BitVM与Bitlayer：开创比特币可编程未来

作者：Bitlayer Research Team

原文标题：BitVM and Bitlayer: Pioneering Bitcoin’s Programmable Future

原文链接：https://blog.bitlayer.org/BitVM_and_Bitlayer_Pioneering_Bitcoins_Programmable_Future/

比特币，作为全球最安全、最去中心化的区块链，一直以来被认为在可编程性方面较为有限，相较于以太坊等平台。然而，BitVM正在改变这一局面，它为比特币引入了一个先进的计算和可编程框架。BitVM的核心在于，它解锁了信任最小化的比特币桥接和其他应用的潜力，同时保持比特币去中心化和安全性的原则。

本文将探讨BitVM的发展历程、当前状态、背后的关键工程努力，以及Bitlayer作为BitVM生态系统重要贡献者所作出的突出贡献。

BitVM的发展历程

BitVM代表了比特币在作为数字货币之外，能力拓展的一个变革性步骤。BitVM的旅程标志着以下几个关键节点：

1. 初步提案：Robin Linus首次提出BitVM作为比特币的通用计算解决方案。

2. 交互式二分法：Robin通过引入交互式二分法（利用RISC-V指令）来改进概念，使计算更加高效。

3. BitVM2：最新版本BitVM2取消了二分法，并引入了无需许可的挑战机制，使其成为一个强大的比特币桥接框架。

目前，BitVM社区几乎完全聚焦于BitVM2，本文讨论的版本即为BitVM2。

关于BitVM联盟

BitVM联盟由Robin Linus和Lukas George创立，旨在加速BitVM的开发与推广。该联盟汇聚了多个领先项目和团队，共同推动比特币可编程性的边界。更多信息，请访问BitVM项目页面。

BitVM项目现状

BitVM工作原理：简化版

BitVM实现了一个将比特币连接到可编程环境的桥接机制，促进了诸如资产转移等工作流。整个过程可以分为三个关键步骤：

1. Peg-in：用户将BTC锁定在BitVM智能合约中，并在目标系统或者其他系统上铸造包装BTC（YBTC）。

2. Peg-out：用户请求提现，Broker提供流动性，将BTC转账给用户。

3. Claim：Broker从BitVM智能合约中取回资金，前提是没有人对该请求提出挑战。

来源: BitVM2 白皮书 (https://bitvm.org/bitvm_bridge.pdf)

BitVM智能合约的作用

BitVM智能合约本质上是一个预签名的比特币交易图，定义了所有参与者必须遵循的规则和工作流。其主要特点包括：

• 预签名交易：这些交易由所有参与者提前签署，用以执行协议规则。

• 多重签名控制：资金被锁定在由所有工作流参与者共同控制的多重签名钱包中。

一旦交易图发布，用户就可以将BTC锁定到BitVM合约中并在目标系统或者其他系统上铸造包装BTC，启动整个工作流。

确保完整性：争议解决

为了确保请求的有效性，BitVM采用了争议解决协议：

1. 预承诺：Broker预先承诺一个Groth16验证器结果，该结果通过离线程序计算得出，以确保请求有效（例如，包装BTC已经销毁，Peg-out转账已完成）。

2. 挑战：如果有人提出挑战，Broker必须揭示验证器计算的所有中间值。

3. 验证：挑战者离线运行验证器，查找任何无效的片段。如果发现欺诈行为，挑战者将提交一个交易，以回放无效的区块到比特币上，从而使该请求无效。

关键工程工作

1. Groth16验证器开发

Groth16验证器是BitVM的基石，能够直接在比特币上进行高效的零知识证明验证。关键成就包括：

• 构建验证器：

• 完全使用比特币脚本实现了一个单体Groth16验证器，其功能与通用编程语言相当。

• 开发了基础原语，包括BIGINT算术、BLAKE3哈希、BN254椭圆曲线配对和Winternitz签名（用于位承诺）。

• 优化：

• 采用先进的加密技术，将验证器的大小从7.4GB减少到1GB。

• 分块验证器：

• 将单体验证器拆分为较小的区块，每个区块的大小足够小，可以放入单个比特币交易中（小于4MB）。这些区块作为欺诈证明，确保争议可以在链上解决。

1. 协议实现

在Groth16验证器到位后，下一步是开发一个完整的交易图，将所有组件连接起来。这包括：

• 监控链上事件并存储必要的数据。

• 构建和验证像ASSERT和DISPROVE这样的交易。

• 管理Connector输出，可靠的将交易上链。

当前状态

Groth16验证器：

• 单体验证器已缩小至1GB。

• 分片验证器由不到1000个区块组成，足以部署。

协议实现：

• 交易图几乎完成。

下一步：

1. BitVM联盟正在进行全面的代码审计。

2. 正在计划展示第一个端到端BitVM桥接。

Bitlayer的贡献

Bitlayer是BitVM项目的主要贡献者，特别在以下两个领域：

1. Groth16验证器的贡献：

• 优化：

• 开发了一种批量的多标量乘法（MSM）技术，将脚本大小从7.4GB减少到5.6GB。

• 实现了一种新的MSM算法，使用仿射坐标，将验证器大小进一步减少到1GB。

• 验证器分块器：

• 提出了第一个可行的分块器实现，将单体验证器拆分为逻辑部分（例如MSM、G2组检查、Miller loop accumulation）。

• 精细调整了分块过程，以平衡输入/输出粒度，实现最佳分块大小。

1. 桥接协议的贡献：

• 开发了ASSERT交易和DISPROVE交易等关键组件。

• 计划为BitVM项目贡献更多协议实现。

Bitlayer：官方BitVM项目之外

Bitlayer意识到BitVM的变革潜力，正在探索其在比特币桥接之外的应用：

1. BitVM抽象：开发可重用的组件，如BitVM风格智能合约、欺诈证明和零知识证明。

2. Finality Bridge：推出自己的BitVM桥接实现，Finality Bridge测试网现已上线。

3. Bitcoin Rollup：基于BitVM抽象的Rollup协议，包含递归BitVM智能合约和zkVM。

Bitlayer的贡献回顾

1. 实现了开创性的Groth16验证器优化，显著减少了脚本大小。

2. 开发了首个可行的验证器分块器实现。

3. 为BitVM桥接协议贡献了核心组件，包括ASSERT和DISPROVE交易。

4. 探索创新的应用案例，如比特币原生Rollup和zkVM。