BitVMの技術原理と最適化ソリューションに関するディスカッション

1. はじめに

ビットコインは非中央集権的なデジタル資産として重要な価値を持っていますが、スケーラビリティの面で限界があります。ビットコインのUTXOモデルは複雑な計算を実行する能力が欠けており、そのアプリケーションシーンを制限しています。スケーラビリティの問題を解決するために、業界では状態チャネル、サイドチェーン、クライアント検証などのさまざまな技術的提案がなされていますが、いずれも異なる程度の安全性や機能性の問題があります。

最近、ZeroSyncプロジェクトが提案したBitVMソリューションは広く注目を集めています。BitVMは、ビットコイン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契約機能を実現することを可能にし、ビットコインの応用潜在能力を大いに拡張しています。しかし、BitVMはまだ初期段階にあり、効率性と安全性の面で改善の余地があります。本稿では、BitVMの動作原理を探り、いくつかの可能な最適化の方向性を提案します。

2. BitVM のしくみ

BitVMは、ビットコインの契約機能を強化することを目的としたオフチェーン契約ソリューションです。Lamportの一回限りの署名を通じて状態を持つビットコインスクリプトを実現し、Taprootとチャレンジ・レスポンスメカニズムを利用して複雑な計算の検証をサポートします。

BitVMの主な構成要素は次のとおりです:

• 回路のコミットメント: プログラムをバイナリ回路にコンパイルし、Taprootアドレスにコミットメントを行います。

• チャレンジとレスポンス: 一連の取引をプリサインすることで、オフチェーンまたはオンチェーンで実行できるチャレンジ・レスポンスゲームを実現します。

• 罰則メカニズム: 提供者が不正確な声明を提供した場合、検証者はその預金を罰として受け取ることができます。

3. BitVM最適化ソリューション

3.1 ZKに基づくOPのインタラクション回数の削減

ゼロ知識証明技術を導入し、挑戦の対象を元のアルゴリズムから検証アルゴリズムに変更することを検討できます。これにより、挑戦の回数を減らし、挑戦の周期を短縮します。この方法は、詐欺証明と組み合わせてZK Fraud Proofを構築し、オンデマンドでZK証明を生成するモデルを実現できます。

3.2 ビットコインフレンドリーなワンタイムサイン

Winternitz一次性署名スキームを使用してLamport署名の代替を探ることで、署名と公開鍵の長さを短縮し、取引データと手数料を削減できます。具体的には、d=15、v=160、f=ripemd160(x)のパラメータの組み合わせを使用してWinternitz署名を実現することを検討できます。

3.3 ビットコインフレンドリーなハッシュ関数

既存のビットコインスクリプトに基づいて、BLAKE3などのハッシュ関数を実装できます。BLAKE3は優れた性能を持ち、BitVMにおけるマークルインクルージョン証明の検証に適しています。将来的には他のビットコインフレンドリーなハッシュ関数の実装も探ることができます。

3.4 スクリプトレススクリプト BitVM

Scriptless Scripts技術を利用して、Schnorrマルチ署名とアダプタ署名を使用してBitVMの論理ゲートのコミットメントを実現し、スクリプトのスペースを節約し、効率を向上させます。この方法は、相互作用の必要性を減らすためにさらに最適化する必要があります。

3.5 許可のいらないマルチパーティーチャレンジ

BitVMを許可不要のマルチパーティーチャレンジモデルに拡張して、より小さな信頼仮定を実現することを検討できます。これには、ウィッチ攻撃や遅延攻撃などの問題を解決する必要があり、ビットコインの特性に適したソリューションを設計するために関連研究成果を参考にすることができます。

4. 結論

BitVMはビットコインのスケーリングに新しいアプローチを提供しますが、まだ大きな最適化の余地があります。将来的には、効率性、安全性、分散化の程度などの面で徹底的な探求が必要であり、ビットコインの潜在能力を十分に発揮し、エコシステムの繁栄を促進することが求められます。