前言： 2020年行将结束，这一年，区块链行业让你印象最深的是什么？是公链生态的爆发式增长？还是区块链应用的蓬勃发展？亦或是政策方面的重大利好？万向区块链于2020年年末，推出四篇重磅年度回顾系列文章：《公链篇》、《应用篇》、《服务实体经济篇》和《监管篇》，记录一个乘风破浪的区块链发展之年。
下文为年度回顾系列之——公链篇，作者：万向区块链首席经济学家办公室。一起看，这一年公链的风起云涌。

2020年即将结束，虽然疫情席卷全球，但没有影响到区块链行业的进步。在这一年中，公链和生态应用均有突破，各国对区块链及加密资产的政策也逐渐完善。本文是对区块链行业这一年进展的回顾，尤其是公链方面的进展，其中重点关注比特币、以太坊、Polkadot和Filecoin这四个热度比较高的公链。

比特币

今年比特币最大的技术进展在Taproot/Schnorr升级，这是由比特币开发人员Pieter Wuille提出，作为比特币改进提案（BIPs）发布，相关提案序号为BIP 340-342，现在已经正式合入比特币代码的主分支中。这是比特币自闪电网络上线后最大的技术拓展。

（一）Schnorr升级

比特币目前使用的ECDSA签名算法与即将采用的Schnorr签名算法，都属于椭圆曲线数字签名算法，它们使用的椭圆曲线都是secp256k1和哈希函数SHA256，所以在这个层面它们具有同样的安全性。

Schnorr签名算法主要有以下优点。

第一，Schnorr签名算法有可证明安全性。在假设椭圆曲线离散对数问题难度的随机寓言（Random Oracle）模型，以及假设原像抗性（Preimage Resistance）和次原像抗性（Second Preimage Resistance）的通用群模型下，Schnorr签名算法具备选择消息攻击下的强不可伪造性（Strong Unforgeability under Chosen Message Attack，SUF-CMA）。换言之，如果不知道Schnorr签名的私钥，即使有针对任意消息的有效Schnorr签名，也没法推导出其他有效Schnorr签名。而ECDSA签名算法的可证明安全性则依赖于更强的假设。

第二，Schnorr签名算法具有不可延展性（Non-malleability）。签名延展性的含义是，第三方在不知道私钥的情况下，能将针对某一公钥和消息的有效签名，改造成针对该公钥和信息的另一个有效签名。ECDSA签名算法则有内在的可延展性，这是BIP 62和BIP 146针对的问题。

第三，Schnorr签名算法是线性的，使得多个合作方能生成对他们的公钥之和也有效的签名。这一特点对多重签名、批验证（Batch Verification）等应用非常重要，既能提高效率，也有助于保护隐私。而在ECDSA签名算法下，如无额外的见证数据，批验证相对逐个验证并无效率提升。

最后，Schnorr签名算法因为使用同样的椭圆曲线secp256k1和哈希函数SHA256，能兼容目前的比特币公私钥生成机制。

（二）Taproot升级

Taproot升级可以视为默克抽象语言树（Merkelized Abstract Syntax Tree，简称MAST）的一个应用，而MAST又与支付到脚本哈希（Pay-to-Script-Hash，简称P2SH）有关。

P2SH是2012年推出的一类新型交易，使复杂脚本的使用与直接向比特币地址支付一样简单。在P2SH中，复杂的锁定脚本被其哈希值所取代，称为兑换脚本（Redeem Script）。当随后出现的一笔交易试图花费这个UTXO时，必须包含与哈希值匹配的脚本，同时解锁脚本。

P2SH的主要优点包括：一是在交易输出中，复杂脚本由哈希值取代，使得交易代码变短。二是将构建脚本的负担转移至接收方，而非发送方。三是隐私保护性更好。理论上，除了接收方，任何其他方都可以不知道兑换脚本中包含的支出条件。比如，在多重交易中，发送方可以不知道与多重签名地址有关的公钥；只在接收方支出资金时，才披露公钥。但P2SH也存在不足：一是所有可能的支出条件最终都必须被披露，包括那些实际上没有被触发的支出条件。二是在有多个可能的支出条件时，P2SH将变得繁复，会增加计算和验证的工作量。

但P2SH与常见的支付到公钥哈希（Pay-to-Public-Key-Hash，P2PKH）在表现上不一样，仍然有隐私保护问题。Taproot解决的问题就是让P2SH和P2PKH在链上看起来一样（图1）：1、对“非协作式支出”脚本，采取MAST形式；2、对“协作式支出”脚本，采取基于Schnorr签名的多重签名算法；3、将“协作式支出” 与“非协作式支出”合在一起表示成P2PKH形式；4、“协作式支出”表现得如同P2PKH交易，有一个公钥和对应的私钥，而不需要披露底层的MAST，而只有在“非协作式支出”时，才需要披露MAST的存在，但也只需披露被执行的那部分脚本。