BitVM İlkeleri ve Optimizasyon Araştırması

1. Giriş

Bitcoin, merkeziyetsiz bir dijital varlık olarak güvenilir ve güvenli özelliklere sahiptir. Ancak, ölçeklenebilirlik açısından önemli sınırlamalarla karşı karşıyadır ve ödeme ile diğer uygulamaların ihtiyaçlarını karşılamakta zorlanmaktadır. Bitcoin, her bir işlemi bağımsız bir olay olarak gören UTXO modelini benimser ve bu, karmaşık hesaplamaları gerçekleştirme yeteneğinden yoksun olan bir durumsuz sistem oluşturur. Bu durum, Bitcoin üzerinde merkeziyetsiz uygulamalar ve karmaşık finansal araçlar inşa etme olasılığını ciddi şekilde kısıtlamaktadır.

Bitcoin ölçeklenebilirlik sorununu çözmek için endüstride durum kanalları, yan zincirler ve istemci doğrulama gibi çeşitli teknik çözümler önerilmiştir. Ancak bu çözümler, az çok işlevsel sınırlamalar ve güvenlik yetersizlikleri gibi sorunlar içermektedir. Aralık 2023'te, ZeroSync projesinin sorumlusü Robin Linus, "BitVM: Bitcoin Üzerinde Her Şeyi Hesapla" başlıklı bir beyaz kağıt yayınlayarak, Bitcoin ağının konsensüsünü değiştirmeden Turing tam sözleşmelerini gerçekleştirmek için bir çözüm önerdi. BitVM, Bitcoin script ve Taproot'u etkili bir şekilde kullanarak optimist Rollup'u gerçekleştirmiş ve Bitcoin'in uygulama potansiyelini büyük ölçüde genişletmiştir.

BitVM teknolojisi oldukça umut verici olmasına rağmen, hâlâ erken aşamalardadır ve verimlilik ile güvenlik açısından bazı sorunlar vardır; örneğin, etkileşim sayısının fazla olması, imza verilerinin uzun olması ve hash fonksiyonlarının karmaşıklığı gibi. Bu makalede, BitVM ilkesinin analizi yapılacak ve BitVM'nin verimliliğini ve güvenliğini daha da artırmayı umarak bazı optimizasyon önerileri sunulacaktır.

2. BitVM İlkesi

BitVM, Bitcoin için zincir dışı sözleşme işlevselliği sağlamayı amaçlamaktadır. Lamport'un tek seferlik imzası aracılığıyla, farklı betikler arasında aynı değişken değerlerinin paylaşılmasını sağlayan, durum bilgisi olan Bitcoin betiği gerçekleştirir. BitVM'nin hesaplama süreci zincir dışı gerçekleşirken, sonuç doğrulaması zincir üzerinde yapılır. Doğrulama süreci çok karmaşık olduğunda, daha yüksek karmaşıklıkta hesaplama doğrulamasını desteklemek için meydan okuma yanıtı modu kullanılabilir.

BitVM'nin temel bileşenleri şunlardır:

• Devre taahhüdü: Kanıtlayıcılar ve doğrulayıcılar programı ikili devreye derleyerek bu devreyi Taproot adresinde taahhüt eder.

• Zorluk ve Yanıt: Taraflar, zorluk-yanıt oyununu gerçekleştirmek için önceden bir dizi işlem imzalar.

• Belirsiz ceza: Eğer kanıtlayıcı yanlış bir beyan sunarsa, doğrulayıcı başarılı bir meydan okumayla kanıtlayıcının mevduatını alabilir.

3. BitVM Optimizasyonu

3.1 ZK Tabanlı OP Etkileşim Sayısının Azaltılması

BitVM'nin zorluk sayısını azaltmak ve verimliliği artırmak için sıfır bilgi kanıtlarının dahil edilmesi düşünülebilir. Sıfır bilgi kanıtlarının doğrulama algoritmasının karmaşıklığı sabittir, bu nedenle ikili yöntemin orijinal algoritmayı açmasıyla karşılaştırıldığında hesaplama karmaşıklığı daha düşüktür. Zorluk nesnesini orijinal algoritmadan doğrulama algoritmasına kaydırarak, zorluk tur sayısını etkili bir şekilde azaltabilir ve zorluk döngüsünü kısaltabilirsiniz.

Ayrıca, sıfır bilgi kanıtlarını dolandırıcılık kanıtları ile birleştirerek ZK Dolandırıcılık Kanıtı inşa etmek ve Talep Üzerine ZK Kanıtı modeli gerçekleştirmek keşfedilebilir. Bu modelde, yalnızca bir meydan okuma gerçekleştiğinde ZK Kanıtı oluşturulması gerekecektir, bu da genel hesaplama maliyetini azaltabilir.

3.2 Bitcoin dostu bir kerelik imza

Lamport imzası, BitVM'nin temel bileşenidir, ancak imza ve genel anahtar uzunlukları oldukça uzundur ve büyük miktarda depolama alanı tüketmektedir. İmza ve genel anahtar uzunluğunu azaltmak için Winternitz tek seferlik imza şemasını kullanmayı düşünebilirsiniz. BitVM'de d=15,v=160,f=ripemd160(x) parametreleri ile Winternitz tek seferlik imzası uygulanarak bit taahhüt boyutu yaklaşık %50 oranında azaltılabilir ve böylece işlem maliyetleri önemli ölçüde düşürülebilir.

3.3 Bitcoin dostu hash fonksiyonu

Mevcut Bitcoin ağı OP_CAT'ı desteklemiyor, bu nedenle Merkle yolunu doğrudan doğrulamak mümkün değil. Merkle dahil kanıtı doğrulama işlevini en iyi script boyutu ve script tanık boyutuyla desteklemek için Bitcoin uyumlu bir hash fonksiyonu tasarlamak gerekiyor.

BLAKE3 hash fonksiyonu potansiyel bir seçimdir. Girdiyi 1024 baytlık parçalara böler ve her parçayı bağımsız olarak sıkıştırır. BitVM'in Merkle dahil etme kanıtı doğrulama senaryosunda, BLAKE3 hash işlemi yalnızca tek bir parçaya bir kez sıkıştırma fonksiyonu uygulamayı gerektirir, bu da verimliliği artırmaya yardımcı olur.

3.4 Scriptsiz Scriptler BitVM

Scriptless Scripts, Schnorr imzası kullanarak akıllı sözleşmeleri zincir dışı yürütme imkanı sunar ve bu, işlev, gizlilik ve verimlilik açısından avantajlar sağlar. Scriptless Scripts'in BitVM'ye dahil edilmesi, mantık kapısı taahhütlerini gerçekleştirmek için Schnorr çoklu imzası ve adaptör imzası kullanarak script alanını tasarruf ettirir ve verimliliği artırır.

3.5 İzin Gerektirmeyen Çoklu Mücadele

Mevcut BitVM, lisanslı iki taraflı meydan okuma modeli kullanıyor ve potansiyel güvenlik riskleri içeriyor. Lisans gerektirmeyen çok taraflı OP meydan okuma protokolleri araştırılabilir, güven modeli 1-of-n'den 1-of-N(N>n)'e genişletilebilir. Bu, cadı saldırıları ve gecikme saldırıları gibi sorunların çözülmesini gerektiriyor; Permissionless Refereed Tournaments ve BoLD algoritması gibi mevcut araştırma sonuçlarına başvurulabilir.

4. Sonuç

BitVM teknolojisi, Bitcoin'in ölçeklenmesi için yeni olanaklar sunmaktadır. Sıfır bilgi kanıtlarının tanıtılması, tek seferlik imzaların optimize edilmesi, Bitcoin dostu hash fonksiyonlarının tasarımı, Scriptless Scripts'in birleştirilmesi ve izin gerektirmeyen çok taraflı meydan okumaların gerçekleştirilmesi gibi yöntemlerle, BitVM'nin verimliliğini ve güvenliğini daha da artırma umudu taşımaktadır. Bu optimizasyon yönlerinin keşfi ve pratiği, Bitcoin ekosisteminin refah ve gelişimi için önemli destek sağlayacaktır.