BitVM技术原理与优化方案探讨

1. 引言

比特币作为去中心化数字资产具有重要价值,但在可扩展性方面存在局限。比特币的UTXO模型缺乏执行复杂计算的能力,限制了其应用场景。为解决扩容问题,业界提出了多种技术方案,如状态通道、侧链和客户端验证等,但都存在不同程度的安全性或功能性问题。

近期,ZeroSync项目提出的BitVM方案引发了广泛关注。BitVM允许在不改变比特币共识的情况下实现图灵完备的合约功能,极大拓展了比特币的应用潜力。但BitVM仍处于早期阶段,在效率和安全性方面还有优化空间。本文将探讨BitVM的工作原理,并提出一些可能的优化方向。

2. BitVM原理

BitVM是一种链下合约解决方案,旨在增强比特币的合约功能。它通过Lamport一次性签名实现了有状态的比特币脚本,并利用Taproot和挑战-响应机制支持复杂计算的验证。

BitVM的主要组成部分包括:

• 电路承诺:将程序编译为二进制电路,并在Taproot地址中进行承诺。

• 挑战和响应:通过预签一系列交易实现挑战-响应游戏,可在链下或链上执行。

• 惩罚机制:如果证明者提供不正确声明,验证者可获得其存款作为惩罚。

3. BitVM优化方案

3.1 基于ZK降低OP交互次数

可考虑引入零知识证明技术,将挑战的对象从原始算法改为验证算法,从而降低挑战轮数,缩短挑战周期。这种方法可以结合欺诈证明,构建ZK Fraud Proof,实现按需生成ZK证明的模式。

3.2 比特币友好的一次性签名

可以探索使用Winternitz一次性签名方案替代Lamport签名,以降低签名和公钥长度,从而减少交易数据和手续费。具体可考虑使用d=15,v=160,f=ripemd160(x)的参数组合实现Winternitz签名。

3.3 比特币友好的哈希函数

可以基于现有比特币脚本,实现BLAKE3等哈希函数。BLAKE3具有较好的性能,适合用于BitVM中的Merkle inclusion proof验证。未来还可探索其他比特币友好的哈希函数实现。

3.4 Scriptless Scripts BitVM

可借助Scriptless Scripts技术,使用Schnorr多重签名和适配器签名来实现BitVM的逻辑门承诺,从而节省脚本空间,提高效率。这种方法还需进一步优化以减少交互需求。

3.5 无需许可的多方挑战

可研究将BitVM扩展为无需许可的多方挑战模型,以实现更小的信任假设。这需要解决女巫攻击和延迟攻击等问题,可参考相关研究成果设计适合比特币特性的解决方案。

4. 结论

BitVM为比特币扩容提供了新的思路,但仍有很大的优化空间。未来需要在效率、安全性和去中心化程度等方面进行深入探索,以充分发挥比特币的潜力,推动生态繁荣。