ビットコイン原生拡張技術の新たな高み：タップルートコンセンサス技術ホワイトペーパーの解析

イントロダクション

最近、ビットコイン Layer2 開発チームが《タップルート コンセンサス：分散型 BTC Layer2 ソリューション》技術ホワイトペーパーを発表しました。この文書は、タップルート コンセンサスの実現方法と、シュノア署名、MAST、ビットコイン SPV ノードなどのビットコインネイティブ技術を利用して完全に分散型の BTC Layer2 ソリューションを構築する方法を詳細に説明しています。

タップルートコンセンサスプランは、ビットコインのネイティブな拡張技術に対する深い理解と革新的な応用を示しています。ビットコインのコードに対して何の修正も行わず、ビットコインのいくつかのコア技術を巧みに組み合わせており、考え方が明確で、構造が精巧です。

このホワイトペーパーを深く探求する前に、ビットコインの技術的発展の歴史を振り返る必要があります。そうすることで、タップルートコンセンサスがどのようにビットコインの進化から生まれたのかをよりよく理解できるでしょう。

一、ビットコイン技術発展の歴史

2008年10月31日

ビットコインホワイトペーパー『ビットコイン：あるピアツーピア電子現金システム』が発表され、初めてビットコインの完全な技術実装方案が提案された。

ホワイトペーパー第八章では、SPV (Simple Payment Verification) ソリューション、つまり簡単な支払い検証について紹介しています。これは、ビットコインのフルノードを運用することなく、ブロックヘッダーを保存するだけで支払いを検証できる技術手段です。

2009年1月3日

ビットコイン創世ブロックはヘルシンキの小型サーバーで採掘され、ビットコインの正式な誕生を示しています。

注目すべきは、ビットコインが最初に楕円曲線署名技術（ECDSA）を採用したのに対し、より適したシュノール署名技術を使用しなかったことです。これは当時、シュノール署名がまだオープンソースではなく、特許保護期間中であったためです。

シュノール署名は、楕円曲線署名のすべての機能とセキュリティ仮定を保持しつつ、ビットコインの楕円曲線署名の下で最大15重のマルチシグの制限を突破し、最終的に1000以上のアドレスがビットコインを共同管理でき、署名速度に影響を与えません。

2018

多年の検証を経て、ビットコインのコア開発者は、シュノール署名をビットコインネットワークに導入する提案を正式に提出しました。

2021年11月14日

ビットコインはタップルートアップグレードを完了し、シュノール署名が正式にビットコインネットワークに組み込まれ、全く新しい分散型マルチシグ時代が始まりました。

施ノール署名に加えて、タップルートアップグレードはMAST（マーベル化抽象構文木）、すなわちマークル抽象構文木を導入しました。この技術はビットコインにスマートコントラクトに似た機能を与え、複数の条件分岐の契約ロジックをマークルツリーの形式に整理することで実現します。

シュノール署名はビットコインのマルチシグアドレスを1000以上に拡張でき、MASTはビットコインプログラムを通じてシュノール署名アドレスをマルチシグで駆動することができます。したがって、シュノール署名とMASTの組み合わせにより、人工署名を必要とせずにビットコインのコード指令によって駆動される非中央集権的なビットコインマルチシグネットワークを実現することができます。

これは、ビットコインが信頼を必要とせずにレイヤーの制限を突破し、レイヤー2でより複雑で豊かなビジネスシーンを実現できることを意味します。

そしてタップルートコンセンサスソリューションは、ビットコインの13年間の技術的進化の集大成なのです。

二、タップルートコンセンサス解決策概要

タップルートコンセンサス技術ホワイトペーパーの冒頭では、ビットコインネットワークの非チューリング完全性が、イーサリアムのロールアップのようなLayer2拡張ソリューションを直接実現することを制限していると指摘しています。ビットコインネットワークのスクリプト契約層は、単純な送金操作しか行えず、より複雑なスマートコントラクト機能をサポートすることができません。したがって、ビットコインのスクリプトレイヤーの観点からLayer2拡張ソリューションを構築することは不可能です。

この説明は、ビットコインネットワークの非チューリング完全性と、ビットコインスクリプト契約がビットコインの送金操作のみを実行できるという制限を高く要約しています。したがって、ビットコインの拡張の正しい方向は、ビットコインの第一層ネットワークに手を加えるのではなく、ビットコインの既存の能力を利用して、完全に分散化されたビットコインの第二層拡張ソリューションを構築することです。

タップルートコンセンサスは、ビットコインのタップルート技術（シュノール署名とMAST）、ビットコインSPVライトノード、およびBFT PoSコンセンサス機構を統合し、分散型で高度に一貫性のあるLayer2ネットワークを構築しました。

三、タップルートコンセンサスアーキテクチャの詳細

タップルートコンセンサスは、Schnorr+Mast、ビットコインSPV、そしてAura+Grandpaの三つの部分から成り立っています。

Schnorr+Mastは、ビットコインのタップルートアップグレードによってもたらされたこの2つのネイティブ技術を利用して、ビットコインの非中央集権的なマルチシグ管理を実現します。人工的な署名は必要なく、ビットコインのコードによって駆動されます。

これらのコードは、二層ネットワークによって達成されたコンセンサスによって駆動されます。

二層ネットワークはどのようにコンセンサスを達成し、これらのコンセンサスがビットコインの一層とどのように状態を同期させるのか？

これがビットコインSPV+BFT POSコンセンサス（Aura+Grandpa）の役割です。

Bitcoin SPV は簡単な支払い検証方式で、フルノードを実行することなくビットコインの取引を同期および検証できます。この特性により、タップルートコンセンサスは完全に非中央集権的な環境で、いかなる許可もなくBTCの状態を同期できるようになります。

Aura+Grandpaは、バイザンチンフォールトトレラントを実現する高度なPoSコンセンサスプロトコルであり、分散プロトコルを通じてネットワークノードの高度な一貫性を確保します。

タップルート合意の三部分の運行原理：

システム内では、各バリデーターが Schnorr 署名用の BTC 秘密鍵を保持しています。Schnorr 署名の特性により、効率的な署名の集約が実現され、システムの安全性と効率性が向上します。Musig2 マルチシグネチャ方式によって生成された集約公開鍵 Pagg は、大規模な MAST（マークル抽象構文木）を形成します。

MASTツリーのルートハッシュ値が生成された後、検証者はMASTツリーで生成された閾値署名アドレスにBTCを転送し、刻印操作を行うことで、BTCメインネットから第2層ネットワークにデータを提出する機能を実現します。同時に、各検証者はBitcoin SPV（簡略化された支払い確認）ライトノードとして機能し、BTCネットワークの状態を安全かつ無許可で同期できるようにします。

簡単に言うと：

タップルートコンセンサスは、ビットコインのレイヤー1でSchnorr+Mastを使用して分散型BTCマルチシグ管理を構築し、レイヤー2でビットコインSPVノードネットワークを運営します。レイヤー2ネットワークはすべてビットコインSPVノードを運営しており、これらのノードはビットコインレイヤー1のデータ状態を同期でき、レイヤー2とビットコインレイヤー1の情報同期を実現します。レイヤー2ネットワークの安全性と信頼性を保障するために、タップルートコンセンサスはビットコインSPVノードネットワークとAura+Grandpaを統合し、ビットコインSPVノードネットワークはBFTコンセンサスの安全レベルを備えています。これは、レイヤー2ネットワークの資産を管理するのが特定のマルチシグの人々ではなく、BFTコンセンサスに依存して動かされることを意味し、真の分散化を実現します。

第四に、イエローブックのその他の技術的な詳細

上記の技術フレームワークに加えて、Taproot Consensus のホワイトペーパーでは、シュノール署名、MAST、ビットコイン PSV ライトノード、Aura+Grandpa などの技術の実装詳細が詳しく説明されています。ビットコインの最新技術を学び、理解したい人にとって、このホワイトペーパーは包括的かつ詳細な学習資料です。

さらに、ホワイトペーパーは Musig2 の実装プロセスと、他の BTC Layer2 プロジェクトの技術的な違いについても詳しく説明しています。

いくつかのプロジェクトの基盤となる技術構造はtBTCプロトコルに基づいています。tBTCはビットコインのマルチシグを利用して、閾値署名ネットワークを構築しています。この構造は従来の分散型ネットワークに比べて、より強い一貫性を持っています。

しかし、tBTCは依然として多数の署名者が必要なマルチシグネットワークです。人に依存せず、合意によって駆動することを真に実現するためには、マルチシグネットワークとBFT PoS（ビザンチン耐障害性プルーフ・オブ・ステーク）合意メカニズムを組み合わせる必要があります。これが分散型ネットワークとブロックチェーンの違いでもあり、分散型ネットワークは分散性を強調しますが、ビザンチン耐障害性の合意が欠けています。一方、ブロックチェーンは分散型ネットワークでありながら、ビザンチン耐障害性合意によって駆動されるため、真の非中央集権的ネットワークなのです。

タップルートコンセンサス方案は、このようなより先進的な設計を採用しました。Schnorr署名、MAST、ビットコインSPV軽ノード、およびAuraとGrandpaのバイザンチンフォールトトレランスコンセンサスメカニズムを組み合わせることで、高度な一貫性と安全性を持つ分散型Layer2拡張方案を構築しました。この融合は、ビットコインネットワークの拡張性と可用性を向上させるだけでなく、二層ネットワークの安全性と一貫性を確保します。

まとめ

この技術ホワイトペーパーは、タップルートコンセンサスの実装計画と技術的詳細を体系的かつ包括的に説明しており、ビットコインのネイティブ技術に完全に基づいて構築されたビットコインの第2層ソリューションを示しています。

タップルートコンセンサスは、ビットコインの元々の技術方向を尊重し、継承するだけでなく、ビットコインの歴史的なアップグレードからの技術を組み合わせた革新を行い、真の意味でのビットコインのネイティブ拡張技術の集大成者です。

ビットコインエコシステムの不断の発展と共に、人々は徐々に真の分散型ビットコイン二層ソリューションがビットコインエコシステムの発展における必然の道であることを認識するようになるでしょう。そして、タップルートコンセンサスのようなソリューションが未来において重要な役割を果たすでしょう。

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