于比特幣區塊高度709632處激活。此次升級包含了許多重要而精彩的內容，然而，在中文世界里卻缺乏足夠的重視。本文將從技術角度簡要介紹Taproot的升級內容，并以此體現比特幣的發展方向。

常見的說法是，Taproot提升了比特幣的隱私性、智能合約功能性、同質性，云云。但是，要想理解Taproot升級的內容和想象空間，我們得先了解一些比特幣。

比特幣上的智能合約

許多人不了解的是，比特幣也支持編程智能合約2，只不過其智能合約的類型與其他區塊鏈的不同。詳細解釋這種區別需要專門的一篇文章，這種區別在這篇文章里也不重要。這里僅僅介紹比特幣智能合約編程的幾個常見的模塊3，方便大家理解其應用場景：

多簽名合約。比特幣支持多簽名授權使用資金：在N個記錄好的公鑰中，必須有M個公鑰所對應的私鑰簽名，該筆資金才可動用。比特幣支持最多15個公鑰的多簽名合約。時間鎖。用戶可以使用兩種類型的時間鎖來規定一筆資金的可用時段：CLTV，絕對時間鎖，以具體的時間或具體的區塊高度來定義，過了這個時間才可動用；CSV，相對時間鎖，比如生成該項資金的交易上鏈的1000個區塊后，該筆資金才可動用。多條件編程。即在腳本中使用“IF...ELSE...”式的語句，為同一筆資金設定多個解鎖條件，任一條件滿足即可使用該資金。比如：“A公鑰所對應的私鑰可解鎖，或者，在區塊高度XXXX以后，B公鑰所對應的私鑰可以解鎖，或者，在該交易上鏈的YYYY個區塊以后，A、B、C三個公鑰中任意兩個所對應的私鑰可以解鎖”如讀者可以想象的，這幾個模塊看起來非常簡單，組合起來可能性卻非常多：多簽名合約定義了不同主體的權限，可以適應極為豐富的應用場景，從公司運營，到家庭金庫；時間鎖則規定了不同主體在不同時段的權限。而多條件則顯著放大了這些權限控制的組合效果。

外媒：拜登同意美財長耶倫的反加密貨幣觀點:美國新聞秘書Jen Psaki在周四的新聞發布會上表示，對于監管加密貨幣，拜登總統遵從了財政部長珍妮特·耶倫（Janet Yellen）的觀點。據悉，在今年1月的確認聽證會上，耶倫對立法者呼吁，應“減少”加密貨幣的使用。她表示：“我認為我們確實需要研究減少使用加密貨幣的方式，并確保不會通過這些渠道進行洗錢。”（U.Today）[2021/4/16 20:25:12]

你甚至僅憑幾個條件，就可以做出一個支持社交恢復、帶遺產分配效果的合約：“我可以控制這筆資金；如三個月無人動用，我和四個朋友，五取其三可以一起控制這筆資金；如果一年無人動用，我的妻子可以控制這筆資金”。

但是，這些合約要實際上派上用場，兩個因素就不能忽視：效率性和隱私性。

效率性的意思是，比特幣交易的手續費是根據交易的體積來計算的，更多條件的腳本會占用更大的空間，交易費也會更高。

隱私性的考量是，腳本曝光會使其他人知道某些公鑰之間是有身份關聯的，更容易分析出公鑰主人的真實身份。

在當前，比特幣的合約體現為P2SH“地址”。其特點是，在生成合約時，腳本可以不公開，有需要的直接給腳本的哈希值支付；但是，這些資金在花費時，與這個哈希值對應的腳本就要完全公開出來放到交易中。以多簽名合約為例，其他人可以直接給這個多簽名合約腳本的哈希值支付，但是，當多簽名合約的參與者要使用這些資金時，就必須把整個腳本公開3。

此外，在SegWit升級以前，單簽名的個人錢包與合約錢包是涇渭分明的，前者是P2PKH地址，后者是P2SH地址，僅從地址上就可以看出來，這又是一個對隱私不利的因素。在SegWit升級之后，支持隔離見證的個人錢包也可采取P2SH的形式，但原生隔離見證地址和合約地址仍然是涇渭分明的4。

觀點：加密礦業股可能會繼續在“現代數字淘金熱”中擊敗比特幣:據CoinDesk消息，根據FundStrata的研究，在過去的一年中，加密貨幣礦業股票的表現超過了比特幣。FundStrat指出，比特幣和更廣泛的加密市場是“現代數字淘金熱”，這意味著加密礦業股票可能會進一步上漲。因為礦工在確保比特幣網絡正常運行方面發揮著至關重要的作用，所以投資者一直在尋找機會接觸礦業公司，礦業公司以挖掘比特幣的形式產生收入。另外，FundStrata表示，投資者也需要注意，礦業公司股票可能是比特幣的高風險投資。當加密貨幣進入熊市周期時，預計礦業股票的下行波動性將大于比特幣。[2021/3/20 19:02:29]

了解了這些以后，讓我們來看看Taproot升級的三大部分如何做得更好。

默克爾抽象語法樹

默克爾化抽象語法樹5的含義是，在比特幣的腳本驗證中支持驗證默克爾證據。

默克爾樹是將多個數據元素哈希成一個哈希值的密碼學方法。其結構和哈希函數的特點決定了，可以提供一些證據來證明，某個數據元素參與生成了這個哈希值。如下圖所示：我們將數據元素兩兩不斷哈希，最終生成一個默克爾根。

3

同理，如下圖，當我要證明紅色數據“Banana”參與生成了紫色的哈希值時，我只需提供紅色數據和三個綠色的哈希值就可以了，無需曝光實際上共同生成了默克爾根的其余7個元素。這就是默克爾樹和默克爾證據的作用。

觀點：真正的DeFi項目可能會擺脫監管行動:8月18日消息，Brookwood律師事務所的常務董事Collins Belton認為，對于立法者來說，真正的DeFi項目與ICOs相比屬于不同的法律問題，后者的集中化操作和安全類代幣的發行在DeFi領域基本上沒有，所以真正的DeFi項目可能會擺脫監管機構的監管。但他認為，穩定幣項目可能會受到更多的監管（decrypt）[2020/8/18]

IndividualMerkleproofsforBanana,PeachandKumquat

聰明的讀者一定想到了，有了這個功能，合約的編寫者就可以把多個條件劃為不同的數據元素，哈希出一個默克爾根值來；在需要以某個條件來解鎖比特幣時，只需證明這個條件在這棵默克爾樹上即可，無需公開所有其他條件。

沒錯，這正是MAST的妙用。如下圖所示，這筆資金的解鎖條件有兩個，而編寫者把它們分割了開來，用默克爾樹抽象成了一個哈希值，在以任一個條件解鎖使用時，都不需要公開另一個。

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MAST在P2SH的基礎上邁出了一大步，其提升效果首先體現在隱私性上：原本在P2SH中，合約在使用時就一定要公開全部的腳本內容，不論那些內容用到沒用到，都必須公開；現在，有了MAST，用戶就只需要公開需要用到的解鎖條件，無需公開全部內容了；同時，別人也根本不知道你還有多少個條件。

其次，它還在效率上有所提升：用戶只需提供需要用到的部分腳本，及其默克爾證據，在整個腳本比較龐大時，這種體積節約的效果會非常明顯。

觀點：隨著DeFi對比特幣需求爆炸式增加，WBTC將保持強勁增長趨勢:自周日以來，比特幣被標記的數量比礦工實際挖出的比特幣數量多了1043枚，因為基于以太坊的DeFi熱潮沒有減弱的跡象。根據Dune Analytics最新統計數據，以太坊上已經有近31000個比特幣被標記，其中75%是由WBTC鑄造的。在5月中旬新代幣的數量激增之前，以太坊代幣化比特幣供應量一直徘徊在3000以下。比特幣標記化的速度表明，在新興的基于以太坊的DeFi應用網絡中使用比特幣的需求激增。三箭資本聯合創始人Kyle Davies表示：“隨著DeFi對比特幣的需求爆炸式增加，WBTC將繼續保持強勁增長，我預計這一趨勢將持續下去。”（Coindesk）[2020/8/15]

由此，未來的比特幣用戶可以編寫條件非常多的合約，獲得更好的控制效果而只需支付更少的手續費；甚至，可以有意包含一些垃圾條件來充實默克爾樹，獲得隱私提升的效果。

這也是本篇副標題“哈希即銀行”的由來：比特幣的腳本實際上全部圍繞著資金的控制，實現這種控制的關鍵一環正是多條件，而有了MAST，即使是極多條件的資產管理腳本，也可以壓縮成一個哈希值，在使用時僅需暴露一部分。成本的降低可以打開非常多的可能性，等待錢包開發者去一探究竟。

Schnorr簽名

Taproot升級之后，比特幣將不僅支持基于橢圓曲線的密碼學簽名，還支持Schnorr數字簽名方案6。

Schnorr簽名的構造方法在此不提，我們僅介紹其重要屬性：簽名/密鑰聚合——多個私鑰的簽名，可以聚合成一個簽名，看起來仿佛是一把私鑰簽出的。簽名時，仍然是各私鑰持有者各自簽名的；驗簽時，卻仿佛這些簽名是一把對應于已知公鑰的私鑰簽出的。

也就是說，有了Schnorr簽名，其他人就無法分辨一個簽名到底是單人簽出的，還是多人共同簽出的了；多簽名的解鎖條件，可以用一個聚合公鑰來替代。所有n-n的多簽名合約，都可以享受到Schnorr簽名提供的隱私保護。其最顯然的應用就是閃電網絡通道，因為閃電網絡通道是一個2-2的多簽名合約；此后，其他人就無法憑借簽名的數量來分辨支付通道和個人用戶了。

觀點：DeFi代幣交易預期回報越高 對gas的需求就越高:Coinbase機構覆蓋團隊工作人員Max Bronstein發推文稱，無論是DeFi流動性挖礦(Yield Farming)還是DeFi代幣交易，交易的預期回報越高，對gas的需求就越高。gas只是衡量一項金融交易能否產生回報的另一項指標。（Cointelegraph）[2020/7/20]

至于m-n的多簽名合約，也不用擔心，別忘了我們有MAST：我們可以把所有可能解鎖的情形都化成一個分支，在使用某個分支時，所提供的簽名也只需是聚合簽名。例如，假設我們要做一個2-3的多簽名合約，在公鑰A、B、C中三取其二，這個多簽名合約效果等同于“要么解鎖、要么解鎖、要么解鎖”，這可以理解為一個多條件的腳本，每個條件都是一個2-2多簽名，因此也都可以用相應的聚合公鑰來定義解鎖條件。所以，當我們需要以某種組合解鎖資金時，只需用MAST暴露一個分支、提供一個簽名，他人依然不知道這到底是一個人，還是兩個人，還是多個人。

還沒完呢。

Taproot

按我們這種理解的路徑，Taproot升級的最后一個部分就是Taproot，是其名字的由來。在提出這個概念時，GregoryMaxwell寫道7：

在討論默克爾化腳本時，一個大家常常提起的問題是，我們能否實現一種精巧的合約，使其與最常見、最無聊的支付沒有分別。不然的話，使用這些時髦技術的輸出的匿名集，也就是另一個小眾集合而已，在實踐中沒有多大的意義。在這里，Maxwell敏銳地抓住了問題的要點：比特幣的隱私保障來自于“大隱隱于市”，最好所有的資金單元看起來都一個樣，這樣用戶的真實身份、真實構成才最難把握。但是，在引入新的功能時，總免不了要提出新的“地址”類型，如果使用這種功能的用戶很少，則每一個用戶暴露真實身份的可能性都會大大增加，而這一點可能導致這些新功能根本不會被使用，從而失去意義。

而且，盡管MAST在合約的隱私性上有重大作用，但如果還像過去那樣，個人錢包是個人錢包，合約錢包是合約錢包，一目了然的話，就不能不說，這樣的隱私性仍然是有瑕疵的。

人們亟需一種辦法，來終結這種個人錢包/合約錢包的區分，為比特幣的隱私性補上點睛之筆。為此，最起碼要實現的一點是，這種帶有合約的錢包，在用戶個人日常使用中，其代價與普通的個人錢包沒有區別。

Taproot就是這樣的一種辦法，它利用了密鑰聚合的特點，提出了自帶兩種使用路徑的腳本模式：一種是n-n的多簽名合約；另一種是用戶自定義的合約腳本。

沿用Maxwell原文中的例子：假設兩個用戶各有公鑰A、B，兩人聚合公鑰A+B=C，再生成最終公鑰P=C+H(C||S)*G，其中S為自定義的腳本。就以這個最終公鑰P來定義資金的解鎖條件。假設兩個用戶都在線，他們很容易可以共同使用這筆資金，只要其中一方在簽名時在自己的私鑰里加上H(C||S)即可；如果只有其中一方在線，比如S定義了B可以花費資金的條件，Taproot的規則使得公鑰B用戶可通過揭示聚合公鑰P以及H(C||S)并提供可以滿足S的條件來使用資金。這里用的是2-2多簽名合約，但用戶可以想到，只要密鑰聚合的技術可用，1-1也就是單簽名同樣可以利用這種編寫腳本的辦法。重要的是：盡管這是一個帶有自定義合約的資金，但在不動用合約、僅使用n-n多簽名時，其手續費成本與單簽名解鎖的資金沒有區別！在n-n多簽名使用時，他人完全不知道這筆資金還可以用其他方式來解鎖使用！

這樣一來，個人用戶和合約用戶都可以統一在一種腳本模式下，個人用戶放心給自己的資金加上合約，無需擔心日常會付出更高的手續費代價；合約用戶與個人用戶因為使用同一種“地址”而享受到更大的匿名集，甚至于在大部分情況下都無需暴露自己使用了合約。皆大歡喜。

總而言之，在Taproot之后，他人將無法從地址形式上分辨一個P2TR地址到底是個人用戶還是合約用戶；由于Schnorr簽名的效果，當這個地址里的資金使用單簽名來解鎖時，他人將無法分辨這到底是一個人在使用，還是n個人一起使用，也無法知道這個地址是否還有自定義的腳本；由于MAST的效果，當用戶使用自定義的腳本來花費資金時，只需暴露需要用到的部分腳本；他人雖然知道了這個地址有自定義的腳本，但整個腳本到底包括哪些條件，仍然是不可知的。

因此，盡管有人質疑Taproot可能反過來給比特幣的隱私性帶來損害7，但我完全不這么擔心。因為Taproot“地址”在便利性、隱私性、經濟性上，都已毫無疑問是比特幣史上最佳，它完全有希望可以統一比特幣的“地址”類型，形成比特幣有史以來最大的匿名集。

結語

對于了解一些密碼學技術的人來說，學習比特幣的開發和升級是很愉快，乃至令人眼界大開的事。在其升級中，你可以看到人們孜孜不倦地使用密碼學來不斷優化這個系統——得益于這個系統本身的模塊化特性，這些優化都真實可感。Taproot正是其中的代表。

我相信，學習比特幣的過程會告訴讀者，什么才是真正的“密碼學貨幣”。

Taproot可能是比特幣歷史上最重要的一次升級，將造就有史以來最純粹的密碼學貨幣——將密碼學利用到極致、最輕量、生命力最頑強的貨幣。

致謝

感謝@hou123，@曾汨對本文的富有教益的反饋。

腳注：

比特幣升級提案Taproot技術解讀，https://www.btcstudy.org/2021/09/29/bitcoin-taproot-a-technical-explanation/BitcoinWiki·智能合約，https://en.wikipedia.org/wiki/Smart_contract精通比特幣中譯本·第七章：高級交易和腳本，https://github.com/tianmingyun/MasterBitcoin2CN/blob/master/ch07.mdTypesofBitcointransactions-PartIISegwit，https://blog.susanka.eu/types-of-bitcoin-transactions-part-ii-segwit/什么是比特幣默克爾化抽象語法樹，https://www.btcstudy.org/2021/09/07/what-is-a-bitcoin-merklized-abstract-syntax-tree-mast/Schnorr簽名如何提升比特幣，https://www.btcstudy.org/2021/09/09/how-schnorr-signatures-may-improve-bitcoin/Taproot:Privacypreservingswitchablescripting，https://lists.linuxfoundation.org/pipermail/bitcoin-dev/2018-January/015614.html用大白話解釋Taproot對隱私性的影響，https://www.btcstudy.org/2021/09/23/explain-like-im-not-a-developer-taproot-privacy/

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