# BitVMの技術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分散型のデジタル資産として広く認識されていますが、そのスケーラビリティと柔軟性は常にその適用を制約するボトルネックとなってきました。ビットコインのUTXOモデルはシステムを無状態にし、複雑な依存状態の計算を実行することが難しくなります。これにより、ビットコイン上での分散型アプリケーションや複雑な金融ツールの構築の可能性が制限されています。現在の主要なビットコインのスケーリングソリューションには、ステートチャンネル、サイドチェーン、クライアント検証などがあります。しかし、これらのソリューションには、機能制限、安全性の低下、または集中化リスクなどの問題が多かれ少なかれ存在します。2023 年末に提案された BitVM プランは、ビットコインのプログラマビリティに新たな可能性をもたらしました。BitVM は、ビットコインスクリプトと Taproot を利用して楽観的ロールアップを実現し、Lamport 署名を介して UTXO 間の接続を確立し、有状態のビットコインスクリプトを実現します。これにより、ビットコインの潜在的なアプリケーションシーンが大幅に拡大しました。しかし、BitVM技術はまだ初期段階にあり、効率性と安全性に関して最適化が必要な問題がいくつか存在します。本稿では、BitVMの実用性をさらに向上させるためのいくつかの最適化方向について考察します。## 2. BitVM のしくみBitVMはビットコインのオフチェーン契約機能を実現することを目的としています。それは、Lamportのワンタイム署名を通じてビットコインスクリプトに状態を持たせ、異なるスクリプト間で同じ変数値を共有できるようにします。BitVMの計算はオフチェーンで行われ、結果の検証はオンチェーンで完了します。楽観的ロールアップに似て、BitVMは詐欺証明とチャレンジ・レスポンスプロトコルに基づいていますが、ビットコインのコンセンサスルールを変更する必要はありません。そのコアコンポーネントには次のものが含まれます:- 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する- チャレンジとレスポンス：一連の取引を事前に署名して実現する- 罰則メカニズム：不正確な声明を提出した証明者に罰を与える## 3. BitVM の最適化### 3.1 ZKに基づくOPのインタラクション回数の削減BitVMの挑戦回数を減らし、効率を高めるためにゼロ知識証明の導入を検討しています。ゼロ知識証明の検証アルゴリズムの複雑度は固定されており、バイナリ法に比べて元のアルゴリズムを開く際の計算複雑度は低いです。ZK Fraud Proofを構築し、オンデマンドZK Proofを実現することが可能です。このモデルでは、チャレンジが発生した場合にのみZK Proofが生成され、全体的なRollup設計の楽観性を維持しつつ、計算コストを削減します。### 3.2 ビットコインフレンドリーなワンタイムサインLamport署名はBitVMの基本コンポーネントですが、その署名と公開鍵の長さは長めです。Winternitz一次性署名スキームを使用することを検討できます。d=15のとき、公開鍵と署名の長さを約4倍短縮できるが、検証の複雑さは増しますが、全体的に取引手数料を削減できます。将来的には、ビットコインスクリプトを使用して、よりコンパクトなワンタイム署名スキームをさらに探求することができます。### 3.3 ビットコインに優しいハッシュ関数現在のビットコインネットワークはOP_CATをサポートしていないため、Merkleパスの検証を直接行うことはできません。最適なスクリプトサイズでMerkleインクルージョン証明検証機能を実現するために、ビットコインに優しいハッシュ関数を設計する必要があります。BLAKE3 ハッシュ関数は、圧縮関数のラウンド数が少なく、特定の入力サイズで1回の圧縮関数のみを必要とする潜在的な選択肢です。現在、ビットコインスクリプトに基づいてBLAKE3を実装する試みがあり、将来的にはさらに最適化し、他のビットコインフレンドリーなハッシュ関数を探求することができます。### 3.4 スクリプトレススクリプト BitVMScriptless Scriptsは、Schnorr署名を使用してオフチェーンでスマートコントラクトを実行することで、コントラクトの複雑性を増し、プライバシーを向上させ、効率を高めることができます。Scriptless ScriptsをBitVMに導入することで、スクリプトのスペースを節約し、全体的な効率を向上させることができます。将来的には、既存のソリューションを改善し、証明者と挑戦者の相互作用の回数を減らし、Scriptless Scripts を BitVM の具体的な機能モジュールに適用する方法を探る必要があります。### 3.5 許可不要のマルチパーティーチャレンジ現在の BitVM は許可制の二者挑戦モデルを採用しており、潜在的なセキュリティリスクがあります。許可なしの多者挑戦プロトコルを研究することで、BitVM の信頼モデルを 1-of-n から 1-of-N（N は n よりもはるかに大きい）に拡張し、信頼仮定をさらに低下させることができます。許可のないマルチパーティチャレンジを実現するには、以下の問題を解決する必要があります：- ウィッチ攻撃：誠実な参加者のコストが対戦相手の数に対して対数的に増加するように設計された論争解決アルゴリズム- 遅延攻撃：挑戦者にステークを要求し、最悪の場合の遅延上限を制限するアルゴリズムを設計する## 4. 結論BitVM技術はまだ初期段階にあり、将来的には大きな最適化の余地があります。上記の最適化方向を探求し実践することで、ビットコインのさらなる拡張が実現し、ビットコインエコシステムの繁栄を促進することが期待されます。
BitVM技術の最適化：ビットコインのプログラム可能性を向上させる5つの方向
BitVMの技術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
ビットコインは分散型のデジタル資産として広く認識されていますが、そのスケーラビリティと柔軟性は常にその適用を制約するボトルネックとなってきました。ビットコインのUTXOモデルはシステムを無状態にし、複雑な依存状態の計算を実行することが難しくなります。これにより、ビットコイン上での分散型アプリケーションや複雑な金融ツールの構築の可能性が制限されています。
現在の主要なビットコインのスケーリングソリューションには、ステートチャンネル、サイドチェーン、クライアント検証などがあります。しかし、これらのソリューションには、機能制限、安全性の低下、または集中化リスクなどの問題が多かれ少なかれ存在します。
2023 年末に提案された BitVM プランは、ビットコインのプログラマビリティに新たな可能性をもたらしました。BitVM は、ビットコインスクリプトと Taproot を利用して楽観的ロールアップを実現し、Lamport 署名を介して UTXO 間の接続を確立し、有状態のビットコインスクリプトを実現します。これにより、ビットコインの潜在的なアプリケーションシーンが大幅に拡大しました。
しかし、BitVM技術はまだ初期段階にあり、効率性と安全性に関して最適化が必要な問題がいくつか存在します。本稿では、BitVMの実用性をさらに向上させるためのいくつかの最適化方向について考察します。
2. BitVM のしくみ
BitVMはビットコインのオフチェーン契約機能を実現することを目的としています。それは、Lamportのワンタイム署名を通じてビットコインスクリプトに状態を持たせ、異なるスクリプト間で同じ変数値を共有できるようにします。BitVMの計算はオフチェーンで行われ、結果の検証はオンチェーンで完了します。
楽観的ロールアップに似て、BitVMは詐欺証明とチャレンジ・レスポンスプロトコルに基づいていますが、ビットコインのコンセンサスルールを変更する必要はありません。そのコアコンポーネントには次のものが含まれます:
3. BitVM の最適化
3.1 ZKに基づくOPのインタラクション回数の削減
BitVMの挑戦回数を減らし、効率を高めるためにゼロ知識証明の導入を検討しています。ゼロ知識証明の検証アルゴリズムの複雑度は固定されており、バイナリ法に比べて元のアルゴリズムを開く際の計算複雑度は低いです。
ZK Fraud Proofを構築し、オンデマンドZK Proofを実現することが可能です。このモデルでは、チャレンジが発生した場合にのみZK Proofが生成され、全体的なRollup設計の楽観性を維持しつつ、計算コストを削減します。
3.2 ビットコインフレンドリーなワンタイムサイン
Lamport署名はBitVMの基本コンポーネントですが、その署名と公開鍵の長さは長めです。Winternitz一次性署名スキームを使用することを検討できます。d=15のとき、公開鍵と署名の長さを約4倍短縮できるが、検証の複雑さは増しますが、全体的に取引手数料を削減できます。
将来的には、ビットコインスクリプトを使用して、よりコンパクトなワンタイム署名スキームをさらに探求することができます。
3.3 ビットコインに優しいハッシュ関数
現在のビットコインネットワークはOP_CATをサポートしていないため、Merkleパスの検証を直接行うことはできません。最適なスクリプトサイズでMerkleインクルージョン証明検証機能を実現するために、ビットコインに優しいハッシュ関数を設計する必要があります。
BLAKE3 ハッシュ関数は、圧縮関数のラウンド数が少なく、特定の入力サイズで1回の圧縮関数のみを必要とする潜在的な選択肢です。現在、ビットコインスクリプトに基づいてBLAKE3を実装する試みがあり、将来的にはさらに最適化し、他のビットコインフレンドリーなハッシュ関数を探求することができます。
3.4 スクリプトレススクリプト BitVM
Scriptless Scriptsは、Schnorr署名を使用してオフチェーンでスマートコントラクトを実行することで、コントラクトの複雑性を増し、プライバシーを向上させ、効率を高めることができます。Scriptless ScriptsをBitVMに導入することで、スクリプトのスペースを節約し、全体的な効率を向上させることができます。
将来的には、既存のソリューションを改善し、証明者と挑戦者の相互作用の回数を減らし、Scriptless Scripts を BitVM の具体的な機能モジュールに適用する方法を探る必要があります。
3.5 許可不要のマルチパーティーチャレンジ
現在の BitVM は許可制の二者挑戦モデルを採用しており、潜在的なセキュリティリスクがあります。許可なしの多者挑戦プロトコルを研究することで、BitVM の信頼モデルを 1-of-n から 1-of-N（N は n よりもはるかに大きい）に拡張し、信頼仮定をさらに低下させることができます。
許可のないマルチパーティチャレンジを実現するには、以下の問題を解決する必要があります：
4. 結論
BitVM技術はまだ初期段階にあり、将来的には大きな最適化の余地があります。上記の最適化方向を探求し実践することで、ビットコインのさらなる拡張が実現し、ビットコインエコシステムの繁栄を促進することが期待されます。