서문：

2024년 5월 20일, 비트코인 Layer2 개발팀 BEVM은 기술 백서 《Taproot Consnesus, 분산형 BTC Layer2 솔루션》을 공식 발표했습니다.

백서는 Taproot Consnesus의 구현 방식과 Schnorr 서명, MAST, 비트코인 SPV 노드 등 비트코인 원주율 기술을 결합하여 완전한 분산형 BTC Layer2 솔루션을 구축하는 방법을 자세히 설명합니다.

전체를 읽어보니, 필자는 BEVM 팀이 제안한 Taproot Consnesus 솔루션이 진정한 의미에서 비트코인 원주율 확장 기술의 집대성임을 느꼈습니다. Taproot Consnesus는 비트코인 코드에 대한 어떤 수정이나 추가 없이 비트코인의 여러 원주율 기술을 조합하여 혁신을 이루어냈으며, 사고가 간결하고 구조가 기발합니다.

정식으로 백서를 해석하기에 앞서, 비트코인의 기술 발전사를 되짚어보는 것이 필요하며, 이를 통해 Taproot Consnesus가 비트코인의 발전 맥락에서 어떻게 단계적으로 발전해왔는지를 이해할 수 있습니다.

본문：

1. 비트코인 기술 발전사

2008년 10월 31일

사토시 나카모토는 《비트코인: P2P 전자 화폐 시스템》이라는 제목의 논문을 발표하며 비트코인의 완전한 기술 구현 방식을 공식적으로 제안했습니다.

논문의 8장에서는 사토시가 SPV(간단한 결제 검증)라는 해결책을 언급하며, 이는 비트코인 전체 노드를 실행할 필요 없이 블록 헤더만 저장하여 결제를 검증할 수 있는 기술 수단입니다.

2009년 1월 3일

사토시는 헬싱키에 있는 작은 서버에서 제네시스 블록을 채굴하며 비트코인의 공식 출범을 알렸습니다.

특히 주목할 점은 비트코인의 공식 코드에서 사토시가 타원 곡선 서명 기술(ECDSA)을 사용했지만, 비트코인에 더 적합한 Schnorr 서명 기술을 채택하지 않았다는 것입니다. 그 이유는 Schnorr 서명이 당시 오픈 소스가 아니었고 여전히 특허 보호를 받고 있었기 때문입니다. 따라서 사토시는 오픈 소스인 타원 곡선 서명을 선택하게 되었습니다.

Schnorr 서명은 타원 곡선 서명의 모든 기능과 보안 가정을 유지하면서, 타원 곡선 서명 기술의 한계인 최대 15중 서명을 넘어서 1000개 이상의 주소가 비트코인을 공동 관리할 수 있도록 하여 서명 속도에 영향을 주지 않습니다.

2018년

수년간의 반복 검증을 거쳐 비트코인 핵심 개발자 Gregory Maxwell 등이 공식적으로 BIP를 제안하며 Schnorr 서명을 비트코인 네트워크에 도입할 것을 권장했습니다.

2021년 11월 14일

비트코인은 공식적으로 Taproot 업그레이드를 완료하였고, Schnorr 서명이 비트코인 네트워크에 공식적으로 통합되어 비트코인은 새로운 분산형 다중 서명 시대를 열었습니다.

Schnorr 서명 외에도 Taproot 업그레이드는 MAST(머클화 추상 구문 트리)를 도입했습니다. 이는 비트코인이 스마트 계약 기능을 갖추도록 하는 기술로, 여러 조건 분기의 계약 논리를 머클 트리 형태로 조직하여 비트코인 코드가 스마트 계약의 기능 요구를 구현할 수 있게 합니다(단, 비트코인 결제 검증에 한정되며 이더리움의 복잡한 스마트 계약과는 다릅니다).

Schnorr 서명은 비트코인의 다중 서명 주소를 1000개 이상으로 확장할 수 있으며, MAST는 비트코인 프로그램을 통해 Schnorr 서명 주소를 다중 서명으로 작동시킬 수 있습니다. 따라서 Schnorr 서명 + MAST는 사람이 서명할 필요 없이 비트코인 코드 명령을 통해 작동하는 분산형 비트코인 다중 서명 네트워크를 구현할 수 있습니다.

이는 비트코인이 신뢰할 수 없는 방식으로 1층의 제약에서 벗어나 비트코인 2층에서 더 복잡하고 풍부한 비즈니스 시나리오를 실현할 수 있음을 의미합니다.

BEVM 팀이 제안한 Taproot Consnesus 솔루션은 비트코인이 2008년부터 2021년까지의 13년 기술 발전의 집대성입니다.

2. Taproot Consnesus 솔루션 개요：

Taproot Consnesus 기술 백서의 서두에서는 다음과 같이 언급합니다: "비트코인 네트워크의 비 튜링 완전성은 이더리움 Rollup과 유사한 Layer2 확장 솔루션을 직접 구현하는 것을 제한합니다. 비트코인 네트워크의 스크립트 계약 계층은 단순한 송금 작업만 수행할 수 있으며, 더 복잡한 스마트 계약 기능을 지원할 수 없습니다. 따라서 비트코인 스크립트 계층에서 단순히 Layer2 확장 솔루션을 구축하는 것은 불가능합니다."

이 서두는 비트코인 네트워크의 비 튜링 완전성을 강조하며, 비트코인 스크립트 계약이 비트코인 송금 작업만 수행할 수 있음을 지적합니다. 따라서 비트코인 확장의 올바른 방향은 비트코인 1층 네트워크에서 작업하는 것이 아니라, 비트코인이 이미 갖춘 능력을 사용하여 완전한 분산형 비트코인 2층 확장 솔루션을 구축하는 것입니다.

Taproot Consensus는 비트코인의 Taproot 기술(Schnorr 서명 및 MAST), 비트코인 SPV 경량 노드 및 BFT PoS 합의 메커니즘을 통합하여 분산형이면서도 높은 일관성을 가진 Layer2 네트워크를 구축합니다.

3. Taproot Consnesus 아키텍처 상세 설명

BEVM 팀이 제안한 Taproot Consnesus는 총 3부분으로 구성되어 있습니다: Schnorr+Mast, Bitcoin SPV 및 Aura+Grandpa.

Schnorr+Mast는 앞서 언급한 바와 같이 비트코인 Taproot 업그레이드로 인해 제공되는 두 가지 원주율 기술을 조합하여 비트코인의 분산형 다중 서명 관리를 구현할 수 있으며, 사람의 서명이 필요 없이 비트코인 코드를 통해 작동합니다.

그렇다면, 이러한 코드를 누가 작동시키는가? 그것은 2층 네트워크에서 이루어진 합의에 의해 작동됩니다.

그렇다면 2층 네트워크는 어떻게 합의를 이루고, 이러한 합의는 비트코인 1층과 어떻게 상태 동기화를 이루는가?

이것이 바로 Bitcoin SPV+BFT POS 합의(Aura+Grandpa)의 효용입니다.

Bitcoin SPV는 사토시가 제안한 간단한 결제 검증 방식으로, 전체 노드를 실행하지 않고도 비트코인 거래를 동기화하고 검증할 수 있습니다. 이 특성 덕분에 Taproot Consnesus는 완전한 분산형 환경에서 어떤 허가 없이도 BTC 상태를 동기화할 수 있습니다.

Aura+Grandpa는 일반적으로 사용되는 비잔틴 내결함성을 구현하는 고급 PoS 합의 프로토콜로, 분산 프로토콜을 통해 네트워크 노드의 높은 일관성을 보장합니다(대부분 Substrate 프레임워크로 구축된 블록체인은 Aura+Grandpa를 사용합니다).

따라서 요약하자면, Taproot Consnesus 세 부분의 작동 원리는 다음과 같습니다:

"BEVM 시스템에서 각 검증자는 Schnorr 서명을 위한 BTC 개인 키를 보유하고 있습니다. Schnorr 서명의 특성 덕분에 효율적인 서명 집합을 구현할 수 있어 시스템의 보안성과 효율성을 높입니다. Musig2 다중 서명 방식으로 생성된 집합 공개 키 Pagg는 대형 MAST(머클 추상 구문 트리)를 형성합니다.

MAST 트리의 루트 해시 값이 생성된 후, 검증자는 MAST 트리에서 생성된 문턱 서명 주소로 BTC 전송 및 각인을 수행하여 BTC 메인넷에서 BEVM 네트워크로 데이터를 제출하는 기능을 실현합니다. 동시에 각 검증자는 Bitcoin SPV(간단한 결제 검증) 경량 노드로서 BTC 네트워크 상태를 안전하고 무허가로 동기화할 수 있습니다."

간단히 요약하자면:

Taproot Consnesus는 비트코인 1층에서 Schnorr+Mast를 사용하여 분산형 BTC 다중 서명 관리를 구축하고, 2층에서는 Bitcoin SPV 노드 네트워크를 운영합니다. BEVM을 예로 들면, BEVM 2층 네트워크는 전부 비트코인 SPV 노드를 운영하여 이 노드들이 비트코인 1층의 데이터 상태를 동기화할 수 있게 하여 BEVM과 비트코인 1층 정보가 동기화됩니다. 그리고 2층 네트워크의 안전성과 신뢰성을 보장하기 위해 BEVM은 비트코인 SPV 노드 네트워크와 Aura+Grandpa를 통합하여 비트코인 SPV 노드 네트워크가 BFT 합의 수준의 안전성을 갖추도록 합니다. 즉, BEVM 네트워크 자산을 관리하는 것은 특정 다중 서명자가 아니라 BFT 합의에 의해 구동되어 진정한 분산화를 실현합니다.

4. 백서의 기타 기술 세부 사항

위의 기술 프레임워크 외에도 Taproot Consnesus 백서는 Schnorr 서명, MAST, 비트코인 PSV 경량 노드, Aura+Grandpa 등의 기술 구현 세부 사항을 자세히 설명합니다. 비트코인의 최신 기술을 배우고 이해하고자 하는 사람들에게 BEVM 팀이 제작한 이 Taproot Consnesus 백서는 매우 포괄적이고 상세한 학습 자료입니다.

뿐만 아니라, 백서는 Musig2의 구현 과정과 유명한 BTC Layer2 프로젝트 Mezo와 Taproot Consnesus의 차이점도 자세히 설명합니다.

Mezo의 기본 기술 구조는 tBTC 프로토콜을 기반으로 합니다. tBTC는 비트코인 다중 서명을 이용해 문턱 서명 네트워크를 구축하였으며, 이 구조는 전통적인 분산 네트워크에 비해 강한 일관성을 가지고 있습니다.

하지만 tBTC는 여전히 9명이 서명해야 하는 다중 서명 네트워크로, 진정으로 사람에 의존하지 않고 합의에 의해 구동되려면 다중 서명 네트워크와 BFT PoS(비잔틴 내결함성 지분 증명) 합의 메커니즘을 결합해야 합니다. (이는 분산 네트워크와 블록체인의 차이점이기도 하며, 분산 네트워크는 분산성을 강조하지만 비잔틴 내결함성 합의가 부족하고, 블록체인은 분산 네트워크이지만 비잔틴 내결함성 합의에 의해 구동되므로 진정한 분산형 네트워크입니다.)

Taproot Consensus 솔루션은 이러한 더 발전된 설계를 채택하였습니다. Schnorr 서명, MAST, 비트코인 SPV 경량 노드 및 Aura와 Grandpa 비잔틴 내결함성 합의 메커니즘을 결합하여 높은 일관성과 안전성을 가진 분산형 Layer2 확장 솔루션을 구축하였습니다. 이러한 융합은 비트코인 네트워크의 확장성과 사용성을 향상시킬 뿐만 아니라 BEVM 네트워크의 안전성과 일관성을 보장합니다.

결론：

BEVM 팀이 발표한 기술 백서는 Taproot Consensus의 구현 방안과 기술 세부 사항을 체계적이고 포괄적으로 설명하며, 비트코인 원주율 기술을 기반으로 구축된 비트코인 2층 솔루션을 보여줍니다.

Taproot Consensus는 비트코인의 기존 기술 방향을 존중하고 계승할 뿐만 아니라, 비트코인의 여러 업그레이드에서 가져온 기술을 결합하여 혁신을 이루어낸 진정한 비트코인 원주율 확장 기술의 집대성입니다.

비트코인 생태계가 지속적으로 발전함에 따라, 사람들은 진정한 분산형 비트코인 2층 솔루션이 비트코인 생태계 발전의 필수 경로임을 점차 인식하게 될 것이며, Taproot Consensus와 같은 솔루션이 진정으로 빛을 발할 것입니다.