对于想深入了解比特币的同学来说，taproot 升级是必须了解的知识点，taproot 出现的背景以及交易过程是怎样的，今天我们就深入介绍一下 taproot 的前世今生。

背景

随着比特币的发展，早期设计在隐私、可扩展性和智能合约灵活性等方面的局限性逐渐显现。Taproot 作为比特币的软分叉升级，旨在解决这些问题，提升比特币网络的性能和功能。

Taproot 是比特币协议中的一项重要升级，于2021年8月激活。它通过引入新的交易类型和脚本验证机制，显著提升了比特币网络的隐私性、可扩展性和效率。以下是 Taproot 的主要特点和优势：

主要特点

1. 聚合签名（MAST） ：Taproot 使用默克尔化抽象语法树（MAST），允许将多个条件组合成一个单一的签名。这意味着复杂的交易条件可以被隐藏，只有在满足特定条件时才会公开相关信息。
2. Schnorr 签名 ：Taproot 引入了 Schnorr 签名方案，相比传统的 ECDSA 签名，Schnorr 签名更简洁，并且支持签名聚合。多个签名可以合并成一个单一的签名，从而减少交易数据的大小。
3. 隐私增强 ：由于复杂的交易条件被隐藏，Taproot 交易在外观上与普通的单签名交易无异，从而提高了交易的隐私性。

优势

1. 提高可扩展性 ：通过减少交易数据的大小，Taproot 可以在每个区块中容纳更多的交易，从而提高比特币网络的吞吐量。
2. 降低交易费用 ：更小的交易数据意味着更低的交易费用，用户可以以更低的成本进行比特币交易。
3. 增强安全性 ：Schnorr 签名的数学特性使得它比 ECDSA 签名更安全，能够抵御一些已知的攻击。

原理

比特币改进提案（BIPs）是为比特币引入新功能和信息的设计文档，而 Taproot 升级则是三个 BIPs 的汇编，这三个 BIPs 分别是 Schnorr 签名(BIP 340)、Taproot (BIP 341)和TapScript (BIP 342)，这三个升级统称为 BIP Taproot，它将为比特币带来了更高效、更灵活、更私密的传输方式，其核心在于使用了 Schnorr 签名和 Merkel 抽象语法树(MAST)。

交易过程

Taproot的核心是由Schnorr 签名和MAST抽象语法树组成。

创建步骤

• 环境准备 ：使用 bitcoinlib 库，它提供了比特币相关操作的高级接口。
• 生成密钥对 ：生成两个私钥和对应的公钥，用于创建多签名 Taproot 地址。
• 创建 Taproot 地址 ：使用 HDKey.from_multisig 方法创建一个 2/2 多签名的 Taproot 地址。
• 创建交易 ：创建一个新的比特币交易，添加输入（需要替换为实际的 UTXO 信息）和输出。
• 签名交易 ：使用私钥对交易进行签名。
• 验证和广播 ：在实际应用中，需要验证交易的有效性，并将其广播到比特币网络。

from bitcoinlib.keys import HDKey
from bitcoinlib.transactions import Transaction, Input, Output
from bitcoinlib.networks import Network

# 初始化网络
network = Network('bitcoin')

# 生成两个私钥
key1 = HDKey().private_key(wif=True)
key2 = HDKey().private_key(wif=True)

# 生成对应的公钥
pubkey1 = key1.public()
pubkey2 = key2.public()

# 创建一个 2/2 多签名 Taproot 地址
taproot_address = HDKey.from_multisig([pubkey1, pubkey2], threshold=2, witness_type='taproot').address()
print(f"Taproot 地址: {taproot_address}")

# 创建一个交易
tx = Transaction(network=network)

# 添加输入（这里需要替换为实际的 UTXO 信息）
input_txid = '0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000'
input_vout = 0
input_amount = 100000  # 单位：聪
tx.add_input(Input(txid=input_txid, output_nr=input_vout, value=input_amount))

# 添加输出
output_amount = 90000  # 单位：聪，留一些作为矿工费
tx.add_output(Output(amount=output_amount, address=taproot_address))

# 签名交易
tx.sign([key1, key2])

# 打印交易信息
print(tx)