2021 年 11 月下旬，比特币历史上最重要的升级之一上线。被称为“Taproot”的升级为中本聪开发的加密货币代码带来了重大变化。Taproot 旨在增加隐私，降低网络成本，并引入所谓的 Schnorr 签名。下面，我们将解释 Schnorr 签名背后的原因以及为什么它们对签署比特币交易有重大影响。

什么是数字签名？

比特币被认为是高度安全的，因为网络是去中心化的、透明的，并且每笔交易都由数字签名加密货币。但是，这是什么意思？

数字签名可用于加密货币消息。粗略简化，发件人发送消息并对其进行加密。收件人是唯一可以再次打开此邮件的人。在实践中，有许多方法可以处理这样的过程。

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从概念上讲，所有这些程序都根据非常相似的原理工作。可以从网络中每个参与者单独生成的私钥创建公钥。

从某种意义上说，公钥可以证明消息是在从该密钥派生的私钥的帮助下签署的。一旦接收者想要解密秘密消息，他就会使用发送者的匹配公钥。在实践中，已经建立了两种方法：对称加密货币和非对称加密货币。

Schnorr签名有什么特别之处？

德国数学教授克劳斯·彼得·施诺尔（Claus Peter Schnorr）在 1989 年至 1991 年间开发了以他命名的签名程序。它是一种源自施诺尔识别的数字签名密码方案。

Schnorr 长期持有他的开发专利，这可能是为什么在开发工作之初没有将其集成到比特币协议中的原因。该专利于 2008 年到期，当时 Satoshi 正在研究比特币。今天，假设比特币的传奇开发者不知道他应该被允许使用签名。

要了解 Schnorr 签名是如何工作的，让我们首先解释一下以前在比特币的情况下是如何使用签名的。最后一次重大的比特币升级“隔离见证”彻底改变了交易的签署方式。

隔离见证确保之前共享的交易数据被捆绑到一个数据块中。这在数据块中增加了 50% 的空间，但每笔交易都需要签名。

Schnorr 签名再次旨在释放空间。这是通过不再需要发送方和接收方之间的每笔交易的单独签名来实现的。

Schnorr 签名与椭圆曲线数字签名算法 (ECDSA)

在 Schnorr 签名被纳入协议之前，比特币使用椭圆曲线数字签名算法。ECDSA 是数字签名算法 (DSA) 的衍生算法。

椭圆曲线优于通常的 DSA 方法，因为位长是安全级别“t”的两倍。

下面是一个例子：假设安全级别为 t = 80 位，黑客将需要 280 次操作来破解私钥。在这种情况下，DSA 密钥的长度为 1024 位，而 ECDSA 密钥只有 160 位。但是，签名在两种情况下的长度相同，均为 320 位。

ECDSA 用于从密钥中导出公钥。由于私钥在逻辑上是秘密的，因此不可能从公钥中再次导出私钥。

问题出现了，为什么 Schnorr 签名已经取代了椭圆曲线数字签名算法，尽管 ECDSA 更年轻并且被认为是高度安全和有效的？

Schnorr 开发的流程使比特币变得更快、更安全：通过关键聚合实现多重签名。确实，ECDSA 也已经允许多重签名，但只是以一种迂回的方式，在某些情况下通过支付到脚本哈希 (P2SH)。

Schnorr 签名实际上默认提供此选项，并且在 64 字节时，也比 ECDSA 签名（72 字节）要小得多。作为副作用，Taproot 升级因此为比特币区块链节省了大量空间。

由于 Schnorr 签名不可延展，因此实现了高安全性。在这种情况下，签名的延展性意味着它们在被确认之前仍然可以更改。

根据随机 Oracle 模型，只要使用足够随机的散列函数，Schnorr 签名是安全的。ECDSA 无法提供这种证明，因此总是被认为（理论上）不安全。

以下推文历史也再次出色地解释了所有相关内容：

结论：Schnorr 签名让比特币更高效、更安全、更快捷

Taproot 升级无疑是比特币历史上最关键的里程碑之一。这主要是由于一位德国数学家在九十年代初发明的一个过程。

Schnorr 签名完全符合比特币的要求，并最终与 Taproot 集成到 Satoshi 的加密货币协议中。它们支持多重签名，比旧的 ECDSA 方法更节省空间，并且由于它们的不可变形式而非常安全。

Taproot 被矿工压倒性地接受，引入了 Merkle 树（在哈希树中隐藏智能合约的条款）和 Tapscript（新的脚本语言）和 Schnorr。

然而，从长远来看，Schnorr 签名无疑是最重要的创新。据估计，它们可以将交易规模减少 20%。这将提高可扩展性，增加交易吞吐量并降低费用。