观点 | 为什么说比特币的打浦路（Taproot）比你想的宽

作者：阿剑

原文标题:《打浦路比你想的宽》,文章题目来自Bitcoiner熊越。

比特币的Taproot软分叉升级将于比特币区块高度709632处激活。此次升级包含了许多重要而精彩的内容，然而，在中文世界里却缺乏足够的重视。本文将从技术角度简要介绍Taproot的升级内容，并以此体现比特币的发展方向。

常见的说法是，Taproot提升了比特币的隐私性、智能合约功能性、同质性，云云。但是，要想理解Taproot升级的内容和想象空间，我们得先了解一些比特币。

比特币上的智能合约

许多人不了解的是，比特币也支持编程智能合约2，只不过其智能合约的类型与其他区块链的不同。详细解释这种区别需要专门的一篇文章，这种区别在这篇文章里也不重要。这里仅仅介绍比特币智能合约编程的几个常见的模块3，方便大家理解其应用场景：

多签名合约。比特币支持多签名授权使用资金：在N个记录好的公钥中，必须有M个公钥所对应的私钥签名，该笔资金才可动用。比特币支持最多15个公钥的多签名合约。时间锁。用户可以使用两种类型的时间锁来规定一笔资金的可用时段：CLTV，绝对时间锁，以具体的时间或具体的区块高度来定义，过了这个时间才可动用；CSV，相对时间锁，比如生成该项资金的交易上链的1000个区块后，该笔资金才可动用。多条件编程。即在脚本中使用“IF...ELSE...”式的语句，为同一笔资金设定多个解锁条件，任一条件满足即可使用该资金。比如：“A公钥所对应的私钥可解锁，或者，在区块高度XXXX以后，B公钥所对应的私钥可以解锁，或者，在该交易上链的YYYY个区块以后，A、B、C三个公钥中任意两个所对应的私钥可以解锁”如读者可以想象的，这几个模块看起来非常简单，组合起来可能性却非常多：多签名合约定义了不同主体的权限，可以适应极为丰富的应用场景，从公司运营，到家庭金库；时间锁则规定了不同主体在不同时段的权限。而多条件则显著放大了这些权限控制的组合效果。

观点：摆脱Facebook的糟糕声誉是Libra现在面临的最大问题:加密货币媒体CyprusMail发文称，在一系列丑闻之后，Facebook本身已不再那么具有吸引力。这也是目前困扰Libra的最大因素，比监管机构的反对或失去创始成员支持严重得多。Facebook自身的声誉最近进一步恶化，过去几周，Facebook因拒绝撤下煽动针对抗议者的暴力言论而受到尖锐批评。（CyprusMail）[2020/6/27]

你甚至仅凭几个条件，就可以做出一个支持社交恢复、带遗产分配效果的合约：“我可以控制这笔资金；如三个月无人动用，我和四个朋友，五取其三可以一起控制这笔资金；如果一年无人动用，我的妻子可以控制这笔资金”。

但是，这些合约要实际上派上用场，两个因素就不能忽视：效率性和隐私性。

效率性的意思是，比特币交易的手续费是根据交易的体积来计算的，更多条件的脚本会占用更大的空间，交易费也会更高。

隐私性的考量是，脚本曝光会使其他人知道某些公钥之间是有身份关联的，更容易分析出公钥主人的真实身份。

在当前，比特币的合约体现为P2SH“地址”。其特点是，在生成合约时，脚本可以不公开，有需要的直接给脚本的哈希值支付；但是，这些资金在花费时，与这个哈希值对应的脚本就要完全公开出来放到交易中。以多签名合约为例，其他人可以直接给这个多签名合约脚本的哈希值支付，但是，当多签名合约的参与者要使用这些资金时，就必须把整个脚本公开3。

此外，在SegWit升级以前，单签名的个人钱包与合约钱包是泾渭分明的，前者是P2PKH地址，后者是P2SH地址，仅从地址上就可以看出来，这又是一个对隐私不利的因素。在SegWit升级之后，支持隔离见证的个人钱包也可采取P2SH的形式，但原生隔离见证地址和合约地址仍然是泾渭分明的4。

了解了这些以后，让我们来看看Taproot升级的三大部分如何做得更好。

观点：如果加密托管人破产 投资者可能会失去对所存代币的控制:莱顿法学院（Leiden Law School）学者最近发表的一篇论文指出，如果加密交易所或加密托管人破产，投资者很可能会失去对所存代币的控制。日本Mt. Gox交易所的崩溃就发生了这种情况，最近意大利BitGrail交易所的失败也发生了这种情况。因此，它可能再次发生。此外，这篇论文也暗示，即使是美国交易所Coinbase用户，在资不抵债的情况下，也可能在收回其加密货币时遇到问题——因为Coinbase不隔离区块链地址。（Cointelegraph）[2020/6/7]

默克尔抽象语法树

默克尔化抽象语法树5的含义是，在比特币的脚本验证中支持验证默克尔证据。

默克尔树是将多个数据元素哈希成一个哈希值的密码学方法。其结构和哈希函数的特点决定了，可以提供一些证据来证明，某个数据元素参与生成了这个哈希值。如下图所示：我们将数据元素两两不断哈希，最终生成一个默克尔根。

3

同理，如下图，当我要证明红色数据“Banana”参与生成了紫色的哈希值时，我只需提供红色数据和三个绿色的哈希值就可以了，无需曝光实际上共同生成了默克尔根的其余7个元素。这就是默克尔树和默克尔证据的作用。

观点：IPFS是底层互联网协议的创新，对标HTTP:据官方消息，以“Web3.0新基建-挖矿热潮下的IPFS与Filecoin”为主题的线上论坛已于今日14:00开启。

在关于IPFS落地应用与矿业生态的话题讨论中，针对主持人BiKi商务VP唐诗的问题，星际视界IPFSNEWS联合创始人Nancy表示IPFS是底层互联网协议的创新，对标HTTP，可以护航数据隐私安全，使数据传输高效；星际大陆董事长、深圳商会副会长李彦东认为Filecoin初期面向边缘市场，被主流企业采用需要一个过程；麦客存储创始人、董事长侯峰表示IPFS要在中国落地必然要进行本土化，本土化特征之一是可审计性，风险与必要性需时间来评估；科极星球联合创始人兼COO Crystal认为行业要做好挑战巨人的困难准备，跟紧官方步伐，未来可期；IPFS中国社区主编、时空云科技COO矿哥表示IPFS被接纳和开发的根本原因在于如今的中心化存储弊端愈加明显，IPFS或将改变整个互联网的格局。[2020/5/22]

IndividualMerkleproofsforBanana,PeachandKumquat

聪明的读者一定想到了，有了这个功能，合约的编写者就可以把多个条件划为不同的数据元素，哈希出一个默克尔根值来；在需要以某个条件来解锁比特币时，只需证明这个条件在这棵默克尔树上即可，无需公开所有其他条件。

没错，这正是MAST的妙用。如下图所示，这笔资金的解锁条件有两个，而编写者把它们分割了开来，用默克尔树抽象成了一个哈希值，在以任一个条件解锁使用时，都不需要公开另一个。

观点：冠状病疫情和BTC价格密切相关 且正在挑战BTC避险特性:4月20日消息，通过研究3月中旬社交媒体上有关冠状病和比特币的讨论，加密分析平台Santiment得出结论称，对冠状病的恐惧和比特币价格密切相关。3月初，随着传统市场崩盘，比特币也大幅下跌，这使得比特币是一种避险资产的观点受到质疑。对此，Santiment认为比特币低采用率是导致这个问题的最大原因。众所周知，黄金被各国央行、国际货币基金组织(IMF)、投资组合、行业和许多人持有。黄金仍是无可争议的领导者。而比特币尚未被大量采用。在危机时刻，处于流动性考虑，个人投资者要么选择套现，要不将其资产换成稳定资产。（AMBCrypto）[2020/4/20]

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MAST在P2SH的基础上迈出了一大步，其提升效果首先体现在隐私性上：原本在P2SH中，合约在使用时就一定要公开全部的脚本内容，不论那些内容用到没用到，都必须公开；现在，有了MAST，用户就只需要公开需要用到的解锁条件，无需公开全部内容了；同时，别人也根本不知道你还有多少个条件。

其次，它还在效率上有所提升：用户只需提供需要用到的部分脚本，及其默克尔证据，在整个脚本比较庞大时，这种体积节约的效果会非常明显。

由此，未来的比特币用户可以编写条件非常多的合约，获得更好的控制效果而只需支付更少的手续费；甚至，可以有意包含一些垃圾条件来充实默克尔树，获得隐私提升的效果。

这也是本篇副标题“哈希即银行”的由来：比特币的脚本实际上全部围绕着资金的控制，实现这种控制的关键一环正是多条件，而有了MAST，即使是极多条件的资产管理脚本，也可以压缩成一个哈希值，在使用时仅需暴露一部分。成本的降低可以打开非常多的可能性，等待钱包开发者去一探究竟。

Schnorr签名

Taproot升级之后，比特币将不仅支持基于椭圆曲线的密码学签名，还支持Schnorr数字签名方案6。

观点：BTC和黄金是“money”，法币是“currency”:投资者兼比特币倡导者Mike Maloney近期在播客节目中表示，投资于正确选择的加密货币应该是首要任务。他坚称，只有比特币、比特币现金、以太坊和其他几种市值排名前15位的加密货币币能够成功。Maloney进一步指出：“所有其他加密货币都将归零。”Maloney进一步评论了比特币和黄金，并表示BTC和黄金是“money”，而法币是“currency”。money与作为交换媒介的货币不同，它具有价值，而法币本身的设计导致其无法长期保值。（AMBCrypto）[2020/3/30]

Schnorr签名的构造方法在此不提，我们仅介绍其重要属性：签名/密钥聚合——多个私钥的签名，可以聚合成一个签名，看起来仿佛是一把私钥签出的。签名时，仍然是各私钥持有者各自签名的；验签时，却仿佛这些签名是一把对应于已知公钥的私钥签出的。

也就是说，有了Schnorr签名，其他人就无法分辨一个签名到底是单人签出的，还是多人共同签出的了；多签名的解锁条件，可以用一个聚合公钥来替代。所有n-n的多签名合约，都可以享受到Schnorr签名提供的隐私保护。其最显然的应用就是闪电网络通道，因为闪电网络通道是一个2-2的多签名合约；此后，其他人就无法凭借签名的数量来分辨支付通道和个人用户了。

至于m-n的多签名合约，也不用担心，别忘了我们有MAST：我们可以把所有可能解锁的情形都化成一个分支，在使用某个分支时，所提供的签名也只需是聚合签名。例如，假设我们要做一个2-3的多签名合约，在公钥A、B、C中三取其二，这个多签名合约效果等同于“要么解锁、要么解锁、要么解锁”，这可以理解为一个多条件的脚本，每个条件都是一个2-2多签名，因此也都可以用相应的聚合公钥来定义解锁条件。所以，当我们需要以某种组合解锁资金时，只需用MAST暴露一个分支、提供一个签名，他人依然不知道这到底是一个人，还是两个人，还是多个人。

还没完呢。

Taproot

按我们这种理解的路径，Taproot升级的最后一个部分就是Taproot，是其名字的由来。在提出这个概念时，GregoryMaxwell写道7：

在讨论默克尔化脚本时，一个大家常常提起的问题是，我们能否实现一种精巧的合约，使其与最常见、最无聊的支付没有分别。不然的话，使用这些时髦技术的输出的匿名集，也就是另一个小众集合而已，在实践中没有多大的意义。在这里，Maxwell敏锐地抓住了问题的要点：比特币的隐私保障来自于“大隐隐于市”，最好所有的资金单元看起来都一个样，这样用户的真实身份、真实构成才最难把握。但是，在引入新的功能时，总免不了要提出新的“地址”类型，如果使用这种功能的用户很少，则每一个用户暴露真实身份的可能性都会大大增加，而这一点可能导致这些新功能根本不会被使用，从而失去意义。

而且，尽管MAST在合约的隐私性上有重大作用，但如果还像过去那样，个人钱包是个人钱包，合约钱包是合约钱包，一目了然的话，就不能不说，这样的隐私性仍然是有瑕疵的。

人们亟需一种办法，来终结这种个人钱包/合约钱包的区分，为比特币的隐私性补上点睛之笔。为此，最起码要实现的一点是，这种带有合约的钱包，在用户个人日常使用中，其代价与普通的个人钱包没有区别。

Taproot就是这样的一种办法，它利用了密钥聚合的特点，提出了自带两种使用路径的脚本模式：一种是n-n的多签名合约；另一种是用户自定义的合约脚本。

沿用Maxwell原文中的例子：假设两个用户各有公钥A、B，两人聚合公钥A+B=C，再生成最终公钥P=C+H(C||S)*G，其中S为自定义的脚本。就以这个最终公钥P来定义资金的解锁条件。假设两个用户都在线，他们很容易可以共同使用这笔资金，只要其中一方在签名时在自己的私钥里加上H(C||S)即可；如果只有其中一方在线，比如S定义了B可以花费资金的条件，Taproot的规则使得公钥B用户可通过揭示聚合公钥P以及H(C||S)并提供可以满足S的条件来使用资金。这里用的是2-2多签名合约，但用户可以想到，只要密钥聚合的技术可用，1-1也就是单签名同样可以利用这种编写脚本的办法。重要的是：尽管这是一个带有自定义合约的资金，但在不动用合约、仅使用n-n多签名时，其手续费成本与单签名解锁的资金没有区别！在n-n多签名使用时，他人完全不知道这笔资金还可以用其他方式来解锁使用！

这样一来，个人用户和合约用户都可以统一在一种脚本模式下，个人用户放心给自己的资金加上合约，无需担心日常会付出更高的手续费代价；合约用户与个人用户因为使用同一种“地址”而享受到更大的匿名集，甚至于在大部分情况下都无需暴露自己使用了合约。皆大欢喜。

总而言之，在Taproot之后，他人将无法从地址形式上分辨一个P2TR地址到底是个人用户还是合约用户；由于Schnorr签名的效果，当这个地址里的资金使用单签名来解锁时，他人将无法分辨这到底是一个人在使用，还是n个人一起使用，也无法知道这个地址是否还有自定义的脚本；由于MAST的效果，当用户使用自定义的脚本来花费资金时，只需暴露需要用到的部分脚本；他人虽然知道了这个地址有自定义的脚本，但整个脚本到底包括哪些条件，仍然是不可知的。

因此，尽管有人质疑Taproot可能反过来给比特币的隐私性带来损害7，但我完全不这么担心。因为Taproot“地址”在便利性、隐私性、经济性上，都已毫无疑问是比特币史上最佳，它完全有希望可以统一比特币的“地址”类型，形成比特币有史以来最大的匿名集。

结语

对于了解一些密码学技术的人来说，学习比特币的开发和升级是很愉快，乃至令人眼界大开的事。在其升级中，你可以看到人们孜孜不倦地使用密码学来不断优化这个系统——得益于这个系统本身的模块化特性，这些优化都真实可感。Taproot正是其中的代表。

我相信，学习比特币的过程会告诉读者，什么才是真正的“密码学货币”。

Taproot可能是比特币历史上最重要的一次升级，将造就有史以来最纯粹的密码学货币——将密码学利用到极致、最轻量、生命力最顽强的货币。

致谢

感谢@hou123，@曾汨对本文的富有教益的反馈。

脚注：

比特币升级提案Taproot技术解读，https://www.btcstudy.org/2021/09/29/bitcoin-taproot-a-technical-explanation/BitcoinWiki·智能合约，https://en.wikipedia.org/wiki/Smart_contract精通比特币中译本·第七章：高级交易和脚本，https://github.com/tianmingyun/MasterBitcoin2CN/blob/master/ch07.mdTypesofBitcointransactions-PartIISegwit，https://blog.susanka.eu/types-of-bitcoin-transactions-part-ii-segwit/什么是比特币默克尔化抽象语法树，https://www.btcstudy.org/2021/09/07/what-is-a-bitcoin-merklized-abstract-syntax-tree-mast/Schnorr签名如何提升比特币，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用大白话解释Taproot对隐私性的影响，https://www.btcstudy.org/2021/09/23/explain-like-im-not-a-developer-taproot-privacy/

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