比特币交易中的Schnorr签名

引言

比特币 ($BTC)、以太坊 ($ETH)、索拉纳 ($SOL) 以及其他加密货币都是数字货币，它们的存储和交易过程与法币类似。当持有者向他人转账比特币时，他们需要一个公钥地址以及一个私钥。就像分享你的银行账户号码不会带来风险，但分享你的ATM密码会一样，分享数字钱包的公钥地址是无害的，但分享你的私钥或助记词则不然。签署 $BTC 交易时，最常用的算法是 ECDSA，但 Schnorr 签名算法最近也开始受到关注。

Schnorr 签名简介

我们可以将 Schnorr 签名定义为一种节省空间、节省时间的数字签名算法，它将多个签名合并为一个，并证明所有权和授权支出。任何人都可以用相同的努力复制纸质签名，但几乎不可能伪造数字签名，无论是使用 ECDSA 还是 Schnorr 签名。此外，从公钥推导私钥也是不可能的，但你可以通过使用 secp256k1 曲线从私钥中提取公钥。这一机制应用了一些数学难题以确保密钥的安全。

要理解 Schnorr 签名的真正效率和可靠性，你必须研究该算法的通用和数学基础。比特币使用椭圆曲线密码学，ECDSA 和 Schnorr 都在同一条被称为 secp256k1 的曲线上操作。正如前文所述，Schnorr 签名确保了密钥生成的不可逆性。通过使用和依赖于与 ECDSA 相同的数学基础，Schnorr 系统可以重新组织签名的生成和验证方式。

签名创建过程

当你创建一笔 $BTC 交易时，必须证明你有权支出这些币。你通过数字签名来实现。Schnorr 签名算法遵循一种清晰且直接的模式。为了为特定签名创建唯一的签名，算法使用了交易细节、一个随机数和私钥的巧妙组合。如果交易的任何一个字符发生变化，签名就会变得无效。由于严格依赖交易数据，篡改或伪造变得不可能。当系统生成签名后，它会将签名添加到交易中，并与网络共享，以便网络可以验证。

网络验证

现在，区块链网络的参与者会检查你的交易的有效性。他们无需访问私钥即可进行验证。相反，他们使用公钥和签名来确认交易已被授权。Schnorr 签名通过允许多个批准合并为一个，简化了验证过程。尽管内部逻辑确认所有相关方都已同意，但网络只处理一个紧凑的签名。在这里，我们可以看到 Schnorr 签名系统的高效和节省空间的优势。

在多签钱包中的作用

Schnorr 签名的一个实际优势体现在多签钱包中。这些钱包在资金解锁和授权支出之前，需要多个私钥的批准。在传统设置中，每个签名者都会生成一个单独的签名，所有签名都必须包含在交易中。这会增加交易的大小，并泄露参与者的数量信息。使用 Schnorr 签名，所有必要的批准都可以合并成一个组合签名。

与 Taproot 升级的关系

Schnorr 签名通过 Taproot 升级在比特币区块链上变得可用，该升级经过多年的讨论和测试后激活。在此之前，只使用了 ECDSA。Taproot 引入了一种处理交易条件和脚本的新方式。它允许比特币只显示实际使用的条件，同时隐藏其他可能性。Schnorr 签名在实现签名聚合和验证方面发挥了重要作用。

安全性考虑

在任何金融系统中，安全性始终是最重要的关注点，尤其是在加密市场中。Schnorr 签名既不是试验阶段的，也不是未经验证的密码学技术。它们经过了充分的研究，在某些方面比 ECDSA 更加简单。这种简洁性使得分析更容易，也降低了实现错误的可能性。由于 Schnorr 在比特币已信任的椭圆曲线上操作，不会引入陌生的假设。因此，比特币在不牺牲安全模型的前提下，提升了效率和隐私。

采用与兼容性

尽管具有诸多优势，Schnorr 签名并非所有交易的强制要求。比特币允许用户选择是否使用新功能或旧格式。许多钱包和服务仍依赖旧格式，以确保兼容性和逐步升级。随着时间推移，随着更多软件采用 Taproot，我们可以预期 Schnorr 签名算法的使用会逐渐增加。这种渐进式的方法确保了系统的稳定性，避免了强制用户突然变革，也体现了比特币谨慎的发展理念。

对用户的实际意义

对于大多数用户来说，Schnorr 签名在后台默默工作。这种签名系统不会改变钱包的外观或交易的发送方式。其真正的好处通过降低手续费、提升隐私和增强扩展性间接体现。用户无需理解复杂的数学基础，也能从中受益。这种静默的集成也符合比特币旨在提供一个可靠金融生态系统的目标，而无需用户具备技术专长。

长期意义

Schnorr 签名是比特币演进中的一个关键步骤。它表明系统可以在不破坏基本原则的前提下实现改进。通过优化签名的创建和验证，比特币变得更加高效和灵活，同时保持去中心化。这些改进可能看似微不足道，但在数百万笔交易中，效果会逐渐显现。

结论

总之，Schnorr 签名系统在效率、隐私和安全性方面的提升，使其成为一种更优的授权 $BTC 交易的系统。该系统建立在与 ECDSA 相同的密码学基础之上。随着采用率的提高，Schnorr 签名有望在增强比特币的韧性和实用性方面发挥越来越重要的作用。