استكشاف خطة تحسين BitVM

1. المقدمة

تتمتع البيتكوين كأصل رقمي لامركزي بقيمة مهمة، لكن قابلية التوسع فيها كانت دائمًا مشكلة بحاجة إلى حل. إن نموذج UTXO في البيتكوين يجعل من الصعب تنفيذ حسابات تعتمد على الحالة المعقدة، مما يحد من إمكانية بناء تطبيقات غنية عليها.

لحل مشكلة توسيع البيتكوين، اقترحت الصناعة العديد من الحلول التقنية، مثل قنوات الحالة، والشبكات الجانبية، والتحقق من العميل. ولكن هذه الحلول تعاني من قيود وظيفية أو نقص في الأمان بشكل أو بآخر. الاقتراح المقدم في نهاية عام 2023 المعروف باسم BitVM يوفر للبيتكوين إمكانية تحقيق عقود كاملة القدرة الحاسوبية، مما أثار اهتمامًا واسعًا.

تستخدم BitVM نصوص البيتكوين وتقنية Taproot لتحقيق آلية Rollup متفائلة. إنها تقيم روابط بين UTXO من خلال توقيعات Lamport، وتتعهد ببرامج كبيرة في عنوان Taproot، وتنفيذ حسابات معقدة من خلال التفاعلات خارج السلسلة والتحقق على السلسلة. وهذا يوسع بشكل كبير من سيناريوهات تطبيق البيتكوين.

ومع ذلك، لا تزال تقنية BitVM في مرحلة مبكرة، ولا يزال هناك مجال للتحسين في مجالات مثل الكفاءة والأمان. ستتناول هذه المقالة بعض الاتجاهات الرئيسية لتحسين BitVM، بهدف تعزيز أدائها وفعاليتها بشكل أكبر.

2. مبدأ BitVM

يهدف BitVM إلى توفير وظائف العقود خارج السلسلة لبيتكوين. إنه يحقق برامج بيتكوين ذات الحالة من خلال توقيع Lamport لمرة واحدة، مما يسمح بمشاركة الحالة بين البرامج المختلفة. يتم إجراء حسابات BitVM خارج السلسلة، بينما يتم التحقق من النتائج على السلسلة.

نظام BitVM يعتمد على إثبات الاحتيال وبروتوكول التحدي-الاستجابة، ويتكون بشكل رئيسي من المكونات التالية:

• الالتزام بالدائرة: تحويل البرنامج إلى دائرة ثنائية والالتزام بذلك في عنوان Taproot
• التحدي والاستجابة: توقيع مسبق لسلسلة من المعاملات لتحقيق لعبة التحدي والاستجابة
• آلية العقوبة: معاقبة المدققين الذين يقدمون بيانات غير صحيحة

يتيح هذا التصميم لـ BitVM التحقق من أي حسابات معقدة دون تغيير قواعد إجماع البيتكوين.

3. خطة تحسين BitVM

3.1 تقليل عدد التفاعلات OP بناءً على ZK

تحديات BitVM الحالية - آلية الاستجابة قد تتطلب في أسوأ الحالات تفاعلات كثيرة، مما يستغرق وقتًا طويلاً. يمكن أن يؤدي إدخال إثباتات المعرفة الصفرية إلى تقليل عدد التفاعلات بشكل فعال:

• استخدام خوارزمية التحقق القائمة على الإثباتات الصفرية بدلاً من الخوارزمية الأصلية، لتقليل عدد التحديات والدورات.
• استكشاف نموذج إثبات ZK عند الطلب، يتم إنشاء الإثبات فقط عند وجود تحدي
• دراسة إمكانية توليد ZK Fraud Proof لأمر نزاع فردي

3.2 توقيع لمرة واحدة ودود للبيتكوين

توقيع لامبورت هو المكون الأساسي لـ BitVM، لكن توقيعه ومفتاحه العام طويلان. يمكن النظر في استخدام خطة توقيع وينترنيت ذات الاستخدام الواحد:

• عندما تكون d=15، يمكن تقصير طول المفتاح العام والتوقيع إلى 1/4 من خطة لامبورت.
• باستخدام d=15، v=160، f= ripemd160(x) يمكن أن يقلل خطة Winternitz من رسوم معاملات BitVM بأكثر من 50%
• تحسين تنفيذ خطة Winternitz في نصوص Bitcoin بشكل أكبر

3.3 دالة تجزئة صديقة لبيتكوين

تصميم دالة هاش صديقة لبتكوين يمكن أن تحسن حجم سكربت BitVM وحجم الشاهد:

• استكشاف تنفيذ دوال التجزئة مثل BLAKE3 في سكربت البيتكوين
• تقسيم كود دالة التجزئة، من خلال التنفيذ خطوة بخطوة لتقليل كمية البيانات على السلسلة
• مقارنة مدى توافق خوارزميات التجزئة مثل Keccak-256 و Grøstl مع بيتكوين

3.4 سكريبت بدون سكريبتات BitVM

يمكن أن تقلل البرامج بدون نصوص من حجم البيانات على السلسلة، مما يزيد من كفاءة BitVM:

• استخدام التوقيعات المتعددة Schnorr وتوقيعات التكيف لتنفيذ التزام بوابة المنطق
• تقليل استهلاك مساحة سكربتات BitVM وزيادة الكفاءة
• تحسين الحلول الحالية، وتقليل كمية التفاعل بين المدققين والم挑挑战者.

3.5 تحدي متعدد الأطراف بدون إذن

توسيع نموذج الثقة في BitVM，实现 تحديات متعددة الأطراف بدون إذن:

• حل مشكلة هجمات الساحرات، مما يجعل تكلفة الطرف الأمين تنمو بشكل لوغاريتمي
• لمواجهة هجمات التأخير، يتطلب من المتحدي رهن وضبط حد التأخير
• استكشاف نموذج تحدي متعدد الأطراف غير مصرح به مناسب لخصائص البيتكوين

4. الاستنتاج

تقدم BitVM إمكانيات جديدة لتوسيع نطاق البيتكوين، لكن لا يزال هناك مجال كبير للتحسين. من خلال إدخال إثباتات المعرفة الصفرية، وتحسين توقيعات وخطط التجزئة، واستخدام البرامج النصية بدون نصوص، وتنفيذ تحديات متعددة الأطراف بدون إذن، يمكن تعزيز أداء BitVM وأمانه بشكل أكبر. لا تزال هناك حاجة إلى مزيد من الاستكشاف والتطبيق في المستقبل، من أجل تحقيق الإمكانات الكاملة لـ BitVM وتعزيز ازدهار نظام البيتكوين البيئي.