Tối ưu hóa BitVM: Tăng cường hiệu quả và an toàn mở rộng Bitcoin

1. Giới thiệu

Bitcoin là một tài sản kỹ thuật số phi tập trung, an toàn và đáng tin cậy, nhưng vẫn gặp vấn đề về khả năng mở rộng trong thời gian dài. Mô hình UTXO của Bitcoin dẫn đến hệ thống không trạng thái, khó thực hiện các phép toán tính toán phức tạp phụ thuộc vào trạng thái, hạn chế khả năng xây dựng các ứng dụng phi tập trung và công cụ tài chính phức tạp trên Bitcoin.

Để giải quyết vấn đề mở rộng Bitcoin, đã xuất hiện các giải pháp công nghệ như kênh trạng thái, chuỗi bên, xác thực khách hàng, nhưng tất cả đều có những hạn chế riêng. Vào tháng 12 năm 2023, giải pháp BitVM được đề xuất bởi dự án ZeroSync đã thu hút sự chú ý, nó cung cấp giải pháp để đạt được hợp đồng Turing hoàn chỉnh mà không làm thay đổi sự đồng thuận của mạng Bitcoin.

BitVM tận dụng tối đa Bitcoin script và Taproot,实现乐观Rollup. Qua chữ ký Lamport, thiết lập mối liên kết giữa hai UTXO,实现有状态的比特币脚本. BitVM mở rộng đáng kể các trường hợp sử dụng tiềm năng của Bitcoin, nhưng vẫn đang ở giai đoạn đầu, có một số vấn đề về hiệu suất và an toàn. Bài viết này sẽ khám phá các hướng tối ưu hóa của BitVM để nâng cao hơn nữa hiệu suất và an toàn của nó.

2. Nguyên lý BitVM

BitVM là một giải pháp hợp đồng ngoài chuỗi, nhằm tăng cường chức năng hợp đồng của Bitcoin. Nó sử dụng chữ ký một lần của Lamport để làm cho script Bitcoin có tính trạng thái, và áp dụng cơ chế thách thức - phản hồi để hỗ trợ xác thực các phép tính phức tạp.

Các thành phần chính của BitVM bao gồm:

• Cam kết mạch: Biên dịch chương trình thành mạch nhị phân và cam kết thông qua địa chỉ Taproot.
• Thách thức và phản hồi: Tiền ký trước một loạt giao dịch để thực hiện trò chơi thách thức-phản hồi.
• Hình phạt mơ hồ: Trừng phạt những người chứng minh đưa ra tuyên bố không chính xác.

3. Tối ưu BitVM

3.1 Dựa trên ZK giảm số lần tương tác OP

Cân nhắc sử dụng chứng minh không kiến thức để giảm số lần thách thức của BitVM, nâng cao hiệu quả. Thông qua chứng minh không kiến thức, có thể chuyển đổi đối tượng thách thức từ thuật toán gốc F thành thuật toán xác minh Verify, từ đó giảm số vòng thách thức và rút ngắn chu kỳ thách thức.

Ngoài ra, có thể khám phá việc kết hợp chứng minh zero-knowledge và chứng minh gian lận để xây dựng ZK Fraud Proof, thực hiện On-Demand ZK Proof. Cách này chỉ tạo ra ZK Proof khi có thách thức, giữ thiết kế Rollup lạc quan trong khi giảm chi phí tính toán.

3.2 Bitcoin thân thiện một lần ký

Chữ ký Lamport là thành phần cơ bản của BitVM, nhưng độ dài của chữ ký và khóa công khai khá dài. Có thể xem xét sử dụng phương án chữ ký một lần Winternitz, phương án này có thể giảm đáng kể độ dài của chữ ký và khóa công khai, nhưng sẽ tăng độ phức tạp tính toán của việc ký và xác thực chữ ký.

Sử dụng d=15,v=160,f=ripemd160(x) để thực hiện ký hiệu một lần Winternitz trong BitVM, có thể giảm kích thước cam kết bit xuống 50%, từ đó giảm đáng kể chi phí giao dịch. Trong tương lai, có thể khám phá thêm các phương án ký hiệu một lần gọn gàng hơn.

3.3 Bitcoin thân thiện với hàm băm

Do vì mạng Bitcoin hiện tại không hỗ trợ OP_CAT, không thể thực hiện nối chuỗi và xác minh đường Merkle trực tiếp. Cần thiết kế một hàm băm thân thiện với Bitcoin, nhằm đạt được chức năng xác minh chứng minh bao gồm Merkle với kích thước script và kích thước chứng kiến script tối ưu.

Hàm băm BLAKE3 là một lựa chọn tiềm năng, nó có hàm nén tối ưu và chế độ cây Bao. Việc sử dụng script Bitcoin để triển khai hàm băm BLAKE3 có thể xây dựng một phiên bản cơ bản cho BitVM. Ngoài ra, cũng có thể khám phá các hàm băm khác như Keccak-256, Grøstl trong việc triển khai script Bitcoin.

3.4 Scriptless Scripts BitVM

Scriptless Scripts là một phương pháp thực hiện hợp đồng thông minh ngoài chuỗi thông qua chữ ký Schnorr. Nó có những ưu điểm như tính năng nâng cao, tăng cường quyền riêng tư và nâng cao hiệu quả.

Có thể sử dụng Scriptless Scripts, sử dụng chữ ký đa chữ ký Schnorr và chữ ký bộ chuyển đổi để thực hiện cam kết cổng logic trong mạch BitVM, từ đó tiết kiệm không gian kịch bản và nâng cao hiệu quả. Trong tương lai, cần cải tiến các phương án hiện có và khám phá việc đưa Scriptless Scripts vào các mô-đun chức năng cụ thể của BitVM.

3.5 Thách thức nhiều bên không cần phép

Chế độ thử thách BitVM hiện tại chỉ giới hạn ở hai bên, có rủi ro an ninh tiềm ẩn. Nghiên cứu các giao thức thách thức OP nhiều bên không cần giấy phép, có thể mở rộng mô hình tin cậy của BitVM lên 1-trong-N(N lớn hơn nhiều so với n) hiện có.

Để thực hiện thử thách nhiều bên không cần sự cho phép, cần giải quyết các vấn đề sau:

• Tấn công phù thủy: thiết kế thuật toán giải quyết tranh chấp, khiến chi phí thắng tranh chấp của một bên trung thực đơn lẻ tăng theo số lượng đối thủ theo dạng logarit.
• Tấn công trì hoãn: yêu cầu người thách thức đặt cọc trước và thiết kế thuật toán giới hạn mức trần trì hoãn trong trường hợp xấu nhất.

4. Kết luận

Công nghệ BitVM vẫn đang ở giai đoạn khám phá, trong tương lai sẽ tiếp tục nghiên cứu và thực hành nhiều hướng tối ưu hơn, nhằm đạt được sự mở rộng cho Bitcoin và phát triển hệ sinh thái Bitcoin. Bằng cách nâng cao hiệu suất, tăng cường an ninh và mở rộng chức năng, BitVM có triển vọng mang đến cho Bitcoin nhiều ứng dụng rộng rãi hơn và khả năng hợp đồng thông minh mạnh mẽ hơn.