前言：

2024年5月20日、ビットコインLayer2開発チームBEVMは、技術ホワイトペーパー『Taproot Consnesus 一種の分散型BTC Layer2ソリューション』を正式に発表しました。

ホワイトペーパーでは、Taproot Consnesusの実装方法や、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のネイティブ技術を組み合わせて、完全に分散型のBTC Layer2ソリューションを構築する方法が詳述されています。

通読した結果、筆者はBEVMチームが提案したTaproot Consnesusソリューションが、真の意味でビットコインのネイティブ拡張技術の集大成であると感じました。Taproot Consnesusはビットコインのコードに対して一切の変更や追加を行わず、ビットコインのいくつかのネイティブ技術を組み合わせた革新を充分に行い、シンプルな思考と巧妙な構造を持っています。

正式にホワイトペーパーを解読する前に、ビットコインの技術の進化の歴史を振り返ることが必要です。これにより、Taproot Consnesusがどのようにビットコインの発展の脈絡から生まれたのかを理解しやすくなります。

正文：

一、ビットコイン技術の進化の歴史

2008年10月31日

中本聡は「ビットコイン：一種のピアツーピア電子現金システム」というタイトルの論文を発表し、ビットコインの完全な技術実装方法を正式に提案しました。

論文の第八章で、中本聡はSPV（Simple Payment Verification）という解決策に言及しました。これは、ビットコインのフルノードを運用する必要がなく、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

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、ビットコインが正式に誕生しました。

注目すべきは、ビットコインの正式なコードの中で、中本聡が楕円曲線署名技術（Elliptic Curve Digital Signature Algorithm、略してECDSA）を使用した一方で、ビットコインにより適したシュノール署名技術（Schnorr Signature）を採用しなかったことです。その理由は、楕円曲線署名がシュノール署名より優れているわけではなく、当時シュノール署名はオープンソースではなく、特許保護の期間中だったため、中本聡はやむを得ずオープンソースの楕円曲線署名を選択したのです。

シュノール署名は、楕円曲線署名のすべての機能と安全性の仮定を保持しつつ、ビットコインが最大15重のマルチシグを実現する制約を突破し、最終的には1000以上のアドレスでビットコインを共同管理し、署名速度に影響を与えないことを実現しました。

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・マックスウェルらが正式にBIPを提案し、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ことを推奨しました。

2021年11月14日

ビットコインは正式にTaprootアップグレードを完了し、シュノール署名がビットコインネットワークに正式に組み込まれ、ビットコインは新たな分散型マルチシグ時代を迎えました。

シュノール署名に加えて、Taproot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機能に類似した機能を持たせる技術であり、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で組織することによって実現されます。つまり、ビットコインコードを使用してスマートコントラクトの機能要求を実現することができます（ただし、ビットコインの支払い検証に限られ、イーサリアムの複雑なスマートコントラクトとは異なります）。

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以上にすることができ、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に駆動することができます。したがって、シュノール署名+MASTは、人が署名するのではなく、ビットコインコードの命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約から解放され、ビットコインの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。

BEVMチームが提案したTaproot Consnesusソリューションは、2008年から2021年までの13年間のビットコイン技術の進化の集大成です。

二、Taproot Consnesusソリューションの概要：

Taproot Consnesus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備性は、イーサリアムのRollup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できません。したがって、ビットコインのスクリプト層から単純にLayer2拡張ソリューションを構築することは不可能です」と述べられています。

この冒頭の記述は非常に概括的で、ビットコインネットワークの非チューリング完備性を指摘し、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しか実行できないことを示しています。したがって、ビットコインの拡張の正しい方向は、ビットコインの一層のネットワークで作業するのではなく、ビットコインの既存の能力を使用して、完全に分散型のビットコイン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（シュノール署名とMAST）、ビットコインSPV軽ノード、BFT PoSコンセンサス機構を融合させて、分散型かつ高度に一貫性のあるLayer2ネットワークを構築しています。

三、Taproot Consnesusアーキテクチャの詳細

BEVMチームが提案したTaproot Consnesusは、Schnorr+Mast、Bitcoin SPV、Aura+Grandpaの3つの部分で構成されています。

Schnorr+Mastについては前述の通り、ビットコインのTaproot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組み合わせることで、ビットコインの分散型マルチシグ管理を実現し、人による署名を必要とせず、ビットコインコードを駆動に使用します。

では、これらのコードを駆動するのは誰でしょうか？それは、二層ネットワークで達成されたコンセンサスによって駆動されます。

では、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はビットコインの一層とどのように状態を同期するのでしょうか？

これがBitcoin SPV+BFT PoSコンセンサス（Aura+Grandpa）の効用です。

Bitcoin SPVは中本聡が提案した簡単な支払い検証方式で、フルノードを運用せずともビットコイン取引を同期し検証できます。この特性により、Taproot Consnesusは完全に分散型の環境下で、許可なしにBTCの状態を同期できます。

Aura+Grandpaは、比較的一般的な実装のビザンチン耐障害性を持つ高度なPoSコンセンサスプロトコルであり、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します（Substrateフレームワークで構築されたブロックチェーンは基本的にAura+Grandpaを使用しています）。

したがって、まとめると、Taproot Consnesusの3つの部分の動作原理は次の通りです：

「BEVMシステムでは、各検証者が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、高効率の署名集約が可能になり、システムの安全性と効率が向上します。Musig2マルチ署名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（Merkle Abstract Syntax Tree）ツリーを形成します。

MASTツリーの根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BEVM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（Simplified Payment Verification）軽ノードとして機能し、安全かつ許可なしにBTCネットワークの状態を同期できるようにします。」

簡単に言えば：

Taproot Consnesusは、ビットコインの一層でSchnorr+Mastを使用して分散型のBTCマルチシグ管理を構築し、二層でBitcoin SPVノードネットワークを運用します。BEVMの例では、BEVMの二層ネットワークはすべてビットコインSPVノードを運用しており、これらのノードはビットコインの一層のデータ状態を同期できるため、BEVMとビットコインの一層の情報を同期させることができます。そして、二層ネットワークが安全で信頼できることを保証するために、BEVM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にBFTコンセンサスの安全レベルを持たせています。つまり、BEVMネットワークの資産を管理するのは特定のマルチシグではなく、BFTコンセンサスによって駆動されることで、真の分散化を実現します。

四、ホワイトペーパーのその他の技術的詳細

上記の技術フレームワークに加えて、Taproot Consnesus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軽ノード、Aura+Grandpaなどの技術の実装詳細も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たい人にとって、BEVMチームが制作したこのTaproot Consnesusホワイトペーパーは非常に包括的で詳細な学習資料です。

さらに、ホワイトペーパーではMusig2の実装プロセスや、著名なBTC Layer2プロジェクトMezoとTaproot Consnesusの違いについても詳しく説明されています。

Mezo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を利用して閾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強い一貫性を持っています。

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あり、真に人に依存せず、コンセンサスによって駆動されることを実現するには、マルチシグネットワークとBFT PoS（ビザンチン耐障害性の権利証明）コンセンサス機構を組み合わせる必要があります。（これは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ます。分散型ネットワークは分散を強調しますが、ビザンチン耐障害性のコンセンサスが欠けています。一方、ブロックチェーンも分散型ネットワークですが、ビザンチン耐障害性のコンセンサスによって駆動されるため、真に分散化されたネットワークです。）

Taproot Consnesusソリューションは、このようなより先進的な設計を採用しています。シュノール署名、MAST、ビットコインSPV軽ノード、AuraおよびGrandpaのビザンチン耐障害性コンセンサス機構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拡張ソリューションを構築しています。この統合により、ビットコインネットワークの拡張性と可用性が向上し、BEVMネットワークの安全性と一貫性が確保されます。

まとめ：

BEVMチームが発表した技術ホワイトペーパーは、Taproot Consnesusの実装ソリューションと技術的詳細を体系的かつ包括的に説明し、ビットコインのネイティブ技術に基づいて構築されたビットコイン二層ソリューションを示しています。

Taproot Consnesusは、ビットコインの既存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得られた技術を組み合わせた革新を行い、真の意味でビットコインのネイティブ拡張技術の集大成です。

ビットコインエコシステムの継続的な発展に伴い、人々は真に分散型の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いて不可欠な道であることを徐々に認識するでしょう。そして、Taproot Consnesusのようなソリューションが真に輝くことになるでしょう。