Mặc dù đã tồn tại hơn một thập kỷ, Bitcoin, mạng lưới hàng đầu, đang gặp khó khăn trong việc đuổi kịp với những đối thủ sáng tạo hơn. Mỗi lần nâng cấp trên mạng lưới đòi hỏi sự đồng thuận và phối hợp đáng kể từ các nhà xác minh và thợ đào, làm chậm quá trình thích nghi của Bitcoin với ngành công nghiệp blockchain đang thay đổi.

Sau năm 2017 và sự giới thiệu củaChứng chứng nhận SegreGate.iod (SegWit), Bitcoin đã đợi 4 năm trời để có một bản nâng cấp mới.Nâng cấp TaprootSau đó được giới thiệu vào năm 2021 sau một 90% đồng thuận. Nâng cấp Taproot bao gồm ba Đề xuất Cải tiến Bitcoin (BIP) hoạt động để cải thiện tính linh hoạt, khả năng mở rộng và bảo mật trên mạng lưới. Đầu tiên trong những BIP đó thay thế hệ thống chữ ký số kỹ thuật số Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA) bằng cơ chế nhanh hơn, an toàn hơn, Schnorr Signatures.

Bài viết này khám phá phương án thay thế này có lợi và ảnh hưởng của nó đối với mạng Bitcoin.

Chữ ký Schnorr là gì?

Chữ ký Schnorr là một hệ thống chữ ký số nổi bật vì tính đơn giản của nó. Chữ ký Schnorr hơi giống với hệ thống đã được triển khai trước đó, ECDSA, tuy nhiên, hệ thống trước đây có một số ưu điểm, bao gồm giao dịch đa chữ ký.

Chữ ký Schnorr được tạo ra bởi một nhà mật mã người Đức ngay từ năm 1980 nhưng không được áp dụng rộng rãi trong không gian tiền điện tử chính thống do một bằng sáng chế đã hết hạn vào năm 2008.

Chữ ký số là gì?

Tất cả các loại tiền điện tử đều xoay quanh một thứ gọi là chữ ký số. Điều này bởi vì trên blockchain, quyền sở hữu không được biểu thị bằng những khái niệm truyền thống như tài liệu pháp lý và chữ ký vật lý. Tính chất số hóa của tiền điện tử đòi hỏi quyền sở hữu phải được chứng minh thông qua dữ liệu số hóa. Phương pháp mật mã chứng minh quyền sở hữu này được gọi là chữ ký số.

Chữ ký số được tạo ra thông qua các phép tính toán toán học phức tạp được biết đến với tên gọi là Mật mã Khóa Riêng-Tư Công-Khóa Công. Tất cả các giao dịch Bitcoin đều bao gồm hai loại khóa, khóa công và khóa riêng-tư. Khóa riêng-tư về cơ bản là một loạt các số ngẫu nhiên mà rất khó đoán được. Chúng được tạo ra ngẫu nhiên bởi một máy tính và chỉ có thể được truy cập bởi chủ sở hữu tài khoản hoặc người thực hiện giao dịch. Bạn có thể nghĩ về chúng như là mật khẩu được giữ bí mật bởi người dùng và được bảo mật.

Các khóa công khai được liên kết toán học với các khóa riêng tư. Nhưng khác với khóa sau, chúng là công cộng và được gắn liền với mỗi giao dịch mà người dùng thực hiện từ cùng một địa chỉ ví. Điểm then chốt của cặp khóa riêng tư-công khai là chủ sở hữu của một khóa riêng tư có thể tạo ra khóa công khai tương ứng, nhưng điều ngược lại không thể thực hiện được.

Chữ ký số được tạo ra bằng cách chứng minh sở hữu một khóa riêng mà không tiết lộ chính khóa đó. Quá trình này liên quan đến các quy trình toán học phức tạp như băm và cấu trúc tập lệnh. Trước khi bất kỳ giao dịch nào trên mạng Bitcoin có thể được hoàn thành, một chữ ký số phải được tạo ra và xác minh.

Phương pháp tạo và xác minh các chữ ký này được biết đến là một hệ thống. Trước đây, Bitcoin đã sử dụng hệ thống ECDSA, dựa vào các đường cong và trường hữu hạn. Tuy nhiên, với sự giới thiệu của Taproot, các thẩm định viên và thợ đào mạng đã bỏ phiếu để thay đổi hệ thống chữ ký số thành Chữ ký Schnorr, một cơ chế thay thế cung cấp nhiều lợi ích hơn.

ECDSA là gì?

ECDSA là hệ thống chữ ký số trước đây được sử dụng bởi Bitcoin và phương pháp được chọn chủ yếu vì tính sẵn có của nó. Vào thời điểm ra đời của Bitcoin, đã có một bằng sáng chế về chữ ký Schnoor khiến cho hệ thống này chỉ dành riêng cho nhà sáng tạo của nó. Hơn nữa, hệ thống ECDSA dựa vào các đường cong elip và trường hữu hạn cho sự giới thiệu của nó là phiên bản đã được kiểm tra tốt hơn.

Làm thế nào để Chữ ký Schnorr hoạt động?

Giống như ECDSA, chữ ký Schnorr dựa vào kỹ thuật mật mã cặp khóa riêng-tư-công-khóa. Tuy nhiên, trong hệ thống này, các phép tính toán toán học để cung cấp chữ ký số có chút khác biệt.

Chữ ký Schnorr, ở một số cách, là phiên bản cải tiến của hệ thống ECDSA. Tính toán Schnorr vẫn liên quan đến mật mã đường cong elliptic (ECC); tuy nhiên, các vấn đề được đơn giản hóa hơn một chút, cho phép mỗi giao dịch chiếm ít không gian hơn (lưu trữ) trong một khối. Chữ ký ECDSA không có kích thước lưu trữ tiêu chuẩn, nhưng chúng nằm giữa 72 và 71 byte. Ngược lại, Chữ ký Schnorr gọn hơn, với kích thước chữ ký tối đa là 64 byte.

Các phép tính cho chữ ký số trong Schnorr cũng được gọi là tuyến tính. Điều này ám chỉ đến sự đơn giản của việc tính toán, cho phép điều chỉnh để tạo ra kết quả mật mã thay thế. Một trong những kết quả như vậy là giao thức MuSig, kết hợp nhiều chữ ký trên giao dịch phức tạp để tạo ra chỉ một chữ ký, bất kể có bao nhiêu khóa công khai được liên quan.

Ưu điểm của Chữ ký Schnorr

Hệ thống chữ ký số ECDSA đã được sử dụng như thuật toán chữ ký số của Bitcoin trong hơn mười năm vì nó hoạt động tốt. Nhưng sự phát triển đích thực đòi hỏi sự đổi mới hoặc cải tiến tốt hơn. Mặc dù là hệ thống cũ hơn, Schnorr mang lại nhiều lợi ích hơn cho mạng lưới Bitcoin, điểm nổi bật của nó là tính mở rộng, một trong những vấn đề lớn nhất mà mạng lưới Bitcoin đã phải đối mặt từ khi ra đời.

Khả năng mở rộng

Khả năng mở rộng là một trong những vấn đề phổ biến nhất trong ngành công nghiệp blockchain. Nó đề cập đến khả năng của mạng để thực hiện một cách hiệu quả dưới áp lực của việc tăng giao dịch cũng như tăng số nút blockchain. Với mạng hàng đầu này, Bitcoin tự hào với hàng triệu người dùng, nhưng con số đó trước đây đã làm trì trệ mạng lưới, gây ra sự tăng giá phí giao dịch và thời gian xử lý giao dịch chậm chạp. Các tính toán Schnorr nén giao dịch thành kích thước nhỏ hơn (lưu trữ), từ đó giảm lượng không gian mà một giao dịch duy nhất tốn khi được thêm vào một block. Sau đó, các thợ đào có thể thêm nhiều giao dịch vào một khối duy nhất và tăng tốc độ tổng thể của xử lý giao dịch trên mạng. Kết quả, các phí giao dịch trên mạng Bitcoin sẽ được giảm khi các vấn đề về khả năng mở rộng được giải quyết.

Đa Chữ Ký (Tích Hợp Chữ Ký)

Với ECDSA, chữ ký số kỹ thuật số điển hình chỉ liên quan đến một khóa công khai, do đó khi giao dịch liên quan đến nhiều bên và nhiều khóa, nó tạo ra nhiều chữ ký, tương đương với số lượng khóa liên quan. Chữ ký Schnorr tự hào về tính năng được biết đến như tuyến tính, làm cho việc kết hợp giao dịch liên quan đến nhiều khóa công khai (bên) để tạo ra một chữ ký số kỹ thuật số duy nhất trở nên có thể. Những giao dịch liên quan đến nhiều bên này trông giống như bất kỳ giao dịch nào khác. Từ quan điểm bảo mật, điều này là một cải tiến. Trước đây, các giao dịch đa chữ ký chiếm nhiều không gian hơn và dễ phân biệt so với các giao dịch đơn khóa thông thường. Nhưng với MuSig, tất cả các giao dịch trên mạng trông giống nhau và không thể phân biệt được với nhau.

Các giao dịch đa chữ ký mở đường cho việc xác minh hàng loạt trên mạng lưới Bitcoin. Thông thường, mỗi chữ ký và mỗi giao dịch được xác minh một sau một. Quá trình này thường tốn thời gian và tài nguyên. Do các giao dịch đa chữ ký được thực hiện bằng cách tổng hợp tất cả các khóa công khai liên quan, các nút Bitcoin có thể xác minh chữ ký hàng loạt, giảm thời gian và công suất tính toán được sử dụng để xác minh một giao dịch duy nhất.

Schnorr và Quyền Riêng Tư

Chữ ký Schnorr mang lại sự tăng cường đáng kể cho tính riêng tư trong mạng lưới Bitcoin. Một trong những ưu điểm chính của chúng là khả năng xác minh hiệu quả nhiều chữ ký trong một lô và tổng hợp chúng thành một chữ ký duy nhất. Bằng cách giảm kích thước giao dịch, chữ ký Schnorr giúp che giấu số lượng người tham gia trong một giao dịch đa chữ ký, từ đó tăng cường tính riêng tư và bảo mật của giao dịch.

Chữ ký Schnorr cũng tăng cường sự chống đỡ của Bitcoin đối với các cuộc tấn công malleability. Chữ ký Schnorr không thể thay đổi, có nghĩa là một bên thứ ba không thể sửa đổi chúng mà không làm cho chữ ký trở nên không hợp lệ. Thuộc tính này bảo tồn tính toàn vẹn của giao dịch, từ đó thúc đẩy sự riêng tư và an ninh.

Tại sao Bitcoin phải chờ đợi lâu mới triển khai Schnorr?

Đáng ngạc nhiên, chữ ký Schnorr đã tồn tại từ những năm 1980, khi chúng được tạo ra bởiClaus Peter Schnorr, một nhà toán học và mật mã học người Đức. Sau khi phát minh ra một phương pháp chữ ký số đơn giản hơn, ông đã đăng ký bằng sáng chế cho nó, hạn chế việc sử dụng ý tưởng của mình. Tuy nhiên, bằng sáng chế đã hết hạn vào năm 2008 và không được gia hạn.

Tuy nhiên, khi phát minh ra Bitcoin vào năm 2009, Satoshi Nakamotochọn ECDSA, một lựa chọn phức tạp hơn nhưng mã nguồn mở. ECDSA vào thời điểm đó đã được tiêu chuẩn hóa và được sử dụng rộng rãi hơn so với Chữ ký Schnorr, do bản quyền gần đây của nó đã hết hạn. Hơn nữa, ECDSA được hỗ trợ bởi OpenSSL, một thư viện mã hóa mà mã nguồn của Bitcoin được xây dựng trên đó.

Vì vậy, Bitcoin tiếp tục triển khai ECDSA như là hệ thống chữ ký số của mình mà không có bất kỳ tranh luận nội bộ nào cho đến năm 2014 khi được đề xuất trên diễn đàn Bitcoin Talk. Các đóng góp viên Bitcoin Core Pieter Wuille, Jonas Nick, và Tim Ruffing sau đó đã soạn thảo một Đề xuất Cải thiện Bitcoin nhấn mạnh cách Mẫu chữ ký Schnorr có thể phù hợp vào mạng lưới Bitcoin. Đề xuất của họ sau này được gắn thẻ là BIP 340 và được bao gồm trong Bản nâng cấp Taproot năm 2021.

Kết luận

Schnorr là hệ thống chữ ký đa chữ ký cho phép giao dịch BTC được hoàn thành với ít dữ liệu hơn so với hệ thống chữ ký truyền thống (ECDSA). Schnorr không chỉ cải thiện khả năng mở rộng và bảo mật của việc sử dụng chữ ký đa chữ ký, như đã mô tả trước đây, mà còn cho phép các BIP khác, tiềm năng mở đường cho các phát triển trong tương lai như hợp đồng thông minh trong Bitcoin.