拡張性の問題を解決するために、業界では状態チャネル、サイドチェーン、クライアント検証などの技術が提案されています。しかし、これらのソリューションにはそれぞれ限界があります。2023年12月、ZeroSyncプロジェクトの責任者Robin Linusが発表した「BitVM：Compute Anything On Bitcoin」というホワイトペーパーでは、新しいソリューションが提案されました。BitVM技術は、ビットコインネットワークのコンセンサスを変更することなく、チューリング完全なビットコイン契約を実現することを可能にし、ビットコインの潜在的なユースケースを大幅に広げました。
BitVM技術最適化探索：ビットコインの拡張効率と安全性を向上させる
BitVM技術最適化の探索
1. はじめに
ビットコインは、非中央集権的で安全かつ信頼できるデジタル資産として、常にスケーラビリティの問題に直面しています。そのUTXOモデルはシステムを無状態にし、複雑な依存関係の計算を実行することが難しくなります。これにより、ビットコイン上に非中央集権的なアプリケーションや複雑な金融ツールを構築する範囲が制限されています。
拡張性の問題を解決するために、業界では状態チャネル、サイドチェーン、クライアント検証などの技術が提案されています。しかし、これらのソリューションにはそれぞれ限界があります。2023年12月、ZeroSyncプロジェクトの責任者Robin Linusが発表した「BitVM：Compute Anything On Bitcoin」というホワイトペーパーでは、新しいソリューションが提案されました。BitVM技術は、ビットコインネットワークのコンセンサスを変更することなく、チューリング完全なビットコイン契約を実現することを可能にし、ビットコインの潜在的なユースケースを大幅に広げました。
BitVM技術はビットコインのスケーラビリティにおいて非常に優れた利点を持っていますが、依然として初期段階にあり、効率性と安全性にいくつかの問題があります。本稿では、BitVMの効率性と安全性をさらに向上させるためのいくつかの最適化の考え方を探ります。
2. BitVM のしくみ
BitVMはビットコインのオフチェーン契約として位置付けられ、ビットコイン契約の機能を推進することを目的としています。Lamportの一回限りの署名を通じて、ビットコインスクリプトに状態性を持たせ、チャレンジレスポンス方式を採用してより高い複雑性の計算検証をサポートします。BitVMシステムは詐欺証明とチャレンジ-レスポンスプロトコルに基づいていますが、ビットコインのコンセンサスルールを変更する必要はありません。
BitVMの重要なコンポーネントには、
3. BitVM の最適化
3.1 ZKに基づくOPのインタラクション回数の削減
BitVMのチャレンジ回数を減少させ、効率を向上させるためにゼロ知識証明の使用を検討します。チャレンジ対象を元のアルゴリズムFから検証アルゴリズムVerifyに変更することで、チャレンジラウンド数を減少させ、チャレンジサイクルを短縮できます。さらに、ZK Fraud Proofを構築し、On-Demand ZK Proofを実現することを探求し、BitVMシステムをさらに最適化します。
3.2 ビットコインフレンドリーなワンタイムサイン
取引データと手数料を削減するために、Lamportの一回署名の代わりにWinternitzの一回署名を使用することを検討できます。Winternitzの方案は、署名と公開鍵の長さを大幅に短縮できますが、署名と検証の計算の複雑さが増します。BitVMでは、適切なパラメータを用いたWinternitzの一回署名を使用することで、取引手数料を少なくとも50％削減できます。
3.3 ビットコインに優しいハッシュ関数
ビットコインスクリプトで実装された、script sizeとscript witness sizeが最適なハッシュ関数を研究する必要があります。これは、メルクルインクルージョンプルーフ検証機能をサポートするためです。BLAKE3ハッシュ関数は、ビットコインスクリプトで基本演算を実装できる潜在的な選択肢です。さらに、Keccak-256、Grøstlなどの他のハッシュ関数のビットコインスクリプト実装を探求することもできます。
3.4 スクリプトレススクリプト BitVM
スクリプトレススクリプトは、スマートコントラクトの範囲と複雑性を増加させるとともに、プライバシーと効率を向上させることができます。Schnorrマルチシグネチャとアダプタ署名を使用することで、BitVM回路内の論理ゲートのコミットメントを実現し、スクリプトスペースを節約し、効率を向上させることができます。今後、このソリューションをさらに改善し、Scripless Scriptsを具体的なBitVM機能モジュールに導入することができます。
3.5 許可不要のマルチパーティーチャレンジ
BitVMの信頼モデルを拡張し、信頼の仮定を減らすためには、許可のない多者OPチャレンジプロトコルを研究する必要があります。これにより、事前の許可リストなしに誰でもチャレンジに参加できるようになります。同時に、システムの安全性と効率を確保するために、魔女攻撃や遅延攻撃などの問題も解決する必要があります。
4. 結論
BitVM技術の探求はまだ始まったばかりであり、将来的にはビットコインのスケーラビリティを実現し、ビットコインエコシステムを繁栄させるために、さらなる最適化の方向性を研究・実践していく予定です。上記の最適化手段を通じて、BitVMは効率、安全性、機能性の面で顕著な進展を遂げることが期待されており、ビットコインネットワークにより広範なアプリケーションシナリオをもたらすでしょう。