Khám Phá Giải Pháp Tối Ưu BitVM

1. Giới thiệu

Bitcoin, như một tài sản số phi tập trung, có giá trị quan trọng, nhưng tính khả thi mở rộng của nó luôn là một vấn đề cần giải quyết. Mô hình UTXO của Bitcoin dẫn đến việc khó thực hiện các tính toán phụ thuộc vào trạng thái phức tạp, điều này hạn chế khả năng xây dựng các ứng dụng phong phú trên nền tảng của nó.

Để giải quyết vấn đề mở rộng của Bitcoin, ngành công nghiệp đã đưa ra nhiều giải pháp kỹ thuật khác nhau, như kênh trạng thái, chuỗi bên và xác thực khách hàng. Tuy nhiên, những giải pháp này đều có một số hạn chế về chức năng và thiếu an toàn. Giải pháp BitVM được đề xuất vào cuối năm 2023 đã cung cấp một khả năng thực hiện hợp đồng Turing hoàn chỉnh cho Bitcoin, gây ra sự chú ý rộng rãi.

BitVM sử dụng script Bitcoin và công nghệ Taproot, thực hiện một cơ chế Rollup lạc quan. Nó thiết lập các kết nối giữa các UTXO thông qua chữ ký Lamport, cam kết các chương trình lớn trong địa chỉ Taproot, và thực hiện các tính toán phức tạp thông qua tương tác ngoài chuỗi và xác minh trên chuỗi. Điều này đã mở rộng đáng kể các trường hợp ứng dụng của Bitcoin.

Tuy nhiên, công nghệ BitVM vẫn đang ở giai đoạn đầu, còn nhiều không gian tối ưu trong các khía cạnh như hiệu quả và độ an toàn. Bài viết này sẽ khám phá một số hướng tối ưu chính của BitVM, với hy vọng nâng cao hơn nữa hiệu suất và tính thực tiễn của nó.

2. Nguyên lý BitVM

BitVM nhằm mục đích cung cấp chức năng hợp đồng ngoại tuyến cho Bitcoin. Nó thực hiện các kịch bản Bitcoin có trạng thái thông qua chữ ký một lần Lamport, cho phép các kịch bản khác nhau chia sẻ trạng thái. Tính toán của BitVM diễn ra ngoại tuyến, trong khi xác minh kết quả được thực hiện trên chuỗi.

Hệ thống BitVM dựa trên chứng minh gian lận và giao thức thách thức - phản hồi, chủ yếu bao gồm các thành phần sau:

• Cam kết mạch: biên dịch chương trình thành mạch nhị phân và cam kết trong địa chỉ Taproot
• Thách thức và phản hồi: Tiền ký một loạt giao dịch để thực hiện trò chơi thách thức - phản hồi
• Cơ chế trừng phạt: Trừng phạt những người chứng minh đưa ra tuyên bố không chính xác

Thiết kế này cho phép BitVM xác minh các phép toán phức tạp mà không thay đổi quy tắc đồng thuận của Bitcoin.

3. Giải pháp tối ưu hóa BitVM

3.1 Giảm số lần tương tác OP dựa trên ZK

Thách thức hiện tại của BitVM - cơ chế phản hồi có thể cần nhiều tương tác trong trường hợp xấu nhất, mất nhiều thời gian. Việc giới thiệu chứng minh không kiến thức có thể giảm hiệu quả số lần tương tác.

• Sử dụng thuật toán xác minh bằng chứng không biết để thay thế thuật toán gốc, giảm số vòng thách thức và chu kỳ.
• Khám phá mô hình Chứng minh ZK theo yêu cầu, chỉ tạo chứng minh khi có thử thách
• Nghiên cứu khả năng tạo ZK Fraud Proof cho các lệnh tranh chấp đơn lẻ

Chữ ký một lần thân thiện với Bitcoin 3.2

Chữ ký Lamport là thành phần cơ bản của BitVM, nhưng chữ ký và khóa công khai của nó khá dài. Có thể xem xét sử dụng giải pháp chữ ký một lần Winternitz:

• Khi d=15, chiều dài khóa công khai và chữ ký có thể rút ngắn xuống còn 1/4 so với phương án Lamport.
• Sử dụng d=15, v=160, f=ripemd160(x) của phương án Winternitz có thể giảm phí giao dịch BitVM hơn 50%.
• Tối ưu hóa hơn nữa việc triển khai phương án Winternitz trong kịch bản Bitcoin

3.3 Hàm băm thân thiện với Bitcoin

Thiết kế một hàm băm thân thiện với Bitcoin có thể tối ưu hóa kích thước script và kích thước chứng kiến của BitVM:

• Khám phá việc triển khai các hàm băm như BLAKE3 trong kịch bản Bitcoin
• Tách mã hàm băm, giảm khối lượng dữ liệu trên chuỗi bằng cách thực hiện từng bước
• So sánh độ thân thiện với Bitcoin của các hàm băm như Keccak-256, Grøstl.

3.4 Scriptless Scripts BitVM

Scriptless Scripts có thể giảm lượng dữ liệu trên chuỗi, nâng cao hiệu suất BitVM:

• Sử dụng chữ ký đa chữ ký Schnorr và chữ ký bộ điều hợp để thực hiện cam kết cổng logic
• Giảm không gian chiếm dụng của kịch bản BitVM, nâng cao hiệu quả
• Cải thiện giải pháp hiện tại, giảm lượng tương tác giữa người chứng minh và người thách thức.

3.5 Thách thức nhiều bên không cần phép

Mở rộng mô hình tin cậy của BitVM, thực hiện thách thức đa bên không cần xin phép:

• Giải quyết vấn đề tấn công của phù thủy, giúp phía trung thực có chi phí tăng theo hàm logarit.
• Để đối phó với tấn công trì hoãn, yêu cầu người thách thức đặt cọc và thiết lập giới hạn trì hoãn.
• Khám phá mô hình thách thức nhiều bên không cần giấy phép phù hợp với đặc tính của Bitcoin.

4. Kết luận

BitVM cung cấp những khả năng mới cho việc mở rộng Bitcoin, nhưng vẫn còn nhiều không gian để tối ưu hóa. Bằng cách giới thiệu chứng minh không kiến thức, cải tiến các phương pháp ký và băm, sử dụng Scriptless Scripts và thực hiện các thách thức nhiều bên không cần phép, có thể nâng cao thêm hiệu suất và tính bảo mật của BitVM. Trong tương lai, cần có thêm nhiều khám phá và thực hành để phát huy tối đa tiềm năng của BitVM, thúc đẩy sự phát triển thịnh vượng của hệ sinh thái Bitcoin.