ビットコイン技術革新の集大成：デプス解析 タップルート コンセンサス 技術方案

2024年5月20日、あるビットコインLayer2開発チームが「Taproot Consensus：分散型BTC Layer2ソリューション」という技術ホワイトペーパーを発表しました。本書では、タップルートコンセンサスの実現方法や、シュノール署名、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、完全に分散化されたBTC Layer2ソリューションを構築する方法について詳述しています。

全文を通読すると、このTaproot Consensusプランが確かにビットコインのネイティブ拡張技術の集大成であることが感じられます。ビットコインのコードに対して何の変更も加えず、ビットコインのいくつかのコア技術を巧みに統合しており、思考が明確で、構造が精巧です。

黄皮書を深く解読する前に、ビットコインの技術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・コンセンサスがビットコインの進化の脈絡からどのように生まれたのかを理解できます。

一、ビットコイン技術の発展の回顧

2008年10月31日、中本聡は「ビットコイン：ある点対点の電子現金システム」という論文を発表し、ビットコインの完全な技術実現方案を正式に提案しました。論文の第八章では、SPV (Simple Payment Verification)ソリューション、つまり簡単な支払い確認について言及されています。これは、ビットコインの全ノードを運営することなく、ブロックヘッダーを保存するだけで支払いを確認できる技術手段です。

2009年1月3日、中本聡はヘルシンキの小型サーバーで創世ブロックを掘り出し、ビットコインの正式な誕生を示しました。注目すべきは、ビットコインの初期コードにおいて、中本聡が楕円曲線署名技術（ECDSA）を使用したことであり、ビットコインにより適したシュノア署名技術ではなかったことです。これは、その当時シュノア署名がまだオープンソースではなく、特許保護期間内であったためです。

2018年、長年の反復検証を経て、ビットコインコア開発者のグレゴリー・マクスウェルなどが正式にBIPを提案し、シュノア署名をビットコインネットワークに導入することを提案した。

2021年11月14日、ビットコインはタップルートの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、ビットコインは新しい分散型マルチシグネチャ時代を迎えました。シュノール署名に加えて、タップルートのアップグレードはMAST（Merkelized Abstract Syntax Trees）、すなわちマークル抽象構文木を導入しました。これはビットコインにスマートコントラクトのような機能を与える技術です。

シュノ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ル署名アドレスでマルチシグを実行できます。したがって、シュノル署名とMASTの組み合わせにより、手動署名なしで、ビットコインコード指令によって駆動される分散型ビットコインマルチシグネットワークを実現できます。

これは、ビットコインが信頼を必要とせずに一層の制限を突破し、二層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、ビットコインが2008年から2021年の13年間の技術の進化の集大成です。

二、TAPROOTコンセンサス解決策の概要

タップルートコンセンサス技術の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備性が、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では、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はできません。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備性と、ビットコインスクリプト契約がビットコイン転送操作のみを実行できるという特性を高度に要約しています。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で作業をすることではなく、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。

Taproot Consensusは、ビットコインのTaproot技術（Schnorr署名とMAST）、ビットコインSPV軽ノード、そしてBFT PoSコンセンサス機構を融合させて、分散型で高度に一貫したLayer2ネットワークを構築したものです。

三、タップルートコンセンサスアーキテクチャの詳細

Taprootコンセンサスは、シュノール+マスト、ビットコインSPV、オーラ+おじいちゃんの3つの部分で構成されています。

Schnorr+Mastは、ビットコインのタップルートのアップグレードから得られるこの2つのネイティブ技術を組み合わせることで、ビットコインの非中央集権的なマルチシグ管理を実現でき、手動での署名を必要とせず、ビットコインのコードを使用して駆動します。

では、これらのコードを動かすのは誰ですか？答えは、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動かされることです。

二層ネットワークはどのように合意を形成し、これらの合意がビットコイン一層とどのように状態を同期させるのか？これがBitcoin SPV+BFT POS合意（Aura+Grandpa）の役割である。

ビットコイン SPVは中本聡が提案した簡易な支払い検証方法で、フルノードを運用することなくビットコイン取引を同期・検証できます。この特性により、TAPROOT コンセンサスは完全に非中央集権の環境で、許可なしにBTCの状態を同期させることができます。

Aura+Grandpaは、分散型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する、比較的一般的な実装のビザンチンフォールトトレランスの高度なPoSコンセンサスプロトコルです。

Taproot Consensusの3つの部分の動作原理をまとめる：システム内の各検証者は、Schnorr署名に使用されるBTCプライベートキーを保持しています。Schnorr署名の特性により、高効率な署名の集約が可能になり、システムの安全性と効率性が向上します。Musig2マルチシグネチャスキームによって生成された集約公開鍵Paggは、大規模なMASTツリーを形成します。

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ツリーが生成し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送信する機能を実現します。同時に、各検証者はBitcoin SPV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なります。

簡潔に言えば、Taproot Consensusはビットコインのレイヤー1でSchnorr+Mastを使用して分散型のBTCマルチシグ管理を構築し、レイヤー2ではBitcoin SPVノードネットワークを運営します。あるレイヤー2ネットワークを例にとると、その全てはビットコイン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のレイヤー1のデータ状態を同期できるため、レイヤー2ネットワークとビットコインのレイヤー1の情報の同期を実現します。レイヤー2ネットワークの安全性と信頼性を確保するために、このプランはビットコインSPVノードネットワークとAura+Grandpaを統合しており、ビットコインSPVノードネットワークがBFTコンセンサスの安全レベルを持つことを可能にします。これは、レイヤー2ネットワークの資産を管理するのは特定のマルチシグ関係者ではなく、BFTコンセンサスによって駆動されることを意味し、真の分散化を実現します。

第四に、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黄皮書は、シュノール署名、MAST、ビットコインSPV軽ノード、Aura+Grandpaなどの技術の実装詳細についても詳しく説明しています。ビットコインの最新技術を学び、理解したい人にとって、この黄皮書は非常に包括的で詳細な学習資料です。

さらに、ホワイトペーパーはMusig2の実装プロセスや、他の有名なBTC Layer2プロジェクトとの違いについても詳しく説明しています。例えば、あるプロジェクトの基盤技術構造は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ネチャを利用して、しきい値署名ネットワークを構築しており、この構造は従来の分散型ネットワークに比べて、一貫性が強いという特長があります。

しかし、tBTCは依然として9人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、コンセンサス駆動で実現するには、マルチシグネットワークとBFT PoS（ビザンチンフォールトトレランス・プルーフオブステーク）コンセンサスメカニズムを組み合わせる必要があります。これが分散ネットワークとブロックチェーンの違いでもあります。分散ネットワークは分散性を強調しますが、ビザンチンフォールトに対するコンセンサスが欠けています。一方、ブロックチェーンは分散ネットワークでもありますが、ビザンチンフォールトコンセンサスに依存して駆動されるため、真の分散型ネットワークなのです。

タップルートコンセンサスプランは、このより先進的な設計を採用しています。Schnorr署名、MAST、ビットコインSPVライトノード、AuraおよびGrandpaビ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により、高度な一貫性と安全性を持つ分散型Layer2拡張プランを構築しました。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も確保しています。

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方法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レイヤー2ソリューションを私たちに示しています。

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、ビットコインのこれまでのアップグレードから得られた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に伴い、人々は徐々に、真に分散化されたビットコインの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とって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というこのソリューションが真に輝くことになるでしょう。

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