比特币全去中心化跨链方案将引爆Layer 2

什么是比特币第 2 层？

BTC Layer 2 是 BTC 网络之上的覆盖网络。 其主要目的是解决BTC网络交易吞吐量不足、扩容困难等问题。 当前的比特币网络仍然无法每秒处理数千笔交易（TPS），需要更高的吞吐量才能有效和更广泛地使用 BTC 网络。 在这种情况下，“第 2 层”指的是针对区块链可扩展性问题提出的各种解决方案。 通俗地说，Layer 1就是指比特币公链。 为了解决BTC网络吞吐量低、手续费高的问题，可以将交易转移到Layer 2进行处理，处理完成后将结果返回给Layer。 1、从而缓解BTC网络的压力，进而扩大BTC的流动性和可扩展性。

三款主流Layer 2对比

比特币和以太坊作为全球前两大公链，现阶段都在大力发展Layer 2。 目前，BTC Layer 2 主要有 Liquid Network、Lighting Network 和 ChainX 三种主流产品。

“液体网络”

三大主流 | NO.1

Liquid 是 Blockstream 开发的比特币主链的侧链。 它是一个基于侧链的交易商和交易所结算网络。 其开发团队Blockstream是比特币和区块链技术的全球领导者，负责BTC核心代码的运维。 在Liquid网络中，可以实现更快、更私密的比特币交易和数字资产发行，但Liquid功能单一，多重签名托管过于中心化，手续费昂贵。

《灯光网》

三大主流 | NO.2

闪电网络也是 Blockstream 开发的产品。 闪电网络作为比特币的二级支付协议比特币是中心化还是去中心化，在一定意义上解决了比特币PoW机制下效率低下的问题。 该项目巧妙地利用RSMC（串行到期可撤销合约）和HLTC（哈希时间锁定合约）构建链下支付网络。 闪电网络基于状态通道实现链上链下协同，为用户提供即时、低成本的比特币微支付，但也存在功能单一、手续费高等问题，不适合目前适合普通人使用。

“链X”

三大主流 | NO.3

ChainX 由 PolkaX 团队开发。 团队一直致力于区块链和隐私加密通信领域的前沿技术探索，致力于BTC Layer2扩容、数字资产网关和Polkadot二级中继链的开发和研究。 ChainX通过轻节点+多重签名托管实现的跨链技术支持EVM/WASM合约扩展。 ChainX让用户实现便捷的资产跨链、快速支付和安全交易。 但目前多重签名过于中心化，结算费用过高。 EVM/WASM技术一直处于测试网状态，尚未在主网上应用。

Taproot 升级将用于 BTC

科技革命

虽然比特币改进提案 (BIP) 是向比特币引入新功能和信息的设计文件，但 Taproot 升级是三个 BIP 的汇编，即 Schnorr Signatures (BIP 340)、Taproot (BIP 341) 和 Tapscript (BIP 342)，这些三项升级统称为BIP Taproot，将为比特币带来更高效、灵活、私密的传输方式，其核心是采用Schnorr签名和默克尔抽象语法树（MAST）。

Schnorr 签名是一种以简单性和安全性着称的数字签名方案。 Schnorr 签名在计算效率、存储和隐私方面具有多项优势。

▲图1

图1是Schnorr聚合签名的交互过程。 用户通过公钥确认签署人的身份，通过数据确认合同内容，从而验证数字合同的有效性。 Schnorr 聚合签名可以将多个签名数据压缩合并为一个聚合签名。 验证者通过所有与签名相关的数据和公钥的列表来验证单个聚合签名。 如果验证通过，其效果相当于独立验证了所有相关签名，全部通过。

▲图2

当前大多数区块链使用 ECDSA 多重签名算法。 对于区块数据，每个节点用自己的私钥生成独立的数字签名，并广播给其他节点。 其他节点将验证签名并将其写入下一个数据块。 使用这种方式，当共识节点数量较多时，每轮共识区块中存储的签名数据会不断增加，占用存储空间。 每当有新节点加入网络，需要同步历史区块时，大量的签名数据会对网络带宽造成极大的挑战。

使用聚合签名技术后，每个节点都会收集其他节点广播的聚合签名片段，然后将签名片段聚合保存，如图2所示。这样，当新节点加入时，只需要下载聚合签名数据同步历史区块，大大减少网络带宽占用，减少交易手续费支出。

此外，密钥聚合使所有 Taproot 输出看起来相似。 无论是多重签名输出、单一签名输出还是其他复杂的智能合约在区块链上看起来都是一样的，许多区块链分析将不可用，从而保护所有 Taproot 用户的隐私。

▲图3

MAST（Merkle Abstract Syntax Tree）使用一棵Merkle树来加密复杂的锁定脚本，它的叶子是一系列不重叠的脚本（例如，多重签名或时间锁）。 消费时，只需公开相关脚本以及该脚本到Merkle树根的路径即可。 如图3所示，要使用脚本1，只需要公开脚本1、脚本2和哈希3即可。

MAST 的主要优势包括： 第一，它支持复杂的支出条件。 二是提供更好的隐私保护，不泄露未执行的脚本或未触发的消费条件。 三是压缩交易规模。 随着脚本数量的增加，非 MAST 事务大小呈线性增长，而 MAST 事务大小呈对数增长。

但是，Taproot 的升级存在一个问题比特币是中心化还是去中心化，即 P2SH 在性能上与常见的 Pay-to-Public-Key-Hash (P2PKH) 不同，仍然存在隐私保护问题。 是否可以让 P2SH 和 P2PKH 在链上看起来一样？

为此，Taproot 提出了一套解决方案。 对于签名者数量有限的脚本，可以分解为两部分：第一部分是多重签名，所有签名者都同意某个支出结果，称为“合作支出”； 第二部分称为“非合作支出”，脚本结构可能非常复杂。 这两部分是一种“或”的关系。

如图 3 所示，脚本 3 是一个 2-of-2 多重签名，需要 Alice 和 Bob 都签名才有效。 这是一种“合作支出”； 脚本 1 和 2 是“非合作支出”。 “协作支出”和“非协作支出”都可以花费此输出，其中：

(1) 对于“非合作支出”脚本，采用上述MAST方法，用MerkleRoot表示Merkle树的根。

(2)“合作支出”脚本采用基于Schnorr签名的多重签名算法。 令 Pa 和 Pb 分别表示 Alice 和 Bob 的公钥，Da 和 Db 分别表示 Alice 和 Bob 的私钥。 因此，聚合公钥公钥为P=Pa+Pb，对应的私钥为Da+Db。

(3)将“合作支出”和“非合作支出”组合成P2PKH形式，其公钥为：P=P+H(P||MerkleRoot)G； 对应的私钥为Da+Db+H(P||MerkleRoot)。

(4) 当Alice和Bob同意“合作消费”时，他们使用Da+Db+H(P||MerkleRoot)（只需要其中一人在自己的私钥中加入H(P||MerkleRoot)即可）。 在链上，这就像 P2PKH 交易一样，具有公钥和相应的私钥，而不会泄露底层 MAST。

ChainX 与 Taproot 结合

设计了新的跨链解决方案

▲图4

在新版方案中，选择了n个固定托管人。 当用户A想要将BTC跨链到ChainX时，托管方和用户首先需要提供公钥并生成对应的比特币/ChainX托管地址，然后用户将BTC转入比特币托管地址，最后完成转账XBTC 在 ChainX 上发给用户 A。 相应地，当用户A进行提现操作时，托管人和用户首先需要提供聚合签名，完成从托管地址到用户A的比特币转账，转账完成后，BTC将被销毁在 ChainX 上。

▲图5

转移聚合多重签名地址的资产，需要发起一次多重签名交易，多重签名交易的执行需要达到指定的阈值，一般设置为总比例的2/3 . 以聚合签名的形式，用户和信托可以共同发起多重签名交易，其中用户的签名占总权重的1/3，其他信托的签名权重接近2/3。 在此设置下，托管的BTC完成转账的前提是用户对交易进行签名，其他委托的总权重小于2/3，即使全部通过，也无法进行多重签名交易完成。 因此，当用户参与聚合签名时，用户本身就对托管资产有了有效的控制权，减少了以往方案中对信任的中心化管理。

聚合签名方案可有效压缩交易脚本字节数，大幅降低交易手续费，且无托管人数量上限。 随着托管人数量 N 的增加，ChainX 的去中心化程度将不断提高。

Layer2 谁是最大的市场？

比特币作为加密货币的领头羊，已经在向“数字黄金”发展。 接下来会更加关注BTC网络的安全性和去中心化，BTC Layer 2的发展就是为了加强比特币。 流动性使得比特币可以用于小额支付和日常消费，扩大了比特币的影响力。

但是，BTC Layer 2 已经很久没有发展起来了。 比如致力于比特币小额支付的闪电网络（Lightning Network），已经经历了几年的努力。 与ETH上发行的BTC数量相比，锁定的比特币数量，连零头都算不上，原因是比特币技术的可扩展性差。 但此次Taproot的升级完美解决了这个痛点，BTC Layer 2的应用数量必然呈指数级增长。 同时，BTC Layer 2 的发展将进一步稳固 BTC 作为全球货币的地位。 以“数字黄金”的定位使其在竞争中更具优势。

回顾现阶段的ETH Layer 2，已经占据了绝大部分市场，所以BTC Layer 2网络在发展初期会处于追赶阶段，但谁能胜出却是毋庸置疑的。最后最大的Layer 2市场，BTC从技术上讲，Layer 2和ETH Layer 2并没有太大的区别，但是在市值上，显然比特币是处于绝对领先地位的。

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