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NOTE-Protocol-V2-Chinese.md

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NOTE协议用户白皮书(draft)

1. 简介

NOTE协议使基于比特币UTXO模型的区块链能够创建及管理数字资产。该协议支持强加密数据存储与通信，亦适用于公开透明的数据存储，包括Token与NFT等数字资产的所有权管理。

本协议基于BIP32标准，确定去中心化身份（DID）的生成规则。

针对加密数据，本协议采用DID规则，对每条记录以难以预测的随机公私钥加密解密，并使用Electrum BIE1 ECIES算法进行数据加密。

协议明确数据存储格式，并定义了数据的增删改查及分享规则。

信息安全无须依赖第三方信任，仅助记词持有者可访问数据，确保数据安全与存储安全。

利用链上智能合约进行比特币共识级别的资产校验，结合链下资产索引器，高效解读链上资产并提供资产的默克尔证明。

此为一种第二层解决方案，基于牢不可破的比特币协议及其底层区块链共识规则。本协议也为Layer 2网络奠定应用基础需求。

2. 协议解决的问题和方案

基于UTXO模型的区块链特点，本协议解决以下问题：

  • 去中心化身份（DID）
  • 数据格式
  • 数据存储位置
  • 数据所有权确认
  • 所有权转移
  • 链上合约
  • 数据解析
  • 数据索引
  • 资产创建
  • 资产挖掘
  • 资产转移
  • 资产销毁
  • 资产通知
  • 资产证明

设计过程中考虑了交易顺序，以避免双重支付、减少链上数据冗余，以及防止资产误消耗等问题。

2.2 去中心化ID

在用户的终端设备（如手机或电脑）上，基于BIP32协议派生账户公私钥和用于数据加密的私钥。这些私钥作为去中心化身份标识，使用公开的账户公钥来标识用户。在所有权确认、签名、数据创建和分享等所有场景中均使用此身份。

DID

2.2.1 账号密钥

账号密钥基于以下路径派生：

m/purpose'/coin_type'/account'/target/index

在NOTE.SV软件中使用了下面的变量

purpose = 44
coin_type=236
account=0
target=0
index=0

完整的派生路径为：

m/44'/236'/0'/0/0

顺序增加index可以创建多账号。

2.2.2 数据加密密钥的派生

数据加密密钥的派生路径定义如下：

m/purpose'/coin_type'/account'/target/quotient/remainder

在NOTE.SV软件中，使用了以下变量：

purpose = 44
coin_type = 236
account = 0
target = 2

派生路径的生成步骤如下：

  1. 随机生成一个64位整数 n。
  2. 遵循IEEE754标准，对随机数取模 n % (2^53-2) + 1，生成派生索引。
  3. 使用派生索引除以Hardened，获取商和余数。代码如下： 
    const Hardened = 0x80000000;
const quotient = Math.floor(index / Hardened);
const remainder = index % Hardened;

完整的派生路径为：

m/44'/236'/0'/2/${quotient}/${remainder}

2.3 数据的格式和顺序

链上数据的格式和顺序规定如下：

  • 公钥HASH：持有者的账号公钥的HASH160。
  • 明文HASH：
    • 如果是加密信息，则为明文的SHA256值。
    • 如果是公开数据，则为0x00。
  • 数据：明文或密文。数据可为加密或公开数据。原始数据使用Msgpack协议编码，需排序键值（sortKeys=true）。
  • 签名：使用持有者账号私钥对明文HASH进行的签名。签名可通过持有者账号公钥验证。签名算法采用Bitcoin Message标准。如果可以提供交易的公钥签名，此处为0x00；否则必须有签名。
  • 附加信息：描述数据的表现形式
    • 1字节的整数0x00，表示数据使用了持有者的账号公钥加密。
    • 1字节的整数0xff，表示数据未加密。
    • 8字节的整数，范围：1～2^53 - 1，表示数据使用了数据加密公钥加密。
  • NOTE：全大写，固定的协议标识符。

Data

2.4 存储位置

数据需放置在交易的解锁脚本中。在解锁过程中，矿工将对交易签名和其他解锁条件进行校验。同时，输出部分也需要有相应的脚本输出，以形成交易链条。索引器会根据区块和UTXO交易链确定交易的执行顺序，并据此验证资产交易的有效性。此类解锁签名的flag设置为 SINGLE | ANYONECANPAY。 本协议采用非标准脚本，与P2PKH等标准脚本不同，从而避免UTXO被误消费的情况。 本协议所使用的最简单比特币脚本示例如下。

2.4.1 非标脚本

非标脚本按照以下格式定义：

解锁脚本：交易签名 公钥HASH 明文数据Hash 数据 数据签名 附加信息 
锁定脚本：NOTE OP_2DROP OP_2DROP OP_2DROP 原公钥 OP_CHECKSIG
交易输出：NOTE OP_2DROP OP_2DROP OP_2DROP 新公钥 OP_CHECKSIG

2.4.2 使用P2WSH

在支持P2WSH的区块链中，格式定义如下：

解锁脚本：交易签名 公钥HASH 明文数据Hash 数据 数据签名 附加信息 
锁定脚本：NOTE OP_2DROP OP_2DROP OP_2DROP 原公钥 OP_CHECKSIG
输出脚本：NOTE OP_2DROP OP_2DROP OP_2DROP 新公钥 OP_CHECKSIG
脚本地址：赎回脚本的HASH地址

数据信息被保存在隔离见证数据区中。

2.4.3 使用P2TR

类似于P2WSH，赎回脚本作为MAST的一个解锁分支。由包含数据解锁脚本提供解锁。 在支持P2TR的区块链中，格式定义如下：

解锁脚本：交易签名 公钥HASH 明文数据Hash 数据 数据签名 附加信息 
锁定分支脚本：NOTE OP_2DROP OP_2DROP OP_2DROP 公钥 OP_CHECKSIG
输出分支脚本：NOTE OP_2DROP OP_2DROP OP_2DROP 公钥 OP_CHECKSIG
交易输出：Taproot地址输出

解锁脚本信息保存在隔离见证数据区中。

建议使用非标脚本和P2WSH以获取更清晰的语义。P2TR MAST可实现更复杂的交易逻辑，但可能导致索引器设计更为复杂。

2.5 链上合约

通过更复杂的锁定脚本，可以创建链上智能合约，使得只有符合合约条件的交易才能被确认上链。以下是一个简单示例：该脚本要求，除了签名外，还必须提供特定的消息（message），才能发起交易并使信息成功上链。

class Scryptdemo extends SmartContract {
    @prop()
    static note: ByteString = toByteString('NOTE', true)

    @prop()
    pubKey: PubKey

    @prop()
    hash: ByteString

    constructor(hash: Sha256) {
        super(...arguments)
        this.hash = hash
    }

    @method()
    public unlock(
        sig: Sig, 
        message: ByteString,
        owner: ByteString,
        plainHash: ByteString,
        data: ByteString,
        hashSig: ByteString,
        extra: bigint
    ) {
        Scryptdemo.note
        // owner
        // plainHash
        // data
        // hashSig
        // extra
        assert(sha256(message) == this.hash, 'Hash does not match')
        assert(this.checkSig(sig, this.pubKey), 'signature check failed')
    }
}

编译后的脚本为

044e4f54450000<hash>6175615279755879a85179876959795279ac77777777777777777777

ASM:

4e4f5445 <hash> 0 0 OP_NOP OP_DROP OP_NOP OP_2 OP_PICK OP_DROP OP_8 OP_PICK OP_SHA256 OP_1 OP_PICK OP_EQUAL OP_VERIFY OP_9 OP_PICK OP_2 OP_PICK OP_CHECKSIG OP_NIP OP_NIP OP_NIP OP_NIP OP_NIP OP_NIP OP_NIP OP_NIP OP_NIP OP_NIP

示例合约使用Scrypt制作。

无论是最简单的合约还是更复杂的合约，在由解锁脚本和锁定脚本构成的交易脚本中，数据的格式和顺序都必须遵循本协议的规定。由于支持智能合约，链上Oracle和Swap等功能也将成为可能。

2.6 数据所有权确认

数据上链必须通过花费符合本协议规定的UTXO来完成交易签名或数据签名。链上矿工以及链下索引和钱包通过检查签名来确认数据所有权。UTXO链保证交易顺序，防止双重支付。数据签名和交易签名的二选一机制允许第三方代付交易费用。如果未提供数据签名，则交易签名者被视为数据的持有者。 数据所有权可通过以下步骤确认：

  1. 如果存在数据签名，首先检查持有者的数据签名，提取公钥，并与持有者的公钥HASH一起验证。如果验证通过，则所有权归公钥持有者。如果验证不通过，则该交易为非法交易。
  2. 如果未提供数据签名，则提供交易解锁的公钥即为数据所有者。

2.7 所有权的转移

2.7.1 提供数据签名时

  1. 获取接收方的公钥。
  2. 计算接收方公钥的HASH。
  3. 使用发送方的账户私钥进行签名。
  4. 代付方或发送方使用私钥签名交易。

2.7.2 未提供数据签名时

  1. 获取接收方的公钥。
  2. 将交易输出到对方的公钥脚本或公钥脚本的HASH。
  3. 将接收方的HASH数据设置为0x00，以节约交易空间。
  4. 发送方使用私钥签署交易。

2.8 数据解析

交易发布到区块链后，数据索引器对交易进行解析，检查签名以确认所有权是否符合协议，并解析数据内容以确定其有效性。不符合规定的交易将被丢弃。大量的非合规交易可通过垃圾邮件过滤器标记发起方。

3. 加密数据

3.1 数据的创建

加密数据的创建过程如下：

  1. 准备明文数据内容。
  2. 使用msgpack对数据进行打包。
  3. 获取打包数据的SHA256 HASH。
  4. 生成随机数，创建派生索引，并根据索引派生出加密私钥。
  5. 使用派生出的公钥对数据进行加密。
  6. 使用账户私钥对加密后的数据进行Bitcoin Message签名。
  7. 构建数据脚本。
  8. 构造交易并广播。

3.2 数据签名加密数据的分享

加密数据转让时的步骤：

  1. 转让加密数据时，设置附加数据为0。
  2. 获取交易对方的公钥。
  3. 使用对方公钥加密数据。
  4. 使用自己的根私钥进行签名。由于从签名中可以提取出公钥，因此可以确认自身身份。
  5. 设置交易对方的公钥HASH。
  6. 接收方在解密数据后可以验证明文的Hash256。

接收方公钥HASH 明文Hash 加密数据 持有者的数据签名 00 NOTE

4. NFT

由于比特币区块链的愿景和技术限制，本协议不要求也不建议将大量数据存储在区块链上。只需将数据的HASH上链，数据本身可以存储在其他去中心化或中心化系统中。

5. Token

TODO

6. 数据索引

TODO

6.1 资产证明

TODO

7. 参考

感谢以下列出及未列出的所有个人和团队对比特币的贡献，他们的文章和代码给予了我们极大的启发。

比特币

白皮书 - 牢不可破的比特币协议。

BIP32

BIP32 定义了一套通过助记词派生私钥的算法，可用于获取相应的公钥和公钥哈希（即地址）。

Electrum BIE1 ECIES

Electrum BIE1 ECIES 定义了使用椭圆曲线算法进行数据加密和解密的方法。

Paymail

Paymail 启发了我们的DID设计。

Ordinals

Ordinals 促使我们升级协议。

BRC-20

BRC-20 对标准数据格式提出了建议。

Atomicals

Atomicals 帮助我们更好地理解需求。

Scrypt

Scrypt 带来比特币智能合约

Msgpack

Msgpack 节省每一个字节