# BitVM技術の最適化：ビットコインの拡張性とプログラミング能力の向上## 1. はじめにビットコインは去中心化デジタル資産としていくつかの限界があり、複雑なアプリケーションや大規模な決済ネットワークをサポートすることが難しいです。こ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様々なスケーリングソリューションが提案されています。最近、BitVM技術の提案はビットコインに新しいスケーリングの考え方を提供し、ビットコイン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スマートコントラクトを実現することができます。BitVMはビットコインスクリプトとTaproot技術を巧妙に活用することで、オプティミスティックロールアップのようなメカニズムを実現しました。Lamport署名を使用してUTXO間の関連を確立し、有状態のビットコインスクリプトを実現します。Taprootアドレス内で大型プログラムを約束することで、BitVMは複雑なオフチェーン計算を実行しつつ、オンチェーンの足跡を小さく保つことができます。しかし、BitVM技術はまだ初期段階にあり、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の性能と可用性をさらに向上させるためのいくつかの最適化方向を探ります。## 2. BitVM のしくみBitVMは、ビットコインの契約機能を拡張することを目的としたオフチェーン契約ソリューションです。それは、Lamportの一回限りの署名を通じてビットコインスクリプトの状態を実現し、異なるスクリプト間で同じ変数値を共有できるようにします。BitVMのコアコンポーネントには、次のものが含まれます：1. 回路のコミットメント：プログラムをバイナリ回路にコンパイルし、Taprootアドレスにコミットメントを行います。2. チャレンジとレスポンス：チャレンジ-レスポンス機構を実現するために、一連の取引を事前に署名し、オフチェーンまたはオンチェーンで実行できます。3. あいまいな罰：証明者が不正確な声明を提出した場合、検証者は成功したチャレンジを通じて証明者の預金を取得できます。## 3. BitVM 最適化の方向性### 3.1 ZKに基づくOPのインタラクション回数の削減ゼロ知識証明技術を導入することで、BitVMにおけるチャレンジ回数を大幅に減らし、効率を向上させることができます。ゼロ知識証明の検証アルゴリズムの複雑度は固定されており、二分法で元のアルゴリズムを開くことと比べて、計算の複雑度は低くなります。この方法は、チャレンジサイクルを短縮し、手数料コストを削減することが可能です。未来はゼロ知識証明と詐欺証明を組み合わせたZK Fraud Proofを構築し、オンデマンドZK Proofモデルを実現することが探求できます。このモデルは、挑戦があるときのみZK Proofを生成し、計算リソースの使用をさらに最適化できます。### 3.2 ビットコイン友好的な一回限りのサインLamport署名はBitVMの基礎コンポーネントですが、その公開鍵と署名の長さは長く、大量のストレージスペースを消費します。計算の複雑さが若干増すものの、署名と公開鍵の長さを大幅に削減できるWinternitzワンタイム署名スキームの使用を検討することができます。BitVMでは最適化されたWinternitzのワンタイム署名を使用することで、ビットコミットメントサイズを約50%削減し、取引コストを大幅に削減できます。将来的には、BitVMの性能をさらに最適化するために、よりコンパクトなワンタイム署名のソリューションを探求することができます。### 3.3 ビットコイン友好的なハッシュ関数現在のビットコインネットワークはOP_CAT操作をサポートしておらず、Merkleパスの検証のために文字列を直接連結することができません。したがって、merkle inclusion proof検証機能をサポートするために、既存のビットコインスクリプトに基づいた最適化されたハッシュ関数を設計する必要があります。BLAKE3ハッシュ関数は潜在的な候補です。それは入力を固定サイズのチャンクに分割し、圧縮関数を使用して処理します。BLAKE3アルゴリズムをビットコインスクリプトで最適化することで、オンチェーンデータ量と計算の複雑さを大幅に減少させることができます。### 3.4 スクリプトレススクリプト BitVMScriptless Scriptsは、Schnorr署名を使用してオフチェーンでスマートコントラクトを実行する方法です。それは強力な機能、高いプライバシー、および効率性を持っています。Scriptless Scripts技術をBitVMに導入することで、オンチェーンデータ量をさらに減少させ、取引手数料を低減することができます。Schnorrマルチシグネチャとアダプタ署名を使用することで、ハッシュ値とプレイバックを提供することなく、BitVM回路内のロジックゲートのコミットメントを実現できます。このアプローチは、BitVMスクリプトのスペースを大幅に節約し、全体の効率を向上させることができます。### 3.5 許可不要のマルチパーティーチャレンジ現在のBitVMは許可制の二者挑戦モデルを採用しており、潜在的な安全リスクがあります。システムの安全性を強化するために、許可不要の多者OP挑戦プロトコルを設計し、BitVMの信頼モデルを1-of-nから1-of-N（Nはnよりはるかに大きい）に拡張することができます。無許可のマルチパーティチャレンジを実現する際に、以下の問題を解決する必要があります：1. ウィッチ攻撃：設計された争議解決アルゴリズムにより、誠実な参加者が争議を解決するコストは、相手の数に対して対数的に増加します。2. 遅延攻撃：挑戦者に事前にステーキングを要求し、遅延攻撃の影響範囲を制限するメカニズムを設計する。## 4. 結論BitVM技術はビットコインの拡張とスマートコントラクトの実現に新たな可能性を提供します。上記の最適化方向の探求と実践を通じて、BitVMの性能と安全性をさらに向上させ、ビットコインエコシステムの繁栄に貢献することが期待されます。将来的には、BitVMの潜在能力を十分に発揮するために、さらなる研究と実験が必要です。
BitVMの最適化新方向：ビットコインのスケーラビリティとスマートコントラクトの発展を推進する
BitVM技術の最適化：ビットコインの拡張性とプログラミング能力の向上
1. はじめに
ビットコインは去中心化デジタル資産としていくつかの限界があり、複雑なアプリケーションや大規模な決済ネットワークをサポートすることが難しいです。こ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様々なスケーリングソリューションが提案されています。最近、BitVM技術の提案はビットコインに新しいスケーリングの考え方を提供し、ビットコイン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スマートコントラクトを実現することができます。
BitVMはビットコインスクリプトとTaproot技術を巧妙に活用することで、オプティミスティックロールアップのようなメカニズムを実現しました。Lamport署名を使用してUTXO間の関連を確立し、有状態のビットコインスクリプトを実現します。Taprootアドレス内で大型プログラムを約束することで、BitVMは複雑なオフチェーン計算を実行しつつ、オンチェーンの足跡を小さく保つことができます。
しかし、BitVM技術はまだ初期段階にあり、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の性能と可用性をさらに向上させるためのいくつかの最適化方向を探ります。
2. BitVM のしくみ
BitVMは、ビットコインの契約機能を拡張することを目的としたオフチェーン契約ソリューションです。それは、Lamportの一回限りの署名を通じてビットコインスクリプトの状態を実現し、異なるスクリプト間で同じ変数値を共有できるようにします。BitVMのコアコンポーネントには、次のものが含まれます：
回路のコミットメント：プログラムをバイナリ回路にコンパイルし、Taprootアドレスにコミットメントを行います。
チャレンジとレスポンス：チャレンジ-レスポンス機構を実現するために、一連の取引を事前に署名し、オフチェーンまたはオンチェーンで実行できます。
あいまいな罰：証明者が不正確な声明を提出した場合、検証者は成功したチャレンジを通じて証明者の預金を取得できます。
3. BitVM 最適化の方向性
3.1 ZKに基づくOPのインタラクション回数の削減
ゼロ知識証明技術を導入することで、BitVMにおけるチャレンジ回数を大幅に減らし、効率を向上させることができます。ゼロ知識証明の検証アルゴリズムの複雑度は固定されており、二分法で元のアルゴリズムを開くことと比べて、計算の複雑度は低くなります。この方法は、チャレンジサイクルを短縮し、手数料コストを削減することが可能です。
未来はゼロ知識証明と詐欺証明を組み合わせたZK Fraud Proofを構築し、オンデマンドZK Proofモデルを実現することが探求できます。このモデルは、挑戦があるときのみZK Proofを生成し、計算リソースの使用をさらに最適化できます。
3.2 ビットコイン友好的な一回限りのサイン
Lamport署名はBitVMの基礎コンポーネントですが、その公開鍵と署名の長さは長く、大量のストレージスペースを消費します。計算の複雑さが若干増すものの、署名と公開鍵の長さを大幅に削減できるWinternitzワンタイム署名スキームの使用を検討することができます。
BitVMでは最適化されたWinternitzのワンタイム署名を使用することで、ビットコミットメントサイズを約50%削減し、取引コストを大幅に削減できます。将来的には、BitVMの性能をさらに最適化するために、よりコンパクトなワンタイム署名のソリューションを探求することができます。
3.3 ビットコイン友好的なハッシュ関数
現在のビットコインネットワークはOP_CAT操作をサポートしておらず、Merkleパスの検証のために文字列を直接連結することができません。したがって、merkle inclusion proof検証機能をサポートするために、既存のビットコインスクリプトに基づいた最適化されたハッシュ関数を設計する必要があります。
BLAKE3ハッシュ関数は潜在的な候補です。それは入力を固定サイズのチャンクに分割し、圧縮関数を使用して処理します。BLAKE3アルゴリズムをビットコインスクリプトで最適化することで、オンチェーンデータ量と計算の複雑さを大幅に減少させることができます。
3.4 スクリプトレススクリプト BitVM
Scriptless Scriptsは、Schnorr署名を使用してオフチェーンでスマートコントラクトを実行する方法です。それは強力な機能、高いプライバシー、および効率性を持っています。Scriptless Scripts技術をBitVMに導入することで、オンチェーンデータ量をさらに減少させ、取引手数料を低減することができます。
Schnorrマルチシグネチャとアダプタ署名を使用することで、ハッシュ値とプレイバックを提供することなく、BitVM回路内のロジックゲートのコミットメントを実現できます。このアプローチは、BitVMスクリプトのスペースを大幅に節約し、全体の効率を向上させることができます。
3.5 許可不要のマルチパーティーチャレンジ
現在のBitVMは許可制の二者挑戦モデルを採用しており、潜在的な安全リスクがあります。システムの安全性を強化するために、許可不要の多者OP挑戦プロトコルを設計し、BitVMの信頼モデルを1-of-nから1-of-N（Nはnよりはるかに大きい）に拡張することができます。
無許可のマルチパーティチャレンジを実現する際に、以下の問題を解決する必要があります：
ウィッチ攻撃：設計された争議解決アルゴリズムにより、誠実な参加者が争議を解決するコストは、相手の数に対して対数的に増加します。
遅延攻撃：挑戦者に事前にステーキングを要求し、遅延攻撃の影響範囲を制限するメカニズムを設計する。
4. 結論
BitVM技術はビットコインの拡張とスマートコントラクトの実現に新たな可能性を提供します。上記の最適化方向の探求と実践を通じて、BitVMの性能と安全性をさらに向上させ、ビットコインエコシステムの繁栄に貢献することが期待されます。将来的には、BitVMの潜在能力を十分に発揮するために、さらなる研究と実験が必要です。