Exploração de otimização da tecnologia BitVM

1. Introdução

O Bitcoin, como um ativo digital descentralizado, seguro e confiável, tem enfrentado problemas de escalabilidade. Seu modelo UTXO resulta em um sistema sem estado, dificultando a execução de cálculos complexos que dependem de estado. Isso limita o escopo de construção de aplicações descentralizadas e ferramentas financeiras complexas sobre o Bitcoin.

Para resolver o problema de escalabilidade, a indústria propôs tecnologias como canais de estado, sidechains e validação do cliente. No entanto, essas soluções têm suas próprias limitações. Em dezembro de 2023, Robin Linus, responsável pelo projeto ZeroSync, publicou o white paper "BitVM: Compute Anything On Bitcoin", que apresenta uma nova solução. A tecnologia BitVM permite a implementação de contratos Bitcoin Turing-completos sem alterar o consenso da rede Bitcoin, ampliando significativamente os casos de uso potenciais do Bitcoin.

Embora a tecnologia BitVM tenha grandes vantagens na escalabilidade do Bitcoin, ainda está em uma fase inicial, apresentando alguns problemas em termos de eficiência e segurança. Este artigo irá explorar algumas ideias de otimização para melhorar ainda mais a eficiência e a segurança do BitVM.

2. Princípios do BitVM

BitVM é posicionado como um contrato off-chain para Bitcoin, dedicado a promover a funcionalidade de contratos do Bitcoin. Ele utiliza assinaturas únicas de Lamport para conferir estado aos scripts do Bitcoin e adota um modo de desafio-resposta para suportar verificações de cálculo de maior complexidade. O sistema BitVM é baseado em provas de fraude e no protocolo de desafio-resposta, mas não requer a modificação das regras de consenso do Bitcoin.

Os componentes chave do BitVM incluem:

• Compromisso de circuito: os provadores e validadores compilam o programa em grandes circuitos binários e comprometem esse circuito em um endereço Taproot.
• Desafio e Resposta: pré-assinar uma série de transações para implementar o jogo de desafio-resposta.
• Penalidade ambígua: se o provador apresentar uma declaração incorreta, o verificador pode recuperar o depósito do provador.

3. Otimização do BitVM

3.1 Reduzir o número de interações OP com base em ZK

Considere usar provas de conhecimento nulo para reduzir o número de desafios do BitVM e aumentar a eficiência. Ao transformar o objeto de desafio do algoritmo original F para o algoritmo de verificação Verify, é possível reduzir o número de rodadas de desafio e encurtar o ciclo de desafio. Além disso, pode-se explorar a construção de uma prova de fraude ZK, implementando provas ZK sob demanda, otimizando ainda mais o sistema BitVM.

3.2 Assinatura única amigável ao Bitcoin

Para reduzir os dados de transação e as taxas, pode-se considerar o uso da assinatura única de Winternitz em vez da assinatura única de Lamport. O esquema de Winternitz pode reduzir significativamente o comprimento da assinatura e da chave pública, mas aumentará a complexidade computacional da assinatura e da verificação da assinatura. Usar a assinatura única de Winternitz com parâmetros adequados no BitVM pode reduzir a taxa de transação em pelo menos 50%.

3.3 função hash amigável ao Bitcoin

É necessário pesquisar funções de hash que otimizem o tamanho do script e o tamanho da testemunha do script implementadas em scripts de Bitcoin, para suportar a funcionalidade de verificação de prova de inclusão Merkle. A função de hash BLAKE3 é uma escolha potencial, podendo ser implementada em operações básicas de scripts de Bitcoin. Além disso, outras implementações de funções de hash em scripts de Bitcoin, como Keccak-256 e Grøstl, também podem ser exploradas.

3.4 Scripts Sem Script BitVM

Scripts sem script podem aumentar o alcance e a complexidade dos contratos inteligentes, ao mesmo tempo em que melhoram a privacidade e a eficiência. Ao usar assinaturas múltiplas Schnorr e assinaturas adaptativas, é possível implementar o compromisso de portas lógicas no circuito BitVM, economizando espaço de script e aumentando a eficiência. No futuro, essa solução pode ser aprimorada ainda mais e os Scripts sem script podem ser introduzidos em módulos funcionais específicos do BitVM.

3.5 Desafio multipartidário sem permissão

Para expandir o modelo de confiança do BitVM e reduzir as suposições de confiança, é necessário investigar protocolos de desafio OP multipartidários sem permissão. Isso permitirá que qualquer pessoa participe dos desafios, sem a necessidade de uma lista de permissões prévia. Além disso, é preciso abordar problemas como ataques de bruxa e ataques de atraso para garantir a segurança e eficiência do sistema.

4. Conclusão

A exploração da tecnologia BitVM apenas começou, e no futuro continuaremos a investigar e praticar mais direções de otimização para realizar a escalabilidade do Bitcoin e prosperar o ecossistema do Bitcoin. Através das medidas de otimização mencionadas acima, o BitVM tem potencial para alcançar progressos significativos em eficiência, segurança e funcionalidade, trazendo cenários de aplicação mais amplos para a rede Bitcoin.