Taproot es la primera actualización importante de Bitcoin desde agosto de 2017, que vio la introducción de Segregated Witness (SegWit) y resultó en el lanzamiento de Lightning Network. Si bien la bifurcación anterior buscaba principalmente arreglar la maleabilidad de las transacciones y mejorar la escalabilidad de la red de Bitcoin, la actualización de Taproot tiene como objetivo renovar la eficiencia de las transacciones, la privacidad y respaldar las iniciativas de contratos inteligentes.

La actualización de Taproot se estableció para su implementación después de lograr un consenso del 90% entre los mineros de Bitcoin (nodos de minería). La actualización Taproot para Bitcoin supone realizar diferentes cambios en la estructura de las transacciones, mejorando la privacidad, que estas tengan un menor coste y sean más rápidas. Además, realiza cambios en el Script de Bitcoin que permitirá simplificar el despliegue de Smart Contracts.

Es un soft fork (actualización sencilla del software) que añade mejoras en los scripts de Bitcoin permitiendo mejorar la privacidad y simplificar las transacciones complejas. Una transacción en la blockchain de Bitcoin puede integrar funciones complejas como establecer timelocks, multifirma de las transacciones y otras funciones.

Actualmente es muy sencillo ver qué transacciones cuentan o añaden algunos de estos elementos, ya que las transacciones complejas requieren crear varias transacciones. Taproot lo que hará es «enmascarar» todos estos elementos complejos en las transacciones de Bitcoin. La red verá estas transacciones complejas como si fueran transacciones sencillas, aportando aún más privacidad dentro de la red de Bitcoin.ç

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La propuesta Taproot fue lanzada en enero de 2018 por Greg Maxwell, un desarrollador de Bitcoin Core. Tras esta propuesta llegó el tiempo de escribir el nuevo código y probarlo en una testnet (red prácticamente igual que Bitcoin donde hacer pruebas sin perjudicar a la red pública). En octubre de 2020, Taproot ya estaba lista y se publicó como una librería de Bitcoin Core, para posteriormente realizarse por parte de Pieter Wuille una «pull request». Esto último es simplemente que los mineros descarguen el software con Taproot integrado y empiecen a crear bloques que señalen el uso de Taproot.

Cómo funciona Taproot

Esta solución lo que modifica es el funcionamiento de los scripts de Bitcoin. El script es una de las pocas líneas de código que se añaden las transacciones, definiendo que parte de los sats se pueden gastar y cuáles se van para los mineros.

Las transacciones de Bitcoin se definen por un conjunto de scripts o condiciones para el pago que se denominan P2SH. Todo el conjunto de elementos establece como serán gastadas las monedas en la siguiente transacción. La seguridad la ponen sistemas de clave asimétrica compuestos por una clave privada y una clave pública generada a raíz de esa clave privada. El destinatario debe usar su firma para demostrar la propiedad de las monedas y poder usarlas.

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Los scripts P2SH tienen la capacidad de modificar o ajustar las acciones, que no es más que establecer restricciones sobre el uso de los bitcoins dentro de la blockchain. Podríamos establecer un bloqueo de tiempo (timelock) que determine cuando los bitcoins pueden ser gastados, como por ejemplo una fecha o un determinado bloque. Además, se pueden establecer condiciones como la multifirma, donde se necesitan las claves privadas de varios usuarios para autorizar una transacción.

La integración de Taproot permite mejorar la privacidad de la red, ya que «esconde» todas estas condiciones. Esto supone que únicamente se revela la condición final activada en la transacción haciendo que una transacción convencional con una enriquecida, sean imposibles de distinguir.

Principales implementaciones de Taproot

MAST (Merkelized Abstract Syntax Tress)

Quien propone MAST es el desarrollador Johnson Lau en 2016 con su BIP-0114. Esta mejora solo es posible tras la actualización SegWit, que servía como base para futuras mejoras técnicas.

La solución MAST se basa en dos elementos. El primer elemento son los Árboles de Merkle, que es una estructura que combina las transacciones dentro de la blockchain de Bitcoin. Nos ofrecen una gran seguridad, ya que modificar cualquier transacción dentro de esa estructura supondría cambiar el resultado final, haciendo sencilla la detección de posibles manipulaciones. Esto a su vez reduce la cantidad de espacio de almacenamiento de la información en los bloques.

Tenemos en segundo lugar, los Árboles de Sintaxis Abstracta (AST) que se basa en un algoritmo que secciona la información en diferentes partes individuales. Esto permite hacer la información más inteligible y simplifica la clasificación de la información, permitiendo acceder rápidamente a los datos importantes o interesantes de manera ágil. Esto sin necesidad de mostrar públicamente todos los datos que contienen.

La combinación de estos dos elementos permite incluir más información compleja en la blockchain de Bitcoin, pero manteniendo la privacidad y reduciendo la necesidad de espacio. Dicho de otro modo, el tamaño de las transacciones se reduce y caben así más transacciones por bloque.

Mediante esta solución en Taproot, se revela únicamente la condición que se cumple cuando se hace una transacción y el resto de la información permanecen ocultos y protegidos. Esto además permite que los smart contracts construidos en la blockchain de Bitcoin sean más seguros, privados y eficientes. Esto le permitira a su vez la capacidad de competir contra otras blockchain que permiten la integración sencilla de Smart Contracts, como es el caso de Ethereum, por ejemplo.

Firmas Schnorr

Esquema de firmas criptográficas que fueron desarrolladas por Claus Schnorr, un prestigioso matemático y criptógrafo alemán. El algoritmo de las firmas Schnorr estaba protegido por una patente hasta el año 2018. Dicho esquema permite una mayor simplicidad y eficiencia, permitiendo la generación de firmas cortas.

Satoshi Nakamoto para Bitcoin opto por el algoritmo de firma digital de curva elíptica (ECDSA) que habría sido elegido debido a que el algoritmo Schnorr se liberaría muy poco antes de la publicación del whitepaper de Bitcoin. Debido a esto Nakamoto habría optado por ECDSA que es una solución compacta, segura y sobre todo de código abierto.

Adoptar ahora las Schnorr Digital Signature Scheme (SDSS) puede ser un gran cambio en la generación de las firmas en Bitcoin y otras blockchains. Esta adopción permite integrar varias claves dentro de una transacción compleja y generar una firma única de salida. La agregación de firmas permite que el uso de múltiples firmas permite terminen generando una única firma de Schnorr.

Schnorr permite que las transacciones sean más rápidas de verificar, permitiendo así que los tiempos de validación de las transacciones sean más rápidas. Una integración que mejorara la capacidad de procesar transacciones en la blockchain de Bitcoin.

¿Qué aportará Taproot a Bitcoin de ahora en adelante?

La integración de MAST y Schnorr dentro de Taproot para la blockchain de Bitcoin aporta las siguientes mejoras:

• Aumenta la privacidad de manera notable al «ocultar» cierta cantidad de datos
• Se reduce la cantidad de información que se debe transmitir a la red
• Reduce el coste de validación de las transacciones, en recursos de cómputo y en tiempo.
• Reduce los tiempos de validación de las transacciones, lo cual podría suponer un aumento en la adopción de Bitcoin como medio de pago
• Permite añadir más transacciones en un bloque
• Las fee de las transacciones se podrían reducir de manera notable
• Aportará mejoras en la escalabilidad de la red de Bitcoin

Además, corrige la maleabilidad de las firmas dentro de la red Bitcoin, lo cual suponía un problema de seguridad. Resumiendo, la maleabilidad permite alterar la firma de las transacciones antes de que estas pasen a ser confirmadas. Este tipo de ataque de alteración de la transacción permite simular que la transacción nunca se habría dado. Bitcoin queda expuesto en este caso a un problema de doble gasto que podría suponer un problema en la integridad de la blockchain.

Taproot bloqueado

El pasado 12 de noviembre de 2021 se superaba el 90% de los bloques señalizados para dentro de un mismo epoch. Gracias a esto Taproot ha quedado bloqueado dentro de la blockchain de Bitcoin para ser activado finalmente. Concretamente ha sido activado en el bloque 709.632, que según los calculos a partir del 14 de noviembre en adelante, la red queda completamente actulizada.

Conclusiones

Los dos elementos que se integran dentro de Taproot permiten mejorar dos aspectos fundamentales dentro de la blockchain de Bitcoin. El primer elemento es la mejora de la privacidad, algo muy demandado por la comunidad. La segunda parte que se mejora es la escalabilidad de Bitcoin, simplificando el proceso de validación de transacciones y permitiendo añadir más transacciones en un bloque.