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tanZiWen authored Oct 22, 2024
1 parent 04ef04a commit 7a5c1ef
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169 changes: 169 additions & 0 deletions Taproot.md
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Expand Up @@ -41,6 +41,175 @@ Taproot树是比特币Taproot升级中的一种关键技术,它将比特币的
- **降低费用**:由于减少了传输和存储的数据量,交易费用也得以降低。Taproot使得比特币在支持复杂功能的同时,仍保持高效性。

- **智能合约的支持**:尽管比特币并不像以太坊那样广泛支持复杂的智能合约,但Taproot通过灵活的脚本路径设计,为比特币引入了更强的智能合约功能,同时保持了比特币的核心安全性和去中心化属性。
为了更详细地解释Taproot树的工作原理,特别是结合比特币(BTC)交易结构体,我们需要深入了解比特币交易中的数据结构,并展示Taproot如何利用这些结构来提高隐私性和灵活性。下面的例子将结合Taproot树、Merkle树和BTC交易结构体来描述Taproot在比特币交易中的具体应用。

#### 6. **比特币交易结构体**

比特币交易是比特币区块链中用于转移比特币的一种记录。一个标准的比特币交易结构由以下部分组成:

- **Version**:交易版本号,通常是4字节。
- **Input(输入)**:每个输入包括:
- **Previous Transaction Hash**:引用前一笔交易的哈希值。
- **Output Index**:前一笔交易中输出的索引号。
- **ScriptSig**:证明输入的所有权,通常为签名和公钥。
- **Sequence**:锁定时间相关的字段,通常用于支持时间锁交易。

- **Output(输出)**:每个输出包括:
- **Value**:转移的比特币数量,以Satoshi为单位。
- **ScriptPubKey**:支出条件,定义接收者的公钥哈希或其他支出条件。

- **LockTime**:指明交易的有效时间或区块高度。

#### 7. **Taproot交易结构体**

Taproot交易是比特币的升级版,通过引入Schnorr签名和Taproot结构来改进交易的隐私性和效率。相比传统的P2PKH(Pay to Public Key Hash)或P2SH(Pay to Script Hash)交易,Taproot结构更加灵活,允许多个支出条件。

在Taproot中,输出的`ScriptPubKey`字段有一些变化,它不再只是简单的公钥哈希,而是包含了可以选择的公钥或复杂条件。这就是Taproot树(也叫Merkle树)的核心作用所在。

#### 8. **Taproot交易的结构体:带有Merkle树的Taproot例子**

假设Alice和Bob建立了一个Taproot交易,并嵌入了三个可能的支出条件(与前面的例子类似)。这些条件被组织成一棵Merkle树,而这棵树的根哈希与Schnorr公钥一起生成一个Taproot输出。

#### 条件设定:

1. **条件1**:Alice可以单独签名支出。
2. **条件2**:Bob可以单独签名支出。
3. **条件3**:Alice和Charlie联合签名可以支出,只有在区块高度达到100,000之后。

#### Merkle树生成:

- 计算这三个条件的哈希值:
- `Hash_1 = H(Script_1)`,其中`Script_1`是Alice单独签名的支出条件。
- `Hash_2 = H(Script_2)`,其中`Script_2`是Bob单独签名的支出条件。
- `Hash_3 = H(Script_3)`,其中`Script_3`是Alice和Charlie联合签名加上时间锁的条件。

- 生成Merkle树的父节点和根:
- `Parent_1 = H(Hash_1 || Hash_2)`
- `Merkle_Root = H(Parent_1 || Hash_3)`

#### Taproot公钥生成:

Taproot输出使用了Alice的Schnorr公钥和生成的Merkle根来创建。它允许Alice单独支出,也允许其他复杂条件生效。

- `P_taproot = Alice_Schnorr_Key + H(Merkle_Root)`

#### 交易输出的结构:

在Taproot交易中,`ScriptPubKey`包含这个`P_taproot`,而不像传统的P2PKH那样简单地使用公钥哈希。

```plaintext
{
"version": 2,
"locktime": 0,
"vin": [
{
"txid": "previous_tx_hash",
"vout": 0,
"scriptSig": "",
"sequence": "0xFFFFFFFF"
}
],
"vout": [
{
"value": 1.5 BTC,
"n": 0,
"scriptPubKey": {
"asm": "P_taproot",
"hex": "taproot_key_hex",
"reqSigs": 1,
"type": "taproot",
"addresses": ["taproot_address"]
}
}
]
}
```

在这里,`scriptPubKey`中的`taproot_key_hex`是由Taproot公钥生成的,`addresses`字段表示Taproot地址。这就是一个含有Merkle树条件的Taproot输出的基本结构。


#### 9. **Taproot支出示例:结合不同路径的交易**

Taproot的一个重要特性是,它允许在正常情况下通过最简单的路径支出,而无需暴露其他复杂的支出条件。这有效提升了隐私性,并减少了交易的数据量。

#### **路径1:Alice单独签名支出**

这是Taproot最常用的支出路径。Alice只需提供她的Schnorr签名即可支出,无需透露Merkle树中的其他条件。

支出结构如下:

- `ScriptSig`:包含Alice的Schnorr签名。

```plaintext
{
"vin": [
{
"txid": "previous_tx_hash",
"vout": 0,
"scriptSig": "Alice_Schnorr_Signature",
"sequence": "0xFFFFFFFF"
}
]
}
```

这个路径是最隐私的,因为它与普通的单签名交易看起来没有区别,Merkle树中的其他条件完全不被暴露。

#### **路径2:Bob单独签名支出**

如果Alice没有支出,Bob可以通过Merkle路径支出。在这种情况下,Bob需要提供Merkle证明,以证明`Script_2`存在于Merkle树中。

支出结构如下:

- `ScriptSig`:包含Bob的Schnorr签名以及从`Hash_2``Merkle_Root`的Merkle证明。

```plaintext
{
"vin": [
{
"txid": "previous_tx_hash",
"vout": 0,
"scriptSig": "Bob_Schnorr_Signature || Merkle_Proof_Hash_2",
"sequence": "0xFFFFFFFF"
}
]
}
```

在验证过程中,验证者将使用Bob提供的Merkle证明来验证`Hash_2`与Merkle根的匹配。

#### **路径3:Alice和Charlie联合签名支出**

当区块高度达到100,000时,Alice和Charlie可以联合签名支出。这需要验证时间锁条件和Merkle路径。

支出结构如下:

- `ScriptSig`:包含Alice和Charlie的签名以及Merkle证明。

```plaintext
{
"vin": [
{
"txid": "previous_tx_hash",
"vout": 0,
"scriptSig": "Alice_Signature || Charlie_Signature || Merkle_Proof_Hash_3",
"sequence": "0xFFFFFFFF"
}
]
}
```

验证节点将确认区块高度是否达到时间锁条件,同时使用Merkle证明验证`Hash_3`在Merkle树中的存在性。

#### 5. **总结**

通过这个详细的例子,我们展示了Taproot树如何嵌入多个支出条件,并且通过比特币交易结构体展示了不同支出路径的可能性:

- **路径1**(单签名):默认情况下,通过最简单的Schnorr签名支出,隐私性极高,交易结构简洁。
- **路径2**(备用支出路径):通过Merkle证明的复杂条件支出,仅在需要时暴露相关数据。
- **路径3**(时间锁 + 多重签名):实现更复杂的支出条件,如联合签名和时间锁。

这种结构允许在不暴露复杂支出条件的情况下完成简单的支付,并在特殊情况下支持复杂的智能合约条件。这极大提升了比特币交易的隐私性、灵活性和效率。

### 总结:
Taproot树是比特币协议中Taproot升级的核心部分,通过使用Merkle树和Schnorr签名,它实现了更隐私和更高效的复杂支出条件处理。它允许用户隐藏复杂的条件,仅在必要时暴露最小的信息,同时节省了区块链的存储空间和交易费用。这一升级使比特币可以更好地处理复杂的智能合约场景,同时保持其简单、可靠和去中心化的优势。

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