BitVM优化方案探索

BitVM作为一种在比特币上实现图灵完备合约的技术方案,具有重要意义。但目前仍处于早期阶段,在效率和安全性方面存在一些问题。本文提出几点优化思路,以进一步提高BitVM的实用性。

1. 基于ZK降低OP交互次数

当前BitVM采用二分法进行挑战响应,在最坏情况下需要约40轮交互,周期长达半年。可以考虑引入零知识证明技术,让挑战的对象从原始算法F变为验证算法Verify,从而大幅降低挑战轮数,缩短周期。

此外,可以探索构建ZK Fraud Proof,实现On-Demand ZK Proof。这种模式下只有在发生挑战时才需要生成ZK证明,避免了为每个状态变化都生成证明的开销,同时保留了乐观rollup的优势。

2. 比特币友好的一次性签名

Lamport签名是BitVM的基础组件,但其签名和公钥较长。可以考虑使用Winternitz一次性签名方案,在d=15时可将签名和公钥长度缩短约4倍,从而将交易费降低至少50%。未来还可探索更紧凑的一次性签名方案。

3. 比特币友好的哈希函数

由于比特币脚本的限制,需要设计一种比特币友好的哈希函数。BLAKE3是一个不错的选择,其压缩函数轮数较少,且在处理64字节输入时只需一次压缩函数。目前已有约100KB的比特币脚本实现BLAKE3,可用于构建toy版BitVM。未来可进一步优化该实现,或探索其他更适合比特币的哈希函数。

4. Scriptless Scripts BitVM

Scriptless Scripts技术可以将智能合约逻辑转移到链下执行,具有功能灵活、隐私性好、效率高等优势。可以尝试将此技术引入BitVM,使用Schnorr多重签名和适配器签名来实现逻辑门承诺,从而节省脚本空间,提高效率。

5. 无需许可的多方挑战

当前BitVM采用许可制两方挑战模式,存在某些安全隐患。可以研究无需许可的多方挑战协议,将信任模型从1-of-n扩展至1-of-N(N>>n)。这需要解决女巫攻击和延迟攻击等问题,可参考相关研究成果如Permissionless Refereed Tournaments和BoLD算法。

通过以上优化,有望进一步提升BitVM的性能和安全性,为比特币生态的繁荣发展做出贡献。