Schnorr签名对比特币有何意义？

2023-11-18 22:51 更新

导语

众所周知，比特币应用“椭圆曲线数字签名算法”（简称“ECDSA”）来执行所有权。通过该算法，用户使用一个数字（即私钥）即可衍生公钥。

神奇之处在于，从私钥能轻而易举地获取公钥，反向操作则无法实现。私钥是进入比特币网络的通行证，能够生成接收代币的地址，并让用户在后期花费代币。

在本文中，我们将了解ECDSA的替代方案，即Schnorr签名算法，以及其即将为比特币带来的振奋人心的改变。

数字签名的运行原理与传统手写签名类似，但安全更有保障。任何人花费一些精力和时间都能伪造手写签名。但就算历经数十万年都难以攻破强大的数字签名。

数字签名拥有诸多用例。常见的是向公众传达特定消息。如前文所述，通过私钥（需保密的一串数字）即可创建公钥，而这个过程使用secp256k1曲线的复杂数学运算就能完成。接下来，通过公钥还能生成公共地址。

请注意，公钥对外分享绝对安全。公钥发布在个人网站或Twitter的个人简介中，他人可验证发布者的身份。同样，公共地址可以分享给他人，以便接收他人发送的加密货币。

通过私钥即可创建个人数字签名。撰写信息并通过私钥执行操作就能创建签名信息。任何人把签名信息与个人公钥进行比较，以检查签名的真实性。

这又与比特币有什么关联呢？其实，所有比特币交易均内含数字签名信息，表明“我正在发送此前接收到的代币”。当信息发送至网络的其他节点，节点核实ECDSA签名是否与之匹配。如果不匹配，节点将驳回信息。

Schnorr签名则属于截然不同的机制，其运行方式类似于目前使用的椭圆曲线数字签名算法，但优点更为突出。事实上，Schnorr签名早于ECDSA问世，因此很多人好奇，为何该机制一开始没有在比特币中应用。

一种合理的解释是，该机制的发明者Clasu P.Schnorr申请了专利。专利于2008年初，即比特币白皮书发布之前到期，但该机制当时尚未全面标准化。所以，中本聪选择了更获广泛接受的开源ECDSA。

相比其他机制，Schnorr签名简单得多。因此，也比其他备选机制更安全。Schnorr签名乍一看似乎意义并不大，但却有另一个强大特性：线性。

通俗来讲，拥有该特性的机制更适合于某些操作，尤其是多重签名交易。众所周知，比特币已支持多重签名，但效果不尽如人意。

用户创建多重签名地址时，资金发送方无需了解用户设置的花销条件，甚至不知道自己正在向多重签名设置发送资金，地址唯一的特别之处在于以“3”开头。

但是，在需要转移资金时，就会显露其本质。假设有人与Alice、Bob 3人同时使用设置。一人花费5枚比特币必须由三人同时提供公钥和有效签名。如有资金转出地址，通过查看区块链，整个网络都会了解到这个情况。

从隐私角度出发，这种模式并不理想。此外，假如创建更复杂的多重签名（例如，10人签名，需8人批准），会占用区块链更多的空间。这样会造成冗长交易，因此费用昂贵。请记住，交易中的字节越多，支付的费用就越多。

Schnorr签名被认为是隐私性和可扩展性的解决方案。正如我们所见，Schnorr签名支持签名聚合，即多位签名者的签名整合为单一签名。这样一来，“主签名”的长度与常规的单人签名相同，从而大大节省了空间。

此外，旁观者很难从混合签名中辨认出哪些人签（或没签）交易。也就是说，在 m-m 机制中，所有参与者签名后才能动用资金，他人根本无法辨别这是单方交易还是多重签名交易。

关键是，Schnorr签名是区块链进一步发展的基石。签名一经实施，即可用来改进加密货币的相关技术，例如原子交换和闪电网络。

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具体时间尚未确定。与比特币协议的大多数升级一样，Schnorr签名需获得更广泛比特币用户群体的认可才能实施，而这仍需假以时日。比特币的主要贡献者Pieter Wuille、Jonas Nick和Tim Ruffing已提交比特币改进提案(BIP)，但还有一些方面有待改善。

Blockstream已发布了MuSig签名方案。该方案允许签名和密钥聚合，很有可能成为比特币自有Schnorr签名机制的基础。

Schnorr签名可作为软分叉并入代码，意味着该变更不会拆分网络。相反，这次升级会需要“选择加入”。尽管如此，乐观估计Schnorr签名的集成指日可待，但要达成共识也并非一朝一夕之事。

Schnorr签名是比特币目前路线图中最受瞩目的里程碑之一。只需一次升级，隐私性和可扩展性将会大为改观。而且Schnorr签名还可为比特币智能合约和Taproot等更高阶的结构进一步发展铺平道路。