BitVM最適化:ビットコイン契約の効率と安全性を向上させる

ビットコインは、去中心化され、安全で信頼できるデジタル資産として、長期的にスケーラビリティの問題を抱えています。そのUTXOモデルはシステムを無状態にし、依存状態の複雑な計算を実行するのが難しく、去中心化アプリケーションや複雑な金融ツールの構築を制限しています。

2023年12月、ZeroSyncプロジェクトはBitVMソリューションを提案し、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ビットコイン契約を実現しました。BitVMはビットコインスクリプトとTaprootを利用して楽観的ロールアップを実現し、ビットコインのUTXO間に関係を構築し、有状態のビットコインスクリプトを実現します。これにより、ビットコインの潜在的なユースケースが大幅に拡大しました。

しかし、BitVMは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。

1. チャレンジとレスポンスは複数回のインタラクションを必要とし、高い手数料と長いサイクルを引き起こします。
2. Lamportのワンタイム署名データは長い
3. ハッシュ関数の複雑度が高く、費用がかかる
4. 契約が大きく、ブロックの容量は限られている
5. 許可モデルを採用し、2者のチャレンジのみをサポート

これらの問題に対して、本稿では以下の最適化の考え方を提案します:

ZKに基づくOPのインタラクション回数の削減

ゼロ知識証明を利用してBitVMの挑戦回数を減らし、効率を向上させる。挑戦するのは元のアルゴリズムではなく、検証アルゴリズムであり、挑戦ラウンドを減らし、周期を短縮する。ZKフラウドプルーフを構築でき、オンデマンドZKプルーフを実現し、挑戦があるときのみZKプルーフが必要となる。

ビットコインフレンドリーな一次署名

Winternitzワンタイム署名をLamport署名の代わりに使用することで、ビットコミットメントのサイズを50%削減し、取引手数料を大幅に削減できます。将来的には、よりコンパクトなワンタイム署名のスキームを探求することができます。

ビットコインフレンドリーなハッシュ関数

ビットコインのスクリプトに基づくBLAKE3ハッシュ関数を実現し、マークルインクルージョンプルーフの検証をサポートします。Keccak-256やGrøstlなど、他のビットコインフレンドリーなハッシュ関数を探求します。

スクリプトレススクリプト BitVM

Scriptless Scripts技術を利用し、Schnorrマルチシグネチャとアダプタ署名を使用してBitVM回路内の論理ゲートのコミットメントを実現し、スクリプトスペースを節約し、効率を向上させます。

許可不要のマルチパーティーチャレンジ

許可のないマルチパーティOPチャレンジプロトコルを研究し、BitVMの信頼モデルを1-of-nから1-of-Nに拡張します。ウィッチ攻撃や遅延攻撃などの問題を解決し、より信頼性の低いBitVMプロトコルを実現します。

BitVM技術の探求はまだ始まったばかりで、今後はさらなる最適化の方向を探求し、ビットコインの拡張を実現し、ビットコインエコシステムを繁栄させていきます。