Bitcoin, như một tài sản kỹ thuật số phi tập trung, đã được công nhận rộng rãi, nhưng khả năng mở rộng và tính linh hoạt của nó luôn là những hạn chế trong việc áp dụng. Mô hình UTXO của Bitcoin dẫn đến việc hệ thống không có trạng thái, khó thực hiện các phép toán phức tạp phụ thuộc vào trạng thái. Điều này hạn chế khả năng xây dựng các ứng dụng phi tập trung và công cụ tài chính phức tạp trên Bitcoin.
Các giải pháp mở rộng Bitcoin chính hiện nay bao gồm kênh trạng thái, chuỗi bên và xác thực khách hàng. Tuy nhiên, những giải pháp này hoặc ít nhiều có những hạn chế về chức năng, giảm an toàn hoặc có nguy cơ tập trung.
Giải pháp BitVM được đưa ra vào cuối năm 2023 đã mang đến những khả năng mới cho tính lập trình của Bitcoin. BitVM sử dụng script Bitcoin và Taproot để thực hiện Rollup lạc quan, thiết lập mối liên kết giữa các UTXO thông qua chữ ký Lamport, từ đó thực hiện script Bitcoin có trạng thái. Điều này đã mở rộng đáng kể các trường hợp ứng dụng tiềm năng của Bitcoin.
Tuy nhiên, công nghệ BitVM vẫn đang ở giai đoạn đầu, có một số vấn đề cần tối ưu hóa về hiệu suất và độ an toàn. Bài viết này sẽ khám phá một vài hướng tối ưu hóa có thể để nâng cao tính thực tiễn của BitVM.
2. Nguyên lý BitVM
BitVM nhằm mục đích thực hiện chức năng hợp đồng ngoại tuyến cho Bitcoin. Nó sử dụng chữ ký một lần của Lamport để làm cho script Bitcoin có trạng thái, cho phép các script khác nhau chia sẻ cùng một giá trị biến. Tính toán của BitVM diễn ra ngoại tuyến, trong khi việc xác minh kết quả được thực hiện trên chuỗi.
Giống như Rollup lạc quan, BitVM dựa trên chứng minh gian lận và giao thức thách thức-phản hồi, nhưng không cần thay đổi quy tắc đồng thuận của Bitcoin. Các thành phần cốt lõi của nó bao gồm:
Cam kết mạch: Biên dịch chương trình thành mạch nhị phân và cam kết trong địa chỉ Taproot
Thách thức và phản hồi: Thực hiện bằng cách ký trước một loạt các giao dịch
Cơ chế trừng phạt: Trừng phạt những người chứng minh đưa ra tuyên bố không chính xác
3. Giải pháp tối ưu BitVM
3.1 Giảm số lần tương tác OP dựa trên ZK
Cân nhắc việc áp dụng chứng minh không biết để giảm số lần thách thức của BitVM, nâng cao hiệu quả. Độ phức tạp của thuật toán xác minh chứng minh không biết là cố định, so với phương pháp chia đôi mở thuật toán gốc, độ phức tạp tính toán thấp hơn.
Có thể khám phá việc xây dựng ZK Fraud Proof, thực hiện ZK Proof theo yêu cầu. Trong mô hình này, chỉ khi có thách thức mới tạo ra ZK Proof, giữ cho thiết kế Rollup tổng thể lạc quan, đồng thời giảm chi phí tính toán.
Chữ ký một lần thân thiện với Bitcoin 3.2
Chữ ký Lamport là thành phần cơ bản của BitVM, nhưng chiều dài của chữ ký và khóa công khai khá dài. Có thể xem xét sử dụng giải pháp chữ ký một lần Winternitz, với d=15 có thể rút ngắn chiều dài khóa công khai và chữ ký khoảng 4 lần, mặc dù độ phức tạp xác minh chữ ký sẽ tăng lên, nhưng tổng thể có thể giảm chi phí giao dịch.
Trong tương lai, có thể khám phá thêm các giải pháp chữ ký một lần gọn gàng hơn, được diễn đạt bằng kịch bản Bitcoin.
3.3 Hàm băm thân thiện với Bitcoin
Mạng Bitcoin hiện tại không hỗ trợ OP_CAT, không thể trực tiếp thực hiện xác minh đường Merkle. Cần thiết kế một hàm băm thân thiện với Bitcoin để thực hiện chức năng xác minh chứng minh bao gồm Merkle với kích thước script tối ưu.
Hàm băm BLAKE3 là một lựa chọn tiềm năng, với số vòng hàm nén ít hơn và chỉ cần một hàm nén cho kích thước đầu vào cụ thể. Hiện đã có những nỗ lực thực hiện BLAKE3 dựa trên script Bitcoin, trong tương lai có thể tối ưu hóa thêm và khám phá các hàm băm thân thiện với Bitcoin khác.
3.4 Scriptless Scripts BitVM
Scriptless Scripts thông qua việc sử dụng chữ ký Schnorr để thực hiện hợp đồng thông minh ngoài chuỗi, có thể tăng độ phức tạp của hợp đồng, cải thiện tính riêng tư và nâng cao hiệu suất. Việc đưa Scriptless Scripts vào BitVM có thể tiết kiệm không gian script và cải thiện hiệu suất tổng thể.
Trong tương lai, cần cải tiến các giải pháp hiện có, giảm số lần tương tác giữa người chứng minh và người thách thức, đồng thời khám phá việc áp dụng các mô-đun chức năng cụ thể của Scriptless Scripts vào BitVM.
3.5 Thách thức nhiều bên không cần phép
Hiện tại, BitVM sử dụng chế độ thách thức hai bên có giấy phép, có những rủi ro an ninh tiềm ẩn. Nghiên cứu các giao thức thách thức nhiều bên không cần giấy phép có thể mở rộng mô hình tin cậy của BitVM từ 1-of-n thành 1-of-N (N lớn hơn nhiều so với n), làm giảm thêm giả thuyết tin cậy.
Để thực hiện thách thức đa bên không cần giấy phép, cần giải quyết các vấn đề sau:
Tấn công phù thủy: thiết kế thuật toán giải quyết tranh chấp, khiến chi phí của các bên tham gia trung thực tăng theo logarit với số lượng đối thủ.
Tấn công trì hoãn: yêu cầu người thách thức đặt cọc và thiết kế thuật toán để giới hạn độ trễ tối đa trong trường hợp xấu nhất.
4. Kết luận
Công nghệ BitVM vẫn đang ở giai đoạn đầu và có nhiều cơ hội tối ưu trong tương lai. Bằng cách khám phá và thực hành các hướng tối ưu hóa trên, có khả năng đạt được sự mở rộng hơn nữa cho Bitcoin, thúc đẩy sự phát triển thịnh vượng của hệ sinh thái Bitcoin.
Trang này có thể chứa nội dung của bên thứ ba, được cung cấp chỉ nhằm mục đích thông tin (không phải là tuyên bố/bảo đảm) và không được coi là sự chứng thực cho quan điểm của Gate hoặc là lời khuyên về tài chính hoặc chuyên môn. Xem Tuyên bố từ chối trách nhiệm để biết chi tiết.
Tối ưu hóa công nghệ BitVM: Năm hướng cải thiện khả năng lập trình của Bitcoin
Thảo luận về kế hoạch tối ưu hóa công nghệ BitVM
1. Giới thiệu
Bitcoin, như một tài sản kỹ thuật số phi tập trung, đã được công nhận rộng rãi, nhưng khả năng mở rộng và tính linh hoạt của nó luôn là những hạn chế trong việc áp dụng. Mô hình UTXO của Bitcoin dẫn đến việc hệ thống không có trạng thái, khó thực hiện các phép toán phức tạp phụ thuộc vào trạng thái. Điều này hạn chế khả năng xây dựng các ứng dụng phi tập trung và công cụ tài chính phức tạp trên Bitcoin.
Các giải pháp mở rộng Bitcoin chính hiện nay bao gồm kênh trạng thái, chuỗi bên và xác thực khách hàng. Tuy nhiên, những giải pháp này hoặc ít nhiều có những hạn chế về chức năng, giảm an toàn hoặc có nguy cơ tập trung.
Giải pháp BitVM được đưa ra vào cuối năm 2023 đã mang đến những khả năng mới cho tính lập trình của Bitcoin. BitVM sử dụng script Bitcoin và Taproot để thực hiện Rollup lạc quan, thiết lập mối liên kết giữa các UTXO thông qua chữ ký Lamport, từ đó thực hiện script Bitcoin có trạng thái. Điều này đã mở rộng đáng kể các trường hợp ứng dụng tiềm năng của Bitcoin.
Tuy nhiên, công nghệ BitVM vẫn đang ở giai đoạn đầu, có một số vấn đề cần tối ưu hóa về hiệu suất và độ an toàn. Bài viết này sẽ khám phá một vài hướng tối ưu hóa có thể để nâng cao tính thực tiễn của BitVM.
2. Nguyên lý BitVM
BitVM nhằm mục đích thực hiện chức năng hợp đồng ngoại tuyến cho Bitcoin. Nó sử dụng chữ ký một lần của Lamport để làm cho script Bitcoin có trạng thái, cho phép các script khác nhau chia sẻ cùng một giá trị biến. Tính toán của BitVM diễn ra ngoại tuyến, trong khi việc xác minh kết quả được thực hiện trên chuỗi.
Giống như Rollup lạc quan, BitVM dựa trên chứng minh gian lận và giao thức thách thức-phản hồi, nhưng không cần thay đổi quy tắc đồng thuận của Bitcoin. Các thành phần cốt lõi của nó bao gồm:
3. Giải pháp tối ưu BitVM
3.1 Giảm số lần tương tác OP dựa trên ZK
Cân nhắc việc áp dụng chứng minh không biết để giảm số lần thách thức của BitVM, nâng cao hiệu quả. Độ phức tạp của thuật toán xác minh chứng minh không biết là cố định, so với phương pháp chia đôi mở thuật toán gốc, độ phức tạp tính toán thấp hơn.
Có thể khám phá việc xây dựng ZK Fraud Proof, thực hiện ZK Proof theo yêu cầu. Trong mô hình này, chỉ khi có thách thức mới tạo ra ZK Proof, giữ cho thiết kế Rollup tổng thể lạc quan, đồng thời giảm chi phí tính toán.
Chữ ký một lần thân thiện với Bitcoin 3.2
Chữ ký Lamport là thành phần cơ bản của BitVM, nhưng chiều dài của chữ ký và khóa công khai khá dài. Có thể xem xét sử dụng giải pháp chữ ký một lần Winternitz, với d=15 có thể rút ngắn chiều dài khóa công khai và chữ ký khoảng 4 lần, mặc dù độ phức tạp xác minh chữ ký sẽ tăng lên, nhưng tổng thể có thể giảm chi phí giao dịch.
Trong tương lai, có thể khám phá thêm các giải pháp chữ ký một lần gọn gàng hơn, được diễn đạt bằng kịch bản Bitcoin.
3.3 Hàm băm thân thiện với Bitcoin
Mạng Bitcoin hiện tại không hỗ trợ OP_CAT, không thể trực tiếp thực hiện xác minh đường Merkle. Cần thiết kế một hàm băm thân thiện với Bitcoin để thực hiện chức năng xác minh chứng minh bao gồm Merkle với kích thước script tối ưu.
Hàm băm BLAKE3 là một lựa chọn tiềm năng, với số vòng hàm nén ít hơn và chỉ cần một hàm nén cho kích thước đầu vào cụ thể. Hiện đã có những nỗ lực thực hiện BLAKE3 dựa trên script Bitcoin, trong tương lai có thể tối ưu hóa thêm và khám phá các hàm băm thân thiện với Bitcoin khác.
3.4 Scriptless Scripts BitVM
Scriptless Scripts thông qua việc sử dụng chữ ký Schnorr để thực hiện hợp đồng thông minh ngoài chuỗi, có thể tăng độ phức tạp của hợp đồng, cải thiện tính riêng tư và nâng cao hiệu suất. Việc đưa Scriptless Scripts vào BitVM có thể tiết kiệm không gian script và cải thiện hiệu suất tổng thể.
Trong tương lai, cần cải tiến các giải pháp hiện có, giảm số lần tương tác giữa người chứng minh và người thách thức, đồng thời khám phá việc áp dụng các mô-đun chức năng cụ thể của Scriptless Scripts vào BitVM.
3.5 Thách thức nhiều bên không cần phép
Hiện tại, BitVM sử dụng chế độ thách thức hai bên có giấy phép, có những rủi ro an ninh tiềm ẩn. Nghiên cứu các giao thức thách thức nhiều bên không cần giấy phép có thể mở rộng mô hình tin cậy của BitVM từ 1-of-n thành 1-of-N (N lớn hơn nhiều so với n), làm giảm thêm giả thuyết tin cậy.
Để thực hiện thách thức đa bên không cần giấy phép, cần giải quyết các vấn đề sau:
4. Kết luận
Công nghệ BitVM vẫn đang ở giai đoạn đầu và có nhiều cơ hội tối ưu trong tương lai. Bằng cách khám phá và thực hành các hướng tối ưu hóa trên, có khả năng đạt được sự mở rộng hơn nữa cho Bitcoin, thúc đẩy sự phát triển thịnh vượng của hệ sinh thái Bitcoin.