BitVM:比特幣上的圖靈完備合約

比特幣作爲去中心化、安全且值得信賴的數字資產,長期存在擴容問題。比特幣的UTXO模型導致系統無狀態,缺乏執行復雜計算的能力,限制了去中心化應用和復雜金融工具的開發。

針對比特幣擴容,主要有狀態通道、側鏈、客戶端驗證等技術。狀態通道提供安全的支付解決方案,但驗證復雜計算能力有限。側鏈支持廣泛應用,但安全性較低。客戶端驗證可處理復雜交易,但與比特幣缺乏雙向約束,安全性不足。

2023年12月,ZeroSync項目提出BitVM方案,在不改變比特幣網路共識的情況下實現圖靈完備的比特幣合約。BitVM利用比特幣腳本和Taproot,實現樂觀Rollup。基於Lamport籤名,讓兩個UTXO建立聯繫,實現有狀態的比特幣腳本。在Taproot地址中承諾大型程序,通過鏈下交互執行復雜計算,僅在發生爭議時在鏈上執行。

BitVM極大拓展了比特幣的應用場景,但仍處於早期階段,在效率和安全性方面存在一些問題:

1. 多次交互導致手續費高昂,挑戰週期長
2. Lamport籤名數據較長
3. 哈希函數復雜度高
4. 合約龐大,佔用區塊空間大
5. 僅支持許可模式的兩方挑戰

爲進一步優化BitVM,本文提出以下改進方向:

1. 基於零知識證明降低交互次數,縮短挑戰週期
2. 採用Winternitz等更緊湊的一次性籤名方案
3. 設計比特幣友好的哈希函數,如優化BLAKE3
4. 引入Scriptless Scripts,節約腳本空間
5. 實現無需許可的多方挑戰模式

未來將繼續探索更多優化方向,推動BitVM技術發展,擴展比特幣的應用場景。