Bitcoins Taproot Upgrade – alles, was du dazu wissen solltest

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Bitcoins Einschränkungen und Skriptfähigkeiten waren immer schon ein heiß diskutiertes Thema, insbesondere im Vergleich zum Ethereum-Netzwerk. Sowohl Bitcoin als auch Ethereum basieren auf Kryptographie und Distributed-Ledger-Technologie, dennoch fand Bitcoin bisher lediglich Anwendung als Wertanlage und dezentrales Zahlungsnetzwerk. Lies weiter und erfahre, warum Taproot eventuell frischen Wind in die Angelegenheit bringen könnte.

Seit seiner Einführung hatte Bitcoin mit einer großen Einschränkung zu kämpfen: die fehlende Möglichkeit, Smart Contracts auf der Blockchain laufen zu lassen. Aus diesem Grund etablierten sich Ethereum und vergleichbare Projekte zu den Blockchains der Wahl, wenn es darum ging, Smart Contracts zu erstellen und zu betreiben. Derzeit werden hunderte Projekte wie NFTs, DApps und DeFi-Unternehmungen auf Ethereum, Cardano und anderen betrieben. Doch warum?

Ein einfaches Netzwerk

Im Bitcoin Whitepaper beschreibt Satoshi Nakamoto das Netzwerk als “robust in seiner unstrukturierten Einfachheit”. Das Netzwerk wurde daher als Turing-unvollständige Blockchain entwickelt, was wiederum bedeutet, dass es nicht alle Berechnungen anstellen kann, die andere Computer vielleicht schon durchführen könnten. Ein Gerät, das hingegen als “Turing-vollständig” bezeichnet wird, kann universell programmiert werden. Ein Beispiel hierfür ist Ethereum.

Das nächste, für November 2021 geplante Bitcoin Upgrade mit dem Namen Taproot soll dies jedoch ändern. Das bedeutendste Upgrade seit 2017 soll mittels Soft Fork frischen Wind in das Netzwerk und das originale Design bringen. Taproot wurde bereits durch einen allgemeinen Konsens bezüglich BIP 343 (Bitcoin Improvement Proposal, dt. Antrag auf Verbesserung von Bitcoin) von Minern auf der ganzen Welt genehmigt, da so die Anwendungsmöglichkeiten des Bitcoin Netzwerks ausgeweitet werden sollen und der Grundstein für zukünftige Funktionen wie etwa Smart Contracts gelegt wird.

Auf den Spuren von SegWit

Das letzte große Update von Bitcoin war SegWit (2017). Einige mögen sich vielleicht noch an den Bruch erinnern, den dieses Upgrade innerhalb der Bitcoin-Community auslöste. In einfachen Worten verringert SegWit das Gewicht von Transaktionen in einem Block auf der Blockchain, indem es Transaktionen in zwei Abschnitte teilt. Das Update führte über einen Hardfork zudem zur Gründung von Bitcoin Cash, das von SegWit-Gegnern unterstützt wurde und eine größere Blockgröße implementierte.

Der Taproot-BIP hatte es da bedeutend einfacher – das für November geplante Upgrade erreichte den Konsens bereits am 12. Juni dieses Jahres. Taproot wird das bedeutendste Bitcoin-Update seit 2017; Pläne, Bitcoin mit verschiedensten Funktionen zu erweitern, sind bereits im Entstehen.

Transaktionsgröße verringern, Effizienz steigern

Was bedeutet “Taproot” eigentlich? Der Begriff ist englisch und steht für “Pfahlwurzel”. In der Botanik spricht man bei einer Pfahlwurzel von einer langen Wurzel, die sich von der Keimwurzel zur Hauptwurzel entwickelt und gerade hinunter in den Erdboden wächst. Beispiele für Pflanzen mit Pfahlwurzeln sind in etwa Karotten oder Löwenzahn. Ausgehend von der Pfahlwurzel entwickeln sich zudem Seitenwurzeln.

Das Upgrade wurde erstmals 2018 von den Bitcoin-Developern Gregory Maxwell, Andrew Poelstra und Pieter Wuille vorgeschlagen. Im Folgenden versuchen wir, die Grundlagen dazu kurz und vereinfacht zu erklären: Bitcoin verfügt über ein Skriptsystem, in dem alle Voraussetzungen festgelegt sind, zu denen Coins ausgegeben werden können.

Eine dieser Voraussetzungen ist, dass ein Public Key einer Adresse zugeordnet ist und jeder, der eine Transaktion mit dem passenden Private Key signiert, die Coins ausgeben kann. Diese Voraussetzung ist jedoch nur eine von vielen. Derzeit werden alle Voraussetzungen auf der Blockchain gespeichert, offenbart und validiert. Im Endeffekt zählen jedoch nur ein paar wenige: die Menge, Sender und Empfänger und wann die Coins ausgegeben wurden.

Mit der Einführung von Taproot werden all die verschiedenen Voraussetzungen in einem Hash-Baum (Merkle Tree) zusammengefasst, der auf dem sogenannten MAST (Merklized Abstract Syntax Tree)-Prinzip basiert. Dadurch muss lediglich eine einzige Voraussetzung offenbart werden. Der Hash-Baum bündelt viele Hashs in einer Wurzel und komprimiert somit die Transaktion – “ein dicker Hauptstamm und viele kleinere Alternativen”, so Maxwell.

Key-Aggregation mittels Schnorr-Signaturen

Mit Taproot sollen auch verschiedenste Key-Funktionen für Transaktionen, die von mehreren Sendern signiert werden, geändert werden. Als Bitcoin als genehmigungsfreies, offenes System gegründet wurde, wurde der ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm) aufgrund seiner Eigenschaften als Sicherheits-Signaturschema auserkoren: er ist leicht, open-source und sicher.

Der ECDSA soll im Rahmen des Taproot-Upgrades nun mit Schnorr-Signaturen ersetzt werden, die sich vor allem durch ihre Sicherheit und Unveränderlichkeit auszeichnen. Schnorr-Signaturen eignen sich zudem zur Key-Aggregation für mehrere Parteien – Nutzer können zusammen eine Signatur erstellen, die trotz ihres MultiSig-Charakters genau wie eine normale Transaktion aussieht.

Was genau passiert bei der Verwendung von Schnorr-Signaturen? Sogar sehr große MultiSig-Transaktionen, bei denen angenommen 36 von 71 Teilnehmern signieren müssen, werden so klein wie reguläre Transaktionen. Dies wird erzielt, indem einer im Netzwerk übertragene Transaktion eine “Master-Signatur” angehängt wird. Dadurch wird die Privatsphäre bei Transaktionen verbessert und sowohl Speicherplatz als auch Bandbreite verringert, was wiederum mehr Transaktionen auf einer Blockchain zulässt und gleichzeitig Kosten reduziert.

Der Grundstein für Smart Contracts

Smart Contracts auf der Kern-Protokollschicht von Bitcoin zu erstellen wäre selbst dann immer noch teuer und zeitaufwändig. Auch das Arbeitsvolumen, das aufgewandt werden müsste, um diese wirklich zum Laufen zu bringen, wäre beträchtlich höher. Dennoch sind die Schnorr-Signaturen eine zentrale Grundvoraussetzung, um das Bitcoin Netzwerk zu skalieren und einen Ansatzpunkt für die Implementierung auf dem Lightning Netzwerk zu liefern.

Durch Taproot wird es künftig möglich sein, einen Key mit einem Datenhash zu verknüpfen, wie etwa einem Zeitstempel, und ein hohes Level an Privatsphäre zu schaffen. Gleichzeitig wird die Technologie hinter Bitcoin verbessert und ein Grundstein für zukünftige Smart Contract-Funktionen gelegt. Es wird zwar noch dauern, bis Bitcoin diesen Wegpunkt erreichen wird; bis dahin dürfen sich Nutzer jedoch darauf freuen, privat, flexibel und gemeinsam ihre Coins auszugeben.

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