BitVM优化探索

1. 引言

比特币作为去中心化的数字资产具有重要意义，但其可扩展性一直是个难题。比特币的UTXO模型导致系统无状态，难以执行复杂计算。为解决这一问题，出现了状态通道、侧链、客户端验证等技术，但都存在一定局限性。

2023年12月，ZeroSync项目提出了BitVM方案，旨在不改变比特币共识的情况下实现图灵完备的比特币合约。BitVM利用比特币脚本和Taproot技术，实现了乐观Rollup，大大拓展了比特币的应用场景。

然而，BitVM仍处于早期阶段，在效率和安全性方面存在一些问题。本文将针对这些问题提出一些优化思路，以进一步提高BitVM的性能。

2. BitVM原理

BitVM是一种链下合约解决方案，通过Lamport一次性签名实现有状态的比特币脚本。它采用挑战-响应机制，在链下进行计算，链上进行验证。

BitVM的核心组件包括:

• 电路承诺：将程序编译为二进制电路，并在Taproot地址中承诺
• 挑战和响应：预签一系列交易实现挑战-响应游戏
• 惩罚机制：对不正确声明进行惩罚

3. BitVM优化

3.1 基于ZK降低OP交互次数

可以引入零知识证明来降低BitVM的挑战次数，提高效率。通过验证ZK证明而非原始算法，可以显著缩短挑战周期。未来可探索On-Demand ZK Proof模式，仅在发生挑战时生成ZK证明。

3.2 比特币友好的一次性签名

可以采用Winternitz一次性签名方案来替代Lamport签名，以降低签名和公钥长度。在BitVM中使用适当参数的Winternitz签名，可将交易费降低至少50%。

3.3 比特币友好的哈希函数

可以基于BLAKE3哈希函数设计一种比特币友好的哈希实现，以支持Merkle包含证明验证。BLAKE3的特性使其适合在比特币脚本中实现，可显著降低所需的链上数据。

3.4 Scriptless Scripts BitVM

可以借助Scriptless Scripts技术，使用Schnorr多重签名和适配器签名来实现BitVM的逻辑门承诺，从而节省脚本空间并提高效率。

3.5 无需许可的多方挑战

可以研究无需许可的多方OP挑战协议，将BitVM的信任模型扩展至更大范围。需要解决女巫攻击和延迟攻击等问题，设计合适的质押和惩罚机制。

4. 结论

BitVM技术仍处于早期阶段，未来还有很大的优化空间。通过上述优化方向的探索和实践，有望进一步提升BitVM的性能，为比特币的扩容和生态繁荣做出贡献。