تحسين BitVM: زيادة كفاءة وأمان توسيع بيتكوين

1. المقدمة

بيتكوين كأصل رقمي غير مركزي وآمن وموثوق، يعاني منذ فترة طويلة من مشاكل القابلية للتوسع. يؤدي نموذج UTXO الخاص ببيتكوين إلى عدم وجود حالة للنظام، مما يجعل من الصعب تنفيذ حسابات معقدة تعتمد على الحالة، مما يحد من نطاق بناء التطبيقات اللامركزية والأدوات المالية المعقدة على بيتكوين.

لحل مشكلة توسيع بيتكوين، ظهرت تقنيات مثل قنوات الحالة، والسلاسل الجانبية، والتحقق من العميل، لكن كل منها له قيوده الخاصة. في ديسمبر 2023، أثار اقتراح BitVM من مشروع ZeroSync الانتباه، حيث يقدم حلاً لتنفيذ العقود الكاملة التوافق دون تغيير توافق شبكة بيتكوين.

يستفيد BitVM بشكل كامل من سكريبت بيتكوين وTaproot لتحقيق Rollup متفائل. من خلال توقيع Lamport، يتم إنشاء ارتباط بين UTXO اثنين، مما يحقق سكريبت بيتكوين ذو الحالة. لقد وسع BitVM بشكل كبير الاستخدامات المحتملة لبيتكوين، لكنه لا يزال في مرحلة مبكرة، حيث توجد بعض المشاكل في الكفاءة والأمان. ستستكشف هذه المقالة اتجاهات تحسين BitVM لزيادة كفاءته وأمانه.

2. مبدأ BitVM

BitVM هي حل لعقود خارج السلسلة، تهدف إلى تعزيز وظائف العقود في بيتكوين. إنها تجعل سكربت بيتكوين حالة من خلال توقيع لمرة واحدة من Lamport، وتستخدم آلية التحدي-الاستجابة لدعم التحقق من الحسابات المعقدة.

تشمل المكونات الرئيسية لـ BitVM:

• التعهد بالدائرة: تحويل البرنامج إلى دائرة ثنائية، والالتزام من خلال عنوان Taproot.
• التحدي والاستجابة: توقيع مسبق لمجموعة من المعاملات لتنفيذ لعبة التحدي والاستجابة.
• عقوبة غامضة: فرض عقوبة على المدققين الذين يقدمون بيانات غير صحيحة.

3. تحسين BitVM

3.1 تقليل عدد تفاعلات OP بناءً على ZK

فكر في استخدام إثباتات المعرفة الصفرية لتقليل عدد تحديات BitVM وزيادة الكفاءة. من خلال إثباتات المعرفة الصفرية، يمكن تحويل موضوع التحدي من الخوارزمية الأصلية F إلى خوارزمية التحقق Verify، مما يقلل من عدد التحديات ويختصر دورة التحدي.

علاوة على ذلك، يمكن استكشاف دمج إثبات المعرفة الصفرية وإثبات الاحتيال لبناء إثبات الاحتيال ZK، مما يحقق إثبات ZK حسب الطلب. هذه الطريقة تولد إثبات ZK فقط عند وجود تحدٍ، مما يحافظ على تصميم Rollup المتفائل مع تقليل تكاليف الحساب.

3.2 بيتكوين صديقة للتوقيع لمرة واحدة

توقيع لامبورت هو المكون الأساسي لـ BitVM، لكن طول توقيعه ومفتاحه العمومي طويلان. يمكن النظر في استخدام خطة التوقيع الأحادي وينترنيتس، والتي يمكن أن تقلل بشكل كبير من طول التوقيع والمفتاح العمومي، لكنها ستزيد من تعقيد الحسابات لتوقيع والتحقق من التوقيع.

باستخدام d=15,v=160,f=ripemd160(x) في BitVM لتحقيق توقيع Winternitz لمرة واحدة، يمكن تقليل حجم التزام البيت بنسبة 50%، مما يؤدي إلى خفض كبير في تكاليف المعاملات. في المستقبل، يمكن استكشاف المزيد من حلول التوقيع لمرة واحدة بشكل أكثر كفاءة.

3.3 بيتكوين صديق لوظيفة التجزئة

نظرًا لأن شبكة بيتكوين لا تدعم حاليًا OP_CAT، لا يمكن إجراء دمج السلاسل والتحقق من مسار ميركل مباشرة. يجب تصميم دالة تجزئة صديقة لبيتكوين لتحقيق وظيفة التحقق من إثبات الإدراج في ميركل بأفضل حجم نص وبرهان نص.

دالة تجزئة BLAKE3 هي خيار محتمل، حيث تحتوي على دالة ضغط محسّنة ونمط شجرة باو. يمكن استخدام دالة تجزئة BLAKE3 بتنفيذ نص برنامج بيتكوين، لبناء نسخة أساسية لـ BitVM. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استكشاف تنفيذات نص برنامج بيتكوين لدوال التجزئة الأخرى مثل Keccak-256 و Grøstl.

3.4 سكربتات بدون سكربتات BitVM

Scriptless Scripts هي طريقة لتنفيذ العقود الذكية خارج السلسلة من خلال توقيع شنو. لديها مزايا الوظائف المحسّنة، وزيادة الخصوصية، وتحسين الكفاءة.

يمكن استخدام Scriptless Scripts، واستخدام توقيعات Schnorr المتعددة وتوقيعات المحولات لتحقيق التزام بوابات المنطق في دائرة BitVM، مما يوفر مساحة نصية ويزيد من الكفاءة. تحتاج الحلول الحالية إلى تحسين في المستقبل، واستكشاف إدخال Scriptless Scripts في وحدات الوظائف المحددة لـ BitVM.

3.5 تحدي متعدد الأطراف بدون إذن

نموذج تحدي BitVM الحالي مقصور على طرفين، مما يسبب مخاطر أمان محتملة. البحث عن بروتوكول تحدي OP متعدد الأطراف بدون إذن يمكن أن يوسع نموذج الثقة في BitVM إلى 1 من N( أكبر بكثير من n) الحالي.

يتطلب تحقيق تحديات متعددة الأطراف بدون إذن حل المشكلات التالية:

• هجوم الساحرة: تصميم خوارزمية لحل النزاعات، بحيث تزداد تكلفة فوز طرف صادق واحد في النزاع بشكل لوغاريتمي مع عدد المنافسين.
• هجوم التأخير: يتطلب من المتحدي تخزين الأصول مقدمًا، وتصميم خوارزمية لتحديد الحد الأقصى للتأخير في أسوأ الحالات.

4. الاستنتاج

تقنية BitVM لا تزال في مرحلة الاستكشاف، وستستمر في البحث والممارسة في المزيد من اتجاهات التحسين في المستقبل، لتحقيق توسيع عملة البيتكوين وازدهار بيئة البيتكوين. من خلال تحسين الكفاءة، وتعزيز الأمان، وتوسيع الوظائف، من المتوقع أن توفر BitVM تطبيقات أوسع لعملة البيتكوين وقدرة أقوى على العقود الذكية.