# BitVM最適化:ビットコインのスケーラビリティの効率と安全性を向上させる## 1. はじめにビットコインは、非中央集権的で安全かつ信頼できるデジタル資産として、長期的なスケーラビリティの問題を抱えています。ビットコインのUTXOモデルはシステムをステートレスにし、複雑な依存状態の計算を実行することが難しく、ビットコイン上での非中央集権アプリケーションや複雑な金融ツールの構築範囲を制限しています。ビットコインのスケーラビリティ問題を解決するために、ステートチャンネル、サイドチェーン、クライアント検証などの技術的な解決策が登場したが、いずれもそれぞれの限界がある。2023年12月、ZeroSyncプロジェクトが提案したBitVMソリューションが注目を集めており、ビットコインネットワークのコンセンサスを変更することなく、チューリング完全な契約を実現する解決策を提供している。BitVMはビットコインのスクリプトとTaprootを十分に活用し、オプティミスティックロールアップを実現します。Lamport署名を通じて2つのUTXO間に関係を築き、有状態のビットコインスクリプトを実現します。BitVMはビットコインの潜在的なユースケースを大幅に拡大しましたが、まだ初期段階にあり、効率性と安全性に関していくつかの問題があります。本稿では、BitVMの最適化の方向性を探り、その効率性と安全性をさらに向上させる方法について考察します。## 2. BitVM のしくみBitVMは、ビットコインの契約機能を強化することを目的としたオフチェーン契約ソリューションです。Lamportの一回限りの署名を通じてビットコインスクリプトに状態性を持たせ、チャレンジ-レスポンスメカニズムを採用して複雑な計算の検証をサポートします。BitVMの主要な構成要素には次のものが含まれます:- 回路のコミットメント: プログラムをバイナリ回路にコンパイルし、Taprootアドレスを介してコミットメントを行います。- チャレンジとレスポンス: チャレンジ-レスポンスゲームを実現するために、一連のトランザクションを事前に署名します。- あいまいな罰則: 不正な主張をした証明者に対して罰則を科す。## 3. BitVM の最適化### 3.1 ZKに基づいてOPのインタラクション回数を減少させるBitVMの挑戦回数を削減し、効率を向上させるために、ゼロ知識証明の使用を検討してください。ゼロ知識証明を使用することで、挑戦対象を元のアルゴリズムFから検証アルゴリズムVerifyに変えることができ、挑戦ラウンド数を減少させ、挑戦サイクルを短縮することができます。また、ゼロ知識証明と詐欺証明を組み合わせてZK Fraud Proofを構築し、オンデマンドZK Proofを実現することを探求できます。この方法では、チャレンジがある時のみZK Proofが生成され、楽観的なRollup設計を維持しながら計算コストを削減します。### 3.2 ビットコイン友好的な一次署名Lamport署名はBitVMの基本コンポーネントですが、その署名と公開鍵の長さは長いです。Winternitzワンタイム署名スキームを使用することを検討できます。このスキームは、署名と公開鍵の長さを大幅に短縮できますが、署名と検証の計算の複雑さが増します。BitVMでd=15,v=160,f=ripemd160(x)を使用してWinternitzの一次性署名を実現することで、ビットコインコミットメントサイズを50%削減し、取引手数料を大幅に削減できます。将来的には、さらにコンパクトな一次性署名スキームを探求することができます。### 3.3 ビットコイン友好的なハッシュ関数ビットコインネットワークは現在OP_CATをサポートしていないため、文字列の結合とマークルパスの検証を直接行うことはできません。最適なスクリプトサイズとスクリプトウィットネスサイズを持つ、ビットコインに優しいハッシュ関数を設計する必要があります。これにより、マークルインクルージョンプルーフの検証機能を実現します。BLAKE3ハッシュ関数は、最適化された圧縮関数とBaoツリー形式を持つ潜在的な選択肢です。ビットコインスクリプトを使用してBLAKE3ハッシュ関数を実装することで、BitVMの基礎バージョンを構築できます。また、Keccak-256やGrøstlなどの他のハッシュ関数のビットコインスクリプト実装を探ることもできます。### 3.4 スクリプトレススクリプト BitVMScriptless Scriptsは、Schnorr署名を使用してオフチェーンでスマートコントラクトを実行する方法です。それは、機能の強化、プライバシーの向上、効率の向上という利点を持っています。Scriptless Scriptsを利用して、Schnorrマルチシグネチャとアダプタ署名を用いてBitVM回路内の論理ゲートのコミットメントを実現することができ、スクリプトスペースを節約し、効率を向上させます。今後は既存のソリューションを改善し、Scriptless Scriptsを具体的なBitVM機能モジュールに導入することを探求する必要があります。### 3.5 許可なしのマルチパーティーチャレンジ現在のBitVMチャレンジモードは二者間に限定されており、潜在的なセキュリティリスクがあります。許可なしに複数のOPチャレンジプロトコルを研究することで、BitVMの信頼モデルを1-of-N(Nに拡張し、既存のn)よりもはるかに大きくすることができます。許可不要のマルチパーティーチャレンジを実現するためには、以下の問題を解決する必要があります:- ウィッチアタック: 設計された論争解決アルゴリズムにより、単一の誠実な参加者が論争で勝つコストは、対戦相手の数に対して対数的に増加します。- 遅延攻撃: チャレンジャーに事前にステーキングを要求し、最悪の場合の遅延上限を制限するアルゴリズムを設計する。## 4. 結論BitVM技術はまだ探索段階にあり、将来的にはビットコインの拡張とビットコインエコシステムの繁栄を実現するために、さらなる最適化の方向性を研究し実践していく予定です。効率を向上させ、安全性を強化し、機能を拡張することで、BitVMはビットコインにより広範なアプリケーションシーンとより強力なスマートコントラクト能力をもたらすことが期待されています。
BitVM最適化プラン:ビットコインのスケーラビリティと安全性を向上させる
BitVM最適化:ビットコインのスケーラビリティの効率と安全性を向上させる
1. はじめに
ビットコインは、非中央集権的で安全かつ信頼できるデジタル資産として、長期的なスケーラビリティの問題を抱えています。ビットコインのUTXOモデルはシステムをステートレスにし、複雑な依存状態の計算を実行することが難しく、ビットコイン上での非中央集権アプリケーションや複雑な金融ツールの構築範囲を制限しています。
ビットコインのスケーラビリティ問題を解決するために、ステートチャンネル、サイドチェーン、クライアント検証などの技術的な解決策が登場したが、いずれもそれぞれの限界がある。2023年12月、ZeroSyncプロジェクトが提案したBitVMソリューションが注目を集めており、ビットコインネットワークのコンセンサスを変更することなく、チューリング完全な契約を実現する解決策を提供している。
BitVMはビットコインのスクリプトとTaprootを十分に活用し、オプティミスティックロールアップを実現します。Lamport署名を通じて2つのUTXO間に関係を築き、有状態のビットコインスクリプトを実現します。BitVMはビットコインの潜在的なユースケースを大幅に拡大しましたが、まだ初期段階にあり、効率性と安全性に関していくつかの問題があります。本稿では、BitVMの最適化の方向性を探り、その効率性と安全性をさらに向上させる方法について考察します。
2. BitVM のしくみ
BitVMは、ビットコインの契約機能を強化することを目的としたオフチェーン契約ソリューションです。Lamportの一回限りの署名を通じてビットコインスクリプトに状態性を持たせ、チャレンジ-レスポンスメカニズムを採用して複雑な計算の検証をサポートします。
BitVMの主要な構成要素には次のものが含まれます:
3. BitVM の最適化
3.1 ZKに基づいてOPのインタラクション回数を減少させる
BitVMの挑戦回数を削減し、効率を向上させるために、ゼロ知識証明の使用を検討してください。ゼロ知識証明を使用することで、挑戦対象を元のアルゴリズムFから検証アルゴリズムVerifyに変えることができ、挑戦ラウンド数を減少させ、挑戦サイクルを短縮することができます。
また、ゼロ知識証明と詐欺証明を組み合わせてZK Fraud Proofを構築し、オンデマンドZK Proofを実現することを探求できます。この方法では、チャレンジがある時のみZK Proofが生成され、楽観的なRollup設計を維持しながら計算コストを削減します。
3.2 ビットコイン友好的な一次署名
Lamport署名はBitVMの基本コンポーネントですが、その署名と公開鍵の長さは長いです。Winternitzワンタイム署名スキームを使用することを検討できます。このスキームは、署名と公開鍵の長さを大幅に短縮できますが、署名と検証の計算の複雑さが増します。
BitVMでd=15,v=160,f=ripemd160(x)を使用してWinternitzの一次性署名を実現することで、ビットコインコミットメントサイズを50%削減し、取引手数料を大幅に削減できます。将来的には、さらにコンパクトな一次性署名スキームを探求することができます。
3.3 ビットコイン友好的なハッシュ関数
ビットコインネットワークは現在OP_CATをサポートしていないため、文字列の結合とマークルパスの検証を直接行うことはできません。最適なスクリプトサイズとスクリプトウィットネスサイズを持つ、ビットコインに優しいハッシュ関数を設計する必要があります。これにより、マークルインクルージョンプルーフの検証機能を実現します。
BLAKE3ハッシュ関数は、最適化された圧縮関数とBaoツリー形式を持つ潜在的な選択肢です。ビットコインスクリプトを使用してBLAKE3ハッシュ関数を実装することで、BitVMの基礎バージョンを構築できます。また、Keccak-256やGrøstlなどの他のハッシュ関数のビットコインスクリプト実装を探ることもできます。
3.4 スクリプトレススクリプト BitVM
Scriptless Scriptsは、Schnorr署名を使用してオフチェーンでスマートコントラクトを実行する方法です。それは、機能の強化、プライバシーの向上、効率の向上という利点を持っています。
Scriptless Scriptsを利用して、Schnorrマルチシグネチャとアダプタ署名を用いてBitVM回路内の論理ゲートのコミットメントを実現することができ、スクリプトスペースを節約し、効率を向上させます。今後は既存のソリューションを改善し、Scriptless Scriptsを具体的なBitVM機能モジュールに導入することを探求する必要があります。
3.5 許可なしのマルチパーティーチャレンジ
現在のBitVMチャレンジモードは二者間に限定されており、潜在的なセキュリティリスクがあります。許可なしに複数のOPチャレンジプロトコルを研究することで、BitVMの信頼モデルを1-of-N(Nに拡張し、既存のn)よりもはるかに大きくすることができます。
許可不要のマルチパーティーチャレンジを実現するためには、以下の問題を解決する必要があります:
4. 結論
BitVM技術はまだ探索段階にあり、将来的にはビットコインの拡張とビットコインエコシステムの繁栄を実現するために、さらなる最適化の方向性を研究し実践していく予定です。効率を向上させ、安全性を強化し、機能を拡張することで、BitVMはビットコインにより広範なアプリケーションシーンとより強力なスマートコントラクト能力をもたらすことが期待されています。