Что может усовершенствовать биткоин?

В целях повышения скорости транзакций, а также снижения сопутствующих комиссий, в августе 2017 года в блокчейн биткоина было внедрено обновление Segregated Witness (SegWit). Внедрение SegWit широко освещалось различными СМИ. Однако, кроме него, было ещё несколько предложений по улучшению блокчейна биткоина, объединённых общим названием, — Bitcoin Improvement Proposals (BIP). Некоторые из них касались Мерклизованного абстрактного синтаксического дерева (MAST).

Merkelized Abstract Syntax Tree или MAST — протокол, объединяющий Деревья Меркла и абстрактные синтаксические деревья. Деревья Меркла — криптографический инструмент, облегчающий процесс уменьшения размера данных в блоке. Используя корень Меркла, можно, не загружая всех данных, проверить их истинность в дереве Меркла.

Абстрактные синтаксические деревья (АСД) — алгоритм, позволяющий разбить программу на составные части. Это облегчит задачу её понимания и классификации. Такой подход также помогает быстрее получить доступ к нужным данным. Комбинация деревьев Меркла и АСД позволяет добавлять более сложные наборы данных к транзакциям в блокчейне биткоина, при этом разрешая использование меньших данных транзакций благодаря использованию доказательств Меркла.

Люк Дж., разработчик биткоина, писал в ноябре 2016 года:

«Идея MAST заключается в использовании дерева Меркла для кодирования операций в скрипте. Совершая расходные операции, пользователи могут использовать только те ветки, которые они выполняют, и хеши, которые соединяют ветви с корнем Меркла фиксированного размера. Это уменьшает размер погашения стекой памяти с O(n) до O(log n), где (n — число операций)».

В настоящее время блокчейну биткоина требуются все данные, связанные с транзакцией для её проведения. Это касается даже данных, не использовавшихся в ходе транзакций, которые из-за этого становятся «тяжёлыми», утяжеляя данные реестра. В результате процесс идёт медленнее, чем должен. Использование MAST приведёт к улучшению процесса транзакции биткоинов. Ведущие разработчики биткоина пристально изучали и корректировали MAST. Существуют три способа, позволяющих внедрить его в блокчейн биткоина.

BIP114

Джонсон Лау, ведущий разработчик Bitcoin, представил запрос на включение кода на GitHub, назвав своё предложение BIP 114. Давая определение BIP114, он отмечает:

«BIP — новый формат программы: программа-доказательство, которая использует дерево Меркла для кодирования взаимоисключающих ветвей в скрипте. Она позволяет использовать сложные условия погашения, которые в настоящее время недоступны, повышает уровень конфиденциальности, скрывая неиспользуемые скрипты, и позволяет включать не связанные с консенсусом принудительные данные, при минимальных дополнительных затратах или вообще без них».

Лау утверждает, что на разработку этого предложения его подвигла «некоторая неадекватность и громоздкость системы сценариев биткоина». В случае реализации предложение позволит основным адресам SegWit использовать корень Меркла для просмотра транзакций. Далее Лау объясняет, что несмотря на то, что BIP114 создан на основе MAST, у него есть несколько отличий и он чаще упоминается как Мерклезированный сценарий (Merkelized Script).

«Это предложение — упрощенный и специальный случай MAST. Вместо кодирования отдельных операций, корень Меркла кодирует взаимоисключающие ветви условного сценария. Хотя это не полная реализация MAST, она обеспечивает одинаковый уровень конфиденциальности и масштабируемости O(log n)».

Предложения Марка Фриденбаха

Другой биткоин-разработчик, Марк Фриденбах, представил два предложения, которые при совместной работе позволили бы внедрить MAST в блокчейн биткоина.

Первое предложение — BIP 116, оно позволяет «зафиксировать набор элементов данных и предоставить один или несколько таких элементов при погашении без раскрытия всего набора». Фриденбах  называет этот код операции MERKLEBRANCHVERIFY.

Второй BIP — номер 117, он называется «Семантика хвостовой рекурсии» (Tail Call Semantics). Фриденбах объясняет, как она поможет MAST:

«Данный BIP в сочетании с BIP116 позволяет сценарию зафиксировать практически неограниченное количество кодовых путей, а затем показывать фактический путь кода, используемого в течение потраченного времени. Это обеспечивает форму обобщенного MAST, позволяющую разложить сложные ответвляющиеся скрипты в набор неразветвленных путей выполнения, фиксируя весь набор возможных путей, а затем показывая только тот путь, который использовался в течение затраченного времени».

Предложения Лау могут работать только в сценарии SegWit, в то время как предложения Фриденбаха могут быть реализованы в трёх сценариях, которые в настоящее время используются в блокчейне биткоина. Это чистые P2SH и SegWit:

«Используя модульность и состав мощных, но простых инструментов, таких как MERKLEBRANCHVERIFY и одиночная хвостовая рекурсия для построения MAST, мы обеспечиваем сложную и желательную функцию, минимизируя изменения в консенсусном коде, анализируем нагрузку и приобретаем технический долг».

Протокол Taproot Грегори Максвелла

Пока Лау и Фриденбах сосредоточились на MAST, делая ставку на эффективность протокола, Грегори Максвелл решил поработать над конфиденциальностью, которая может способствовать реализации MAST.

Максвелл разрабатывает протокол под названием Taproot, цель которого –— сохранение конфиденциальности транзакций. В связи с тем, что транзакции с условиями легко отличить от простых трат, Максвелл предлагает теорию, которая позволила бы сложным смарт-контрактам принимать вид простых платежей.

Taproot — это особый тип корня Меркла, работающий в качестве делегирующего CHECKSIG. Благодаря этому инструменту становится невозможно отличить выполнение смарт-контрактов от других более простых транзакций, поскольку «вычислительная сложность пути подписи, очевидно, совпадает с любой другой простой подписью (так как она неразличима). Для проверки выкупа ветки необходим хеш и умножение с постоянной точкой, которая более эффективна, чем проверка с помощью подписи; она может быть эффективно внедрена в процесс подтверждения пакетной подписи».

Преимущества внедрения MAST?

Наибольшим преимуществом MAST является возможность функционирования смарт-контракта, а также масштабируемость. MAST позволяет составить длинный список условий в рамках расходной операции без пропорционального роста объёма данных. В связи с этим существует возможность создать сложный смарт-контракт на блокчейне биткоина. Кроме того, MAST также может помочь в решении проблем масштабируемости. Обновление совершенно уникально, поскольку обеспечивает оптимальное соотношение эффективности, функциональности и конфиденциальности.

Кроме того, внедрение MAST приведет к повышению уровня конфиденциальности транзакций на блокчейне биткоина, потому что в данные транзакции включается лишь информация, используемая в процессе транзакции. Данные, которые могут быть привязаны к биткоину, но не используются в транзакции, например, временной замок или условие, не включаются в данные транзакции. Такие действия обеспечивают конфиденциальность данных, не включенных в условия, потому что связанные с ними данные не становятся общедоступными. Кроме того, MAST также может восстанавливать взаимозаменяемость, поскольку делает невозможным определение того, какие единицы были привязаны к смарт-контракту, а какие были простыми тратами.

И наконец, использование MAST приведет к значительному уменьшению количества данных для каждой транзакции благодаря использованию деревьев Меркла. Корни Меркла и доказательства Меркла устранят необходимость включения всего набора данных. Кроме того, транзакции на блокчейне будут совершаться быстрее.

Хотя ещё точно не известно, когда именно MAST будет внедрён в блокчейн биткоина, это, безусловно, сулит хорошие перспективы первой в мире криптовалюте, существенно расширив её функциональные возможности (если внедрение действительно состоится).