Taproot简介二

之前写过一篇从技术层面解读Taproot：《Taproot简介》，这次再多啰嗦解读几句（不带公式的）。

生活中的合约、合同通常有以下一些特征：

• 通常，合约是双方或多方的。
• 合约的双方并不绝对信任对方，如果可以绝对信任对方，则不需要合约。
• 合约的双方一般假设对方大概率会履约：如果还没交易就已经认为对方不会履约，可能会选择不交易，或使用一些合约条款（如惩罚）保证对方履约。
• 设计正确的合约，应该让双方在履约的情况下均会得到较大利益（或较少损失）
• 因此在绝大部份情况下，合约都不会有争议，双方都会合作实行合约条款。在这种情况下，合约条款一般会得到保密，不为第三方所知。
• 若过程中出现争议（不合作）的情况，需要由第三方机构（如法院）进行仲裁。在这种情况下，合约条款需要公开，提供给律师、法官等。

比特币链上是可以写简单合约的，例如n/m式的多重签名机制、闪电网络等。区块链的合约通常称为智能合约。

• 所有合约的特性都适用于智能合约，只是区块链规则担当了仲裁的角色，换言之Code is Law。
• 但现在比特币的智能合约，不论是2009年中本聪的原始设计，2012年出现的P2SH，还是2017年的隔离见证(P2WSH)，都有一个共同的问题：无论立约双方是否合作，合约内容必须完全公开，即合约脚本必须公开。当花费时必须提供合约脚本全部内容才能进行校验。
• 公开合约内容主要带来两个问题
  • 交易成本：智能合约一般都需要多个签名，加上合约内容本身，占用更多区块空间，令交易手续费上升。
  • 隐私问题：第三方可以监察区块链，通过合约内容的特征，追踪资金的流向和推断合约参与者的身份。

ECDSA

ECDSA是比特币诞生到现在唯一的签名验证机制。

• 数字签名是比特币认证交易合法性的最重要手段，确权的唯一标准。
• 自2009年以来，比特币均使用ECDSA为数字签名标准（包括P2PK, P2PKH, 2012年的P2SH, 2017年的P2WPKH和P2WSH）。
• 比特币的公/私钥系统是线性的，因此我们可以把多个私钥相加，也可以把对应的多个公钥相加，这样产生的新私钥和新公钥仍然是一对。这是HD钱包的理论基础。
• 但ECDSA的签名是非线性的，因此简单的把多个签名结果加起来，则不再是有效的签名
• 因此一直以来，比特币的多签署交易均需要在区块链公开多个签署，问题和智能合约相同（交易成本，隐私问题）。
• 201方的多方签署人数的理论极限（P2SH大概只容许最多16方）。

Schnorr

再说一下Schnorr签名算法。

• Schnorr签署的专利于2008年才失效，当时没有广泛的开源实现及应用，所以2009年诞生的比特币也没有使用。签名算法通常是需要深厚的数学理论基础才能设计。一个小的理解偏差，编码错误则可能导致严重问题。
• Schnorr 签署使用的公/私钥系统和ECDSA相同，因此现有的私钥管理(如BIP32)可以继续使用
• Schnorr和ECDSA的区别在于：Schnorr签名是线性的。对于同一内容X，如果用多个私钥各自签名，然后把对应的多个公钥相加，再把多个签名相加，得出的新签名会是新公钥对内容X的有效签名。
  • 利用这个特性，签名人数没有理论极限。只要各方一致合作，就可以把签名相加起来，看起来和单方签名无异。
• Schnorr签名算法的安全性于2012年得到数学证明。

Taproot

Taproot解决的问题

• Taproot以Schnorr签名算法为基础
• 以Taproot进行的智能合约，如果双方合作，不但无需公开合约内容，而且交易会和最简单普遍的单方签名交易看起来没有分别。即交易成本极小化及隐私极大化。
• 如果双方不合作，申诉方仍需要公开合约脚本内容以供区块链仲裁。
  • 但通过使用MAST（Merklized Alternative Script Trees），申诉方只需要公开合约的相关部份，而非所有合约条款，也因此尽量降低交易成本和对隐私的影响。即合约可能有多条执行路径，仅公布即将执行的路径即可。

Taproot没有解决的问题

• Taproot没有把交易金额隐藏，因此仍可以通过分析输入和输出金额估计资金流向。
• Taproot地址和旧式地址一样，会在区块链公开。如果使用者重覆使用Taproot地址，那和重覆使用旧式地址有相同的隐私问题。

总结

比特币在隐私方向上，有两大待攻克的难题。一是流向隐匿，这在UTXO系统里是比较棘手的；二是金额隐匿，可以通过类似Grin的技术来解决，需要扩展区块或分叉来实现。

即使上述两大难点并没有解决掉，但Taproot对于比特币合约来说，即实现了交易成本极小化，又使得隐私极大化。还是一个显著的小小进步。