Otimização da tecnologia BitVM: Melhorar a escalabilidade e a capacidade de programação do Bitcoin
1. Introdução
O Bitcoin, como um ativo digital descentralizado, apresenta algumas limitações, dificultando o suporte a aplicações complexas e redes de pagamento em grande escala. Para resolver esse problema, a indústria propôs várias soluções de escalabilidade, como canais de estado, sidechains e validação de cliente. Recentemente, a proposta da tecnologia BitVM oferece uma nova abordagem de escalabilidade para o Bitcoin, permitindo a implementação de contratos inteligentes Turing-completos sem alterar o consenso do Bitcoin.
O BitVM implementa um mecanismo semelhante ao Rollup otimista, aproveitando de forma inteligente os scripts do Bitcoin e a tecnologia Taproot. Ele utiliza assinaturas de Lamport para estabelecer associações entre UTXOs, permitindo assim scripts do Bitcoin com estado. Ao comprometer programas grandes em endereços Taproot, o BitVM pode executar cálculos complexos fora da cadeia, mantendo uma pequena pegada na cadeia.
No entanto, a tecnologia BitVM ainda está em fase inicial, apresentando alguns problemas de eficiência e segurança. Este artigo irá explorar várias direções de otimização para melhorar ainda mais o desempenho e a usabilidade do BitVM.
2. Princípio do BitVM
BitVM é uma solução de contrato fora da cadeia, destinada a expandir as funcionalidades contratuais do Bitcoin. Ela implementa a estado dos scripts do Bitcoin através da assinatura única de Lamport, permitindo que diferentes scripts compartilhem os mesmos valores de variáveis. Os componentes principais do BitVM incluem:
Compromisso do circuito: compilar o programa em circuito binário e fazer um compromisso no endereço Taproot.
Desafio e resposta: Pré-assinar uma série de transações para implementar o mecanismo de desafio-resposta, que pode ser executado fora da cadeia ou na cadeia.
Penalização ambígua: se o provador apresentar uma declaração incorreta, o validador pode obter o depósito do provador ao desafiar com sucesso.
3. Direções de otimização do BitVM
3.1 Reduzir o número de interações OP com base em ZK
Ao introduzir a tecnologia de prova de conhecimento zero, é possível reduzir significativamente o número de desafios no BitVM, aumentando assim a eficiência. A complexidade do algoritmo de verificação da prova de conhecimento zero é fixa, tendo uma complexidade de cálculo inferior em comparação com a abertura do algoritmo original por meio do método de bisseção. Este método pode encurtar o ciclo de desafios e reduzir os custos de taxas.
No futuro, pode-se explorar a combinação de provas de conhecimento nulo e provas de fraude para construir a ZK Fraud Proof, implementando um modelo de ZK Proof sob demanda. Este modelo gera ZK Proof apenas quando há um desafio, permitindo uma otimização adicional no uso de recursos computacionais.
3.2 Bitcoin amigável de uma única assinatura
A assinatura Lamport é um componente fundamental do BitVM, mas seu comprimento de chave pública e assinatura é bastante longo, consumindo muito espaço de armazenamento. Pode-se considerar o uso do esquema de assinatura de uma vez de Winternitz, que pode reduzir significativamente o comprimento da assinatura e da chave pública, embora aumente um pouco a complexidade computacional.
Usar a assinatura única otimizada de Winternitz no BitVM pode reduzir o tamanho do compromisso de bit em cerca de 50%, resultando em uma redução significativa nas taxas de transação. No futuro, também será possível explorar soluções de assinatura única mais compactas para otimizar ainda mais o desempenho do BitVM.
3.3 Bitcoin amigo das funções de hash
A atual rede Bitcoin não suporta a operação OP_CAT, não sendo possível realizar a concatenação de strings diretamente para validar o caminho Merkle. Portanto, é necessário projetar uma função hash otimizada, baseada nos scripts existentes do Bitcoin, para suportar a funcionalidade de verificação de prova de inclusão Merkle.
A função de hash BLAKE3 é uma potencial candidata. Ela divide a entrada em chunks de tamanho fixo e utiliza uma função de compressão para processamento. Ao otimizar a implementação do algoritmo BLAKE3 nos scripts de Bitcoin, é possível reduzir significativamente a quantidade de dados na cadeia e a complexidade computacional.
3.4 Scripts sem script BitVM
Scriptless Scripts é um método para executar contratos inteligentes fora da cadeia através de assinaturas Schnorr. Ele possui características de alta funcionalidade, boa privacidade e alta eficiência. A introdução da tecnologia Scriptless Scripts no BitVM pode reduzir ainda mais a quantidade de dados on-chain, diminuindo as taxas de transação.
Ao utilizar assinaturas múltiplas Schnorr e assinaturas adaptadoras, é possível implementar compromissos de portas lógicas no circuito BitVM, sem a necessidade de fornecer valores de hash e pré-imagens. Este método pode economizar significativamente espaço de script do BitVM, aumentando a eficiência geral.
3.5 Desafio multipartidário sem necessidade de autorização
Atualmente, o BitVM utiliza um modelo de desafio de duas partes com licença, o que apresenta riscos de segurança potenciais. Para aumentar a segurança do sistema, pode-se projetar um protocolo de desafio OP multipartidário sem licença, expandindo o modelo de confiança do BitVM de 1-de-n para 1-de-N (N muito maior que n).
Na implementação de desafios múltiplos sem permissão, é necessário resolver os seguintes problemas:
Ataque de bruxa: projetar um algoritmo de resolução de disputas que faça com que o custo para os participantes honestos vencerem a disputa cresça de forma logarítmica com o número de oponentes.
Ataque de atraso: exige que o desafiador faça um depósito antecipado e desenha um mecanismo para limitar o alcance dos efeitos do ataque de atraso.
4. Conclusão
A tecnologia BitVM oferece novas possibilidades para a escalabilidade do Bitcoin e a implementação de contratos inteligentes. Através da exploração e prática das direções de otimização mencionadas, espera-se que o desempenho e a segurança do BitVM sejam ainda mais aprimorados, contribuindo para a prosperidade do ecossistema Bitcoin. No futuro, serão necessárias mais pesquisas e experimentos para aproveitar totalmente o potencial do BitVM.
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BitVM otimização nova direção: impulsionar a expansão do Bitcoin e o desenvolvimento de contratos inteligentes
Otimização da tecnologia BitVM: Melhorar a escalabilidade e a capacidade de programação do Bitcoin
1. Introdução
O Bitcoin, como um ativo digital descentralizado, apresenta algumas limitações, dificultando o suporte a aplicações complexas e redes de pagamento em grande escala. Para resolver esse problema, a indústria propôs várias soluções de escalabilidade, como canais de estado, sidechains e validação de cliente. Recentemente, a proposta da tecnologia BitVM oferece uma nova abordagem de escalabilidade para o Bitcoin, permitindo a implementação de contratos inteligentes Turing-completos sem alterar o consenso do Bitcoin.
O BitVM implementa um mecanismo semelhante ao Rollup otimista, aproveitando de forma inteligente os scripts do Bitcoin e a tecnologia Taproot. Ele utiliza assinaturas de Lamport para estabelecer associações entre UTXOs, permitindo assim scripts do Bitcoin com estado. Ao comprometer programas grandes em endereços Taproot, o BitVM pode executar cálculos complexos fora da cadeia, mantendo uma pequena pegada na cadeia.
No entanto, a tecnologia BitVM ainda está em fase inicial, apresentando alguns problemas de eficiência e segurança. Este artigo irá explorar várias direções de otimização para melhorar ainda mais o desempenho e a usabilidade do BitVM.
2. Princípio do BitVM
BitVM é uma solução de contrato fora da cadeia, destinada a expandir as funcionalidades contratuais do Bitcoin. Ela implementa a estado dos scripts do Bitcoin através da assinatura única de Lamport, permitindo que diferentes scripts compartilhem os mesmos valores de variáveis. Os componentes principais do BitVM incluem:
Compromisso do circuito: compilar o programa em circuito binário e fazer um compromisso no endereço Taproot.
Desafio e resposta: Pré-assinar uma série de transações para implementar o mecanismo de desafio-resposta, que pode ser executado fora da cadeia ou na cadeia.
Penalização ambígua: se o provador apresentar uma declaração incorreta, o validador pode obter o depósito do provador ao desafiar com sucesso.
3. Direções de otimização do BitVM
3.1 Reduzir o número de interações OP com base em ZK
Ao introduzir a tecnologia de prova de conhecimento zero, é possível reduzir significativamente o número de desafios no BitVM, aumentando assim a eficiência. A complexidade do algoritmo de verificação da prova de conhecimento zero é fixa, tendo uma complexidade de cálculo inferior em comparação com a abertura do algoritmo original por meio do método de bisseção. Este método pode encurtar o ciclo de desafios e reduzir os custos de taxas.
No futuro, pode-se explorar a combinação de provas de conhecimento nulo e provas de fraude para construir a ZK Fraud Proof, implementando um modelo de ZK Proof sob demanda. Este modelo gera ZK Proof apenas quando há um desafio, permitindo uma otimização adicional no uso de recursos computacionais.
3.2 Bitcoin amigável de uma única assinatura
A assinatura Lamport é um componente fundamental do BitVM, mas seu comprimento de chave pública e assinatura é bastante longo, consumindo muito espaço de armazenamento. Pode-se considerar o uso do esquema de assinatura de uma vez de Winternitz, que pode reduzir significativamente o comprimento da assinatura e da chave pública, embora aumente um pouco a complexidade computacional.
Usar a assinatura única otimizada de Winternitz no BitVM pode reduzir o tamanho do compromisso de bit em cerca de 50%, resultando em uma redução significativa nas taxas de transação. No futuro, também será possível explorar soluções de assinatura única mais compactas para otimizar ainda mais o desempenho do BitVM.
3.3 Bitcoin amigo das funções de hash
A atual rede Bitcoin não suporta a operação OP_CAT, não sendo possível realizar a concatenação de strings diretamente para validar o caminho Merkle. Portanto, é necessário projetar uma função hash otimizada, baseada nos scripts existentes do Bitcoin, para suportar a funcionalidade de verificação de prova de inclusão Merkle.
A função de hash BLAKE3 é uma potencial candidata. Ela divide a entrada em chunks de tamanho fixo e utiliza uma função de compressão para processamento. Ao otimizar a implementação do algoritmo BLAKE3 nos scripts de Bitcoin, é possível reduzir significativamente a quantidade de dados na cadeia e a complexidade computacional.
3.4 Scripts sem script BitVM
Scriptless Scripts é um método para executar contratos inteligentes fora da cadeia através de assinaturas Schnorr. Ele possui características de alta funcionalidade, boa privacidade e alta eficiência. A introdução da tecnologia Scriptless Scripts no BitVM pode reduzir ainda mais a quantidade de dados on-chain, diminuindo as taxas de transação.
Ao utilizar assinaturas múltiplas Schnorr e assinaturas adaptadoras, é possível implementar compromissos de portas lógicas no circuito BitVM, sem a necessidade de fornecer valores de hash e pré-imagens. Este método pode economizar significativamente espaço de script do BitVM, aumentando a eficiência geral.
3.5 Desafio multipartidário sem necessidade de autorização
Atualmente, o BitVM utiliza um modelo de desafio de duas partes com licença, o que apresenta riscos de segurança potenciais. Para aumentar a segurança do sistema, pode-se projetar um protocolo de desafio OP multipartidário sem licença, expandindo o modelo de confiança do BitVM de 1-de-n para 1-de-N (N muito maior que n).
Na implementação de desafios múltiplos sem permissão, é necessário resolver os seguintes problemas:
Ataque de bruxa: projetar um algoritmo de resolução de disputas que faça com que o custo para os participantes honestos vencerem a disputa cresça de forma logarítmica com o número de oponentes.
Ataque de atraso: exige que o desafiador faça um depósito antecipado e desenha um mecanismo para limitar o alcance dos efeitos do ataque de atraso.
4. Conclusão
A tecnologia BitVM oferece novas possibilidades para a escalabilidade do Bitcoin e a implementação de contratos inteligentes. Através da exploração e prática das direções de otimização mencionadas, espera-se que o desempenho e a segurança do BitVM sejam ainda mais aprimorados, contribuindo para a prosperidade do ecossistema Bitcoin. No futuro, serão necessárias mais pesquisas e experimentos para aproveitar totalmente o potencial do BitVM.