区块链:科普 | Huffman：Taproot 的优化_growth Root Token

四年来的第一次比特币升级刚刚被全世界的矿工们批准。这是利益相关者之间达成共识的罕见时刻。

撰文|?Daiwei

01

Taproot回顾?

比特币改进提案是为比特币引入新功能和信息的设计文档，而Taproot升级则是三个BIPs的汇编，这三个BIPs分别是Schnorr签名(BIP340)、Taproot(BIP341)和TapScript(BIP342)，这三个升级统称为BIPTaproot，它将为比特币带来了更高效、更灵活、更私密的传输方式，其核心在于使用了Schnorr签名和Merkel抽象语法树(MAST)。

美国说唱歌手Megan Thee Stallion与Cash App合作发布比特币科普视频:美国说唱歌手Megan Thee Stallion与由Square开发的移动支付服务Cash App合作发布了一段名为“Bitcoin for Hotties”的视频。该视频从她的角度解释了什么是比特币，为什么比特币有价值等内容。Megan Thee Stallion在Instagram上拥有超过2410万粉丝，在 Twitter上拥有640万粉丝。（Bitcoin News）[2021/8/8 1:41:10]

▲调整公钥

Taproot的原理，简单来说，就是定义了一种输出和两种花费路径。如上图所示，有Alice和Bob两个参与者，Taproot的运作过程如下:

欧科云链集团正式启动区块链科普行动“星途计划”:欧科云链集团于4月26日，正式宣布启动了区块链科普行动——“星途计划”，行动包括将在全国范围展开系列沙龙，加大力度推进区块链科普进机关、进国企、进校园等，联合政府部门、行业协会等共同构建起更加完善和有效的区块链科普教育生态，与此同时，直击区块链科普现存痛点，推出简单易懂的“秒懂区块链”公益短视频课。

该计划旨在全维度推动社会建立对产业更清晰的认知，与“鲲鹏计划”一道助力数字经济及区块链产业本身健康发展夯实“人才”和“产业认知”两大基础。[2021/4/26 20:59:37]

将Alice和Bob的公钥聚合为：C=P_A+P_B加入MerkleRoot，公钥聚合为：P=C+H(C||MerkleRoot)G，其中H(C||MerkleRoot)表示C和MerkleRoot的组合hash锁定脚本中填入聚合公钥P，格式类似Segwit：。ver表示版本号，Taproot中ver=1。花费路径有两个，二选一：签名模式：Alice和Bob全部签名产生聚合签名，填入见证脚本。利用聚合公钥P,对签名进行验证后即可花费。脚本模式：Alice和Bob，有一个拒绝签名，可以走脚本模式。此时Alice想要完成花费，那么见证脚本中需要填入：符合Script1的执行数据D,Script1,C,Hash2。为了验证签名，首先利用Script1,Hash2，计算MerkleRoot，然后验证P==C+H(C||MerkleRoot)G是否成立，最后构建完整脚本D||Script1并执行脚本，验证结果是否为真。当上述验证通过后，即可完成花费。Taproot按照签名模式进行花费时，多个参与方和单个参与方在区块链上看起来都长得是一样的，所以许多区块链分析将不可用，从而为所有Taproot用户保留隐私。与此同时，Taproot的脚本花费模式让用户可以实现复杂的支出条件。Taproot可以有效压缩交易脚本字节数。签名模式下随着参与者增加，EDSA交易脚本大小线性增长，Taproot交易脚本大小保持不变。脚本模式下随着脚本数量的增加，EDSA交易脚本大小线性增长，Taproot交易脚本大小对数增长。

声音 | 浪潮集团云南分公司总经理：云南区块链产业发展需从“科普”到“专精”不断深化:据昆明日报消息，浪潮集团云南分公司总经理郑昕表示，云南区块链产业发展需从“科普”到“专精”不断深化。下一步，浪潮将继续加大云南农业产业高质量发展体系建设力度，重点以普洱茶等云南优势产业为切入点，打造云南“绿色、有机农产品高地”的品牌形象，并在此基础上，开展基于区块链的供应链金融服务，解决中小企业贷款难、贷款贵问题。[2019/11/11]

02

HuffmanTree?

给定N个权值作为N个叶子结点，构造一棵二叉树，若该树的带权路径长度达到最小，称这样的二叉树为最优二叉树，也称为哈夫曼树(HuffmanTree)。哈夫曼树是带权路径长度最短的树，权值较大的结点离根较近。

声音 | CNBC主持人：加密货币最大的缺点之一就是难以向外行快速科普:CNBC主持人Ran NeuNer近期发推称，加密货币最大的缺点之一就是很难向外行快速解释。当人们要求我向他们解释比特币时，我知道他们至少需要一个小时才能真正理解。[2019/9/10]

▲哈夫曼树

哈夫曼树的构造过程是利用贪心的思想，每次选择权重最小的两个结点组合成新的节点，加入到原始集合，重复上述过程，直至结束。如上图所示，存在权重集合为(1,2,3,4,5)?的5个结点，构造哈夫曼树的过程如下：

从集合中选择权重最小的1,2结点，组合成权重为3的结点，集合变成(3,3,4,5)从集合中选择权重最小的3,3结点，组合成权重为6的结点，集合变成(4,5,6)从集合中选择权重最小的4,5结点，组合成权重为9的结点，集合变成(6,9)从集合中选择权重最小的6,9结点，组合成权重为15的结点，集合变成(15),构造过程结束可以看出，在哈夫曼树中，权重越大的结点离根越近，权重越小的结点离根越远。

金色财经独家分析 监管机构、媒体、业界提示风险 区块链科普道阻且长:新华社今日发文表示，近来“区块链”类案件频发，不法分子以“投资虚拟货币周期短、收益高、风险低”为借口，取用户信任并诱使其转账进行投资。无独有偶，同日消息，腾讯手机管家安全专家也提醒此类风险，并从技术上提出防建议。在美国，监管机构警示加密货币欺诈现象普遍承诺高收益而不披露潜在风险。金色财经独家分析，不法分子假借新技术之名进行，一方面是抓住民众趋利的心理，一方面反映出区块链科普的欠缺。区块链是新兴科技和底层技术并有改变社会生产关系的潜力，应该进行系统性的科普教育，当前，部分大学已经开始设置了区块链课程，但对于普通民众仍然有科普的需求，人们应该了解到系统和正确的知识，不仅要了解区块链的好，也要明确局限和弊端，以在高收益的诱惑下，保持清醒客观。[2018/4/11]

03

HuffmanTree?

在Taproot里的应用?

Taproot相比于ECDSA多签算法，一大优势是Schnorr聚合签名可以将多个签名数据压缩合并成单个聚合签名。使用聚合签名技术后，交易脚本的字节数大大减少，可以有效减少交易费用的支出。当我们按照脚本模式进行花费时，借助MAST的树形结构，交易脚本大小随着脚本数量对数增长。然而利用HuffmanTree，可以通过改进MAST的构造过程，帮助我们进一步减少脚本花费模式下见证脚本的字节数，最终达到降低交易手续费的目的。

▲抽象语法树

前文提到，当Taproot按照脚本模式进行花费时，需要提供脚本在MAST中的Proof。如上图，当我们想通过script_A进行花费，见证脚本中需要提供：

符合script_A的执行数据Dscript_APTaggedHash(B),TaggedHash(C)TaggedHash表示带标签的hash，固定长度32字节，使用带标签的hash目的是减少hash碰撞忽略前两项的字节数，可以看出，最后一项的字节数可以表示为32*(d-1)，d=3表示script_A在MAST中的高度。换句话说，最后一项的字节数与脚本在MAST中高度线性相关。因此，对于script_A,script_B,script_C三个脚本，我们可以根据脚本使用频率赋予权重，构造哈夫曼树，作为MAST。最终，根据Huffman的特性，使用频率越高的script,在哈夫曼树中的高度越低，见证脚本中字节数越少，交易手续费越低。总而言之，交易手续费与交易脚本的字节数息息相关。Taproot的聚合签名可以帮助我们有效减少按签名模式花费时的交易脚本字节数，但是利用Huffman构造MAST可以进一步帮助我们减少按脚本模式花费时的交易脚本字节数。

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