BitVM技術原理與優化方案探討

1. 引言

比特幣作爲去中心化數字資產具有重要價值,但在可擴展性方面存在局限。比特幣的UTXO模型缺乏執行復雜計算的能力,限制了其應用場景。爲解決擴容問題,業界提出了多種技術方案,如狀態通道、側鏈和客戶端驗證等,但都存在不同程度的安全性或功能性問題。

近期,ZeroSync項目提出的BitVM方案引發了廣泛關注。BitVM允許在不改變比特幣共識的情況下實現圖靈完備的合約功能,極大拓展了比特幣的應用潛力。但BitVM仍處於早期階段,在效率和安全性方面還有優化空間。本文將探討BitVM的工作原理,並提出一些可能的優化方向。

2. BitVM原理

BitVM是一種鏈下合約解決方案,旨在增強比特幣的合約功能。它通過Lamport一次性籤名實現了有狀態的比特幣腳本,並利用Taproot和挑戰-響應機制支持復雜計算的驗證。

BitVM的主要組成部分包括:

• 電路承諾:將程序編譯爲二進制電路,並在Taproot地址中進行承諾。

• 挑戰和響應:通過預籤一系列交易實現挑戰-響應遊戲,可在鏈下或鏈上執行。

• 懲罰機制:如果證明者提供不正確聲明,驗證者可獲得其存款作爲懲罰。

3. BitVM優化方案

3.1 基於ZK降低OP交互次數

可考慮引入零知識證明技術,將挑戰的對象從原始算法改爲驗證算法,從而降低挑戰輪數,縮短挑戰週期。這種方法可以結合欺詐證明,構建ZK Fraud Proof,實現按需生成ZK證明的模式。

3.2 比特幣友好的一次性籤名

可以探索使用Winternitz一次性籤名方案替代Lamport籤名,以降低籤名和公鑰長度,從而減少交易數據和手續費。具體可考慮使用d=15,v=160,f=ripemd160(x)的參數組合實現Winternitz籤名。

3.3 比特幣友好的哈希函數

可以基於現有比特幣腳本,實現BLAKE3等哈希函數。BLAKE3具有較好的性能,適合用於BitVM中的Merkle inclusion proof驗證。未來還可探索其他比特幣友好的哈希函數實現。

3.4 Scriptless Scripts BitVM

可借助Scriptless Scripts技術,使用Schnorr多重籤名和適配器籤名來實現BitVM的邏輯門承諾,從而節省腳本空間,提高效率。這種方法還需進一步優化以減少交互需求。

3.5 無需許可的多方挑戰

可研究將BitVM擴展爲無需許可的多方挑戰模型,以實現更小的信任假設。這需要解決女巫攻擊和延遲攻擊等問題,可參考相關研究成果設計適合比特幣特性的解決方案。

4. 結論

BitVM爲比特幣擴容提供了新的思路,但仍有很大的優化空間。未來需要在效率、安全性和去中心化程度等方面進行深入探索,以充分發揮比特幣的潛力,推動生態繁榮。