BitVM優化探索

1. 引言

比特幣作爲去中心化的數字資產具有重要意義，但其可擴展性一直是個難題。比特幣的UTXO模型導致系統無狀態，難以執行復雜計算。爲解決這一問題，出現了狀態通道、側鏈、客戶端驗證等技術，但都存在一定局限性。

2023年12月，ZeroSync項目提出了BitVM方案，旨在不改變比特幣共識的情況下實現圖靈完備的比特幣合約。BitVM利用比特幣腳本和Taproot技術，實現了樂觀Rollup，大大拓展了比特幣的應用場景。

然而，BitVM仍處於早期階段，在效率和安全性方面存在一些問題。本文將針對這些問題提出一些優化思路，以進一步提高BitVM的性能。

2. BitVM原理

BitVM是一種鏈下合約解決方案，通過Lamport一次性籤名實現有狀態的比特幣腳本。它採用挑戰-響應機制，在鏈下進行計算，鏈上進行驗證。

BitVM的核心組件包括:

• 電路承諾：將程序編譯爲二進制電路，並在Taproot地址中承諾
• 挑戰和響應：預籤一系列交易實現挑戰-響應遊戲
• 懲罰機制：對不正確聲明進行懲罰

3. BitVM優化

3.1 基於ZK降低OP交互次數

可以引入零知識證明來降低BitVM的挑戰次數，提高效率。通過驗證ZK證明而非原始算法，可以顯著縮短挑戰週期。未來可探索On-Demand ZK Proof模式，僅在發生挑戰時生成ZK證明。

3.2 比特幣友好的一次性籤名

可以採用Winternitz一次性籤名方案來替代Lamport籤名，以降低籤名和公鑰長度。在BitVM中使用適當參數的Winternitz籤名，可將交易費降低至少50%。

3.3 比特幣友好的哈希函數

可以基於BLAKE3哈希函數設計一種比特幣友好的哈希實現，以支持Merkle包含證明驗證。BLAKE3的特性使其適合在比特幣腳本中實現，可顯著降低所需的鏈上數據。

3.4 Scriptless Scripts BitVM

可以借助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，從而節省腳本空間並提高效率。

3.5 無需許可的多方挑戰

可以研究無需許可的多方OP挑戰協議，將BitVM的信任模型擴展至更大範圍。需要解決女巫攻擊和延遲攻擊等問題，設計合適的質押和懲罰機制。

4. 結論

BitVM技術仍處於早期階段，未來還有很大的優化空間。通過上述優化方向的探索和實踐，有望進一步提升BitVM的性能，爲比特幣的擴容和生態繁榮做出貢獻。