比特币交易中的Schnorr签名

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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定货币类似。当持有者向另一方发送比特币时，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安全。为了签署一笔 $BTC 交易，最常用的算法是ECDSA，但最近Schnorr签名算法也开始受到关注。

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。Schnorr签名确保了如前所述的不可逆性。通过使用和依赖于ECDSA所采用的相同数学基础，Schnorr系统可以重新组织签名的生成和验证方式。

签名创建流程

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而直接的模式。为了为特定签名创建唯一的签名，算法结合了交易细节、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，签名就会失效。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。他们不需要访问私钥来进行验证。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，经过多年的讨论和测试后激活。在此之前，只使用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

安全性始终是任何金融系统中最重要的关注点，尤其是在加密市场中。Schnorr签名既不是试验阶段，也经过了充分的测试。它们经过了深入研究，在某些方面比ECDSA更为简洁。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。

采纳与兼容性

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使用新功能或旧功能。由于兼容性和逐步升级的考虑，许多钱包和服务仍依赖旧格式。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、改善隐私和提升扩展性间接体现出来。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提供可靠金融生态系统的目标，不要求用户具备技术专长。

长远意义

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，而不影响去中心化。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交易授权系统。该系统建立在与ECDSA相同的密码学基础之上。随着采纳率的提高，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。