Taproot作为比特币的一项关键升级，为用户群体带来了多项新功能与实质性益处。该升级于2021年11月12日在区块高度709,632处正式激活。
Taproot的核心定义
Taproot是比特币于2021年11月部署的重大协议更新，其核心目标在于强化交易隐私、优化网络扩展能力并提升脚本系统的灵活性。区别于过往的版本迭代，Taproot创新性地引入了Schnorr签名算法，并对脚本结构进行了深层优化。这一变革使得复杂的智能合约交易在区块链账本上呈现出与普通单笔支付极为相似的形态，不仅极大地隐匿了交易细节，更为构建高阶应用场景（如去中心化金融中的智能合约）奠定了坚实基础。
Taproot与Ordinal及Inscription生态
自2023年初起，Taproot技术在比特币社区引发了广泛讨论甚至争议。开发者利用Taproot特性，将非交易数据（如Ordinal序号、铭文以及以NFT形式存在的图像数据）写入区块链，突破了仅传输货币价值的传统界限。
关于此类应用是否利于网络长远发展，业界观点呈现两极分化。一方面，这为矿工创造了新的费用收入来源；另一方面，它也推高了普通用户的使用成本。尽管Taproot将比特币的功能边界从纯货币拓展至更多元的数据载体，但由于大量新增数据涉及博彩等非主流用途，部分用户对由此产生的链上拥堵表示担忧。
值得注意的是，在Taproot之前，向区块链注入非交易数据并非不可行，但操作难度大且成本高昂。若缺乏此类技术支撑，将对比特币生态的多元化发展产生重大限制。
Taproot升级的技术构成
Taproot升级由三个核心的比特币改进提案（BIPs）共同构成，分别定义了协议层面的三项不同升级：
- Schnorr签名（BIP 340）
- Taproot（BIP 341）
- Tapscript（BIP 342）
这三项提案统称为“BIP Taproot”，它们共同催生了一种更高效、灵活且具备更强私密性的比特币转账机制。
Schnorr签名 - BIP 340
BIP 340是Taproot升级的重要组成部分，它为比特币引入了Schnorr签名机制。这一改变为用户带来了多重红利，包括更优的隐私保护、更低的手续费支出以及更便捷的多重签名管理。
该BIP还规范了Schnorr公钥及签名的编码格式。具体而言，Schnorr公钥长度为32字节，相较于ECDSA的33字节有所缩减；Schnorr签名长度为64字节，而包含sighash标志的ECDSA签名长度通常在71-72字节之间。这些细微的空间节省累积起来，为使用Taproot的用户提供了可观的费用减免。
Taproot - BIP 341
如果说BIP 340定义了签名规范，那么BIP 341则规定了比特币协议如何整合这些Schnorr签名。具体实施中，比特币脚本需进行更新以验证Schnorr签名。此外，Taproot集成了默克尔化替代脚本树（MAST），允许用户将输出条件锁定到多个潜在脚本中的任意一个。
关键事实：付款到 Taproot 输出是版本1 SegWit 输出，所有 Taproot 交易都是 SegWit 交易。
付款到 Taproot（P2TR）
Taproot还引入了一种全新的脚本类型——付款到Taproot（P2TR）。这种机制允许用户将资金支付给Schnorr公钥或各种其他脚本生成的Merkle根。采用P2TR后，用户可以创建一个未花费交易输出（UTXO），该输出可由私钥持有者解锁，也可由满足Merkle树中任一脚本条件的任何人解锁和花费。
密钥聚合
Schnorr算法中的密钥聚合功能是实现上述灵活性的关键。当比特币转入P2TR输出时，它被锁定在一个名为Q的单一公钥上。然而，这个公钥Q实际上是两个部分的聚合：一个是原始的公钥P，另一个是由众多备用脚本生成的Merkle根构成的公钥。这意味着，使用Merkle树中的任何替代脚本均可花费该输出。
付款到 Taproot（P2TR）允许用户将比特币发送到公钥或其选择的多个脚本。这保护了区块链上的隐私和空间。
这种架构允许用户在消费时选择复杂的自定义脚本或简单的公钥支付，而非在接收时就确定。更重要的是，它使得所有Taproot输出在外观上趋于一致。由于多重签名、单签名及其他复杂智能合约在链上显示相同，许多基于启发式分析的链上监控手段将失效，从而为所有Taproot用户提供了强有力的隐私保护。
Tapscript - BIP 342
为了实现P2TR交易，BIP 342添加并更新了一系列操作码。这些新脚本专门用于验证Taproot的花费条件和Schnorr签名，统称为Tapscript。
Tapscript的设计初衷是最大化P2TR花费逻辑的未来兼容性，以便为后续的技术升级预留空间。
Taproot带来的核心优势
Taproot不仅惠及采用该技术的用户，也为整个生态系统带来了正向外部性。Schnorr签名的引入显著增强了隐私与安全，而Taproot和Tapscript本身也各自贡献了独特的价值。
存储空间优化
大多数Taproot（P2TR）输出在链上占用的空间少于传统的P2PKH输出，但略大于P2WPKH输出。这是因为P2TR直接将比特币锁定在公钥上，而非公钥的哈希值。这使得发送资金至Taproot输出的初始成本略高，因为公钥比公钥哈希占用更多空间。然而，花费Taproot输出却更加经济，因为公钥已包含在scriptPubKey中，无需再重复包含在脚本见证（scriptWitness）中。
此外，Taproot定义的Schnorr公钥和签名编码方案使其比ECDSA对应物更短，进一步提供了手续费节省。
隐私性提升
隐私保护可能是Taproot升级中最具影响力的部分。借助Schnorr签名和密钥聚合，多重签名合同在链上不再与单签名合同有所区别，从而保障了所有Taproot用户的匿名性。
关键事实：由于闪电网络依赖于 2-of-2 多重签名，Taproot 使得不可能分辨哪些交易创建了闪电通道。
MAST的集成进一步增强了隐私优势。如前所述，Taproot允许将比特币锁定到多个脚本中。但当从Taproot输出花费资金时，用户只需公开实际使用的脚本，而无需暴露所有可能的解锁路径。通常情况下，用户可能仅使用基础的公钥支付选项，从而完美隐藏了其计划中的备用方案。
安全性增强
从理论和工程角度看，Schnorr签名被认为比ECDSA更安全，因为其安全性证明所需的假设更少。如同所有椭圆曲线密码体系，ECDSA和Schnorr都基于离散对数难题难解的假设。然而，ECDSA还需依赖额外的假设来保证安全。尽管如此，在比特币运行期间，尚未出现ECDSA被系统性攻破的案例。
Schnorr签名还彻底消除了ECDSA签名中可能存在的签名可塑性（signature malleability）问题。虽然SegWit升级解决了交易层面的可塑性问题，但ECDSA签名的可塑性在数学层面依然存在。
Taproot赋能Taro协议
Taro是一个基于Taproot构建的协议，允许用户在比特币区块链及闪电网络上发行资产。凭借以Taproot为核心的设计，资产发行得以以前所未有的私密性和可扩展性实现，克服了以往尝试在比特币上层构建资产体系的局限。Taro由闪电实验室于2022年4月提出。
Taro利用Taproot将资产元数据嵌入现有的交易输出中，同时借助Schnorr签名提升系统的简洁性与扩展能力。
Taro之名取自“Taproot Asset Representation Overlay”的首字母缩写，意在强调若无Taproot技术，该协议的实现将无从谈起。
Taproot的激活历程
比特币协议的升级通常始于开发者社区的深入探讨。提案正式化后会被分配相应的BIP编号。经过代码编写、审查、测试及合并阶段，节点运营商需决定升级的具体激活时机与方式。
Schnorr、Taproot和Tapscript升级分别于2020年1月获得BIP 340、341和342编号，随后进入持续的讨论与开发周期。至2020年底，这三项升级的代码实现已完成并通过测试、审查，最终合并入比特币核心客户端。
2021年5月，超过90%的矿工表态支持Taproot激活。最终，BIP 340、341和342于2021年11月12日的第709,632个区块上被激活并强制执行。比特币社区通过协商确定了激活路径并顺利执行。
比特币激活机制
BIP 8和BIP 9是两种主流的升级激活方法。两者均始于对矿工支持率的调查。若绝大多数矿工通过在挖掘区块中插入特定消息来表示支持，升级即告激活。两者的主要区别在于支持率不足时的处理方式：BIP 9规定若支持不足则升级终止，而BIP 8则规定即使支持不足，在经过延迟期后仍会强制激活。
在Taproot激活的背景下，这两种提案的变体曾被提出。然而，鉴于比特币社区对Taproot的支持具有压倒性优势，几乎未遭遇实质性质疑，因此具体的激活路径选择并未成为争议焦点。
主要要点回顾
- Taproot是比特币的一项升级，引入了几个新功能。
- Taproot将Schnorr数字签名方案集成到比特币中，升级了比特币的核心密码学。
- Taproot在SegWit升级的基础上进行了改进，提高了比特币的隐私性并降低了交易费用。
- Taproot通过改革比特币的脚本语言，使未来的比特币升级更加容易。 Schnorr 公钥和签名的编码方案，使它们比 ECDSA 对应物更短，提供额外的费用节省。
隐私好处
Taproot 的隐私影响可能是升级中最重要的部分。通过引入 Schnorr 签名和密钥聚合，多重签名合同不再与单签名合同有所不同，为所有 Taproot 用户提供隐私。
关键事实：由于闪电网络依赖于 2-of-2 多重签名，Taproot 使得不可能分辨哪些交易创建了闪电通道。
通过 MAST 的集成，Taproot 还通过引入重要的隐私好处。如上所述，Taproot 允许比特币同时锁定到许多脚本。然而，当从 Taproot 输出花费比特币时，花费者无需透露可以解锁比特币的每个可能脚本；只需透露他们实际使用的脚本。在大多数情况下，Taproot 用户可能会使用付款到公钥选项，这使他们可以保留任何他们可能计划的备用选项私密。
安全升级
在技术和理论层面上，Schnorr 签名被认为比 ECDSA 签名更安全，因为 Schnorr 签名使用更少的假设可以被证明是安全的。与所有椭圆曲线密码方案一样，ECDSA 和 Schnorr 都依赖于离散对数问题难解的假设。然而，ECDSA 为了保证安全性还依赖于额外的假设。尽管如此，在比特币存在的时间内，尚未出现 ECDSA 被系统性破坏的例子。
Schnorr 签名还消除了 ECDSA 签名可能存在的任何签名可塑性。虽然随着 SegWit 升级解决了交易可塑性问题，但 ECDSA 签名的可塑性仍然存在。
Taproot 启用了 Taro 协议
Taro是一个由 Taproot 驱动的协议，允许用户在比特币区块链和闪电网络上发行资产。通过以 Taproot 为中心的设计，这种资产发行可以以比以往更私密和可扩展的方式进行，以前尝试在比特币之上引入其他资产的尝试。Taro 是由闪电实验室在 2022 年 4 月提出的。
Taro 在 Taproot 中用于将资产元数据嵌入到现有交易输出中。Schnorr 签名也用于提高简单性和可扩展性。
Taro 这个名字是 Taproot 资产表示叠加的首字母缩写，表明如果没有Taproot，这个升级将不可能实现。
Taproot 激活
当对比特币进行升级时，首先由开发者社区讨论。一旦提案被正式化，就会被分配一个 BIP 编号。在编写、审查、测试和合并代码之后，比特币节点运营者必须决定如何以及何时激活升级。
Schnorr、Taproot 和 Tapscript 升级在 2020 年 1 月被分别分配了 BIP 340、341 和 342，并自那时起一直在讨论和开发中。在 2020 年底，所有三个升级的代码实现已经完成、测试、审查并合并到比特币核心中。
2021 年 5 月，超过 90%的矿工表示支持 Taproot 激活，BIP 340、341 和 342 在 2021 年 11 月 12 日的第 709,632 个区块上被激活和强制执行。有几种激活比特币升级的方法；比特币社区选择一条路径然后执行。
比特币激活路径
BIP 8 和 BIP 9 定义了两种激活升级的流行方法。这两个过程都始于调查比特币矿工的支持情况。如果绝大多数矿工通过在他们挖掘的区块中的消息表示支持，那么升级就会被激活。BIP 8 和 BIP 9 之间的区别在于如果矿工支持不足。在这种情况下，BIP 9 规定升级不应该进行，而 BIP 8 规定升级应该在延迟期之后激活。
在 Taproot 激活的背景下，这两个提案的变体被提出。然而，比特币社区对Taproot的支持是压倒性的，几乎没有提出任何批评。因此，具体的激活路径在很大程度上是无关紧要的。
小结
- Taproot 是比特币的一个升级，引入了几个新功能。
- Taproot 将 Schnorr 数字签名方案集成到比特币中，升级了比特币的核心密码学。
- Taproot 在 SegWit 升级的基础上进行了改进，提高了比特币的隐私性并降低了交易费用。
- Taproot 通过改革比特币的脚本语言，使未来的比特币升级更加容易。
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