IOSG: O BitVM trará o início da programabilidade do Bitcoin?

Question

Agradecimentos: Obrigado a Momir e Xinshu pelas valiosas revisões do artigo.

TL;DR:

Mudanças no Bitcoin Core muitas vezes encontram resistência devido a: a) preferência pelo Bitcoin como reserva de valor em vez de moeda. b) Valorizar a estabilidade e a previsibilidade em detrimento da inovação rápida. c) É difícil construir consenso dentro de uma comunidade diversificada.
Muitos projetos afirmam ter maneiras de resolver os problemas de escalabilidade do Bitcoin sem exigir alterações na própria cadeia do Bitcoin. Recentemente, testemunhamos uma hiperinflação nos “L2s” do Bitcoin.
Embora muitas afirmações sejam simplesmente marketing enganoso, também reconhecemos um novo paradigma de computação que poderia trazer programabilidade ao Bitcoin – BitVM.
A melhor solução de escalonamento que o BitVM pode suportar está próxima das suposições de segurança do tipo OP-Rollup (embora com algumas considerações adicionais).
O sucesso do BitVM e de iniciativas semelhantes depende da viabilidade técnica, do apoio da comunidade e da diferenciação de outros projetos “excessivamente comercializados”.

O Bitcoin é construído como um blockchain transacional e sua linguagem de script é intencionalmente sem estado para minimizar a superfície de ataque e garantir a segurança da rede. Devido à falta de integridade de Turing, não é possível introduzir contratos inteligentes diretamente no blockchain, exceto por meio de bifurcação e atualização do Bitcoin Core.

A comunidade Bitcoin tradicional tem resistido às mudanças pelos seguintes motivos:

A narrativa se concentra mais em uma reserva de valor do que em uma moeda em circulação: A comunidade Bitcoin se concentra intencionalmente em manter a rede como um sistema de pagamento ponto a ponto, priorizando a segurança e a descentralização em vez do rápido desenvolvimento. Como disse o famoso Bitcoiner Michael Saylor: “Ninguém está tentando comprar uma xícara de café com uma fração de um prédio que possui na Quinta Avenida.” Esta citação reflete o compromisso da comunidade com o Bitcoin como reserva de valor. Ferramentas em vez de moedas cotidianas .
A estabilidade do sistema supera a inovação: Para que um ativo seja considerado uma excelente reserva de valor, a previsibilidade é fundamental. Por exemplo, mesmo que a rede tenha apenas 10 atualizações principais e cada atualização tenha uma taxa de sucesso de 90%, a probabilidade de ocorrência de uma falha é de aproximadamente 65%! De acordo com a teoria do acidente normal: “Em sistemas complexos, devemos esperar que pequenos fatores que geralmente são insignificantes levem ocasionalmente a grandes eventos por acaso.” Portanto, o objetivo da comunidade Bitcoin sempre foi reduzir o caminho para possíveis erros .
Comunidade diversificada: Muitos detentores de Bitcoin entendem o Bitcoin de diferentes perspectivas e o valorizam por diferentes razões. Alcançar o consenso numa comunidade diversificada e descentralizada é inerentemente desafiador, retardando ainda mais o ritmo da inovação. Para ilustrar a diversidade da comunidade Bitcoin, observe a reação da comunidade às inscrições e ordinais. Enquanto uma parte da comunidade Bitcoin celebra o sucesso dos números ordinais como o momento CryptoKitties do Bitcoin, outra parte da comunidade acredita que é uma vulnerabilidade que deve ser corrigida.

1. Rápida expansão do plano de expansão do Bitcoin

Diante do exposto, por que de repente há uma infinidade de novas soluções “L2” para Bitcoin?

Recentemente, observamos uma proliferação de soluções “L2” para Bitcoin (de acordo com , já existem mais de 50!), no entanto, a comunidade tem explorado diferentes métodos de escalabilidade há anos:

Sidechains como Stacks fornecem capacidades de contratos inteligentes e uma ampla gama de aplicações. Embora tenham mecanismos de consenso independentes, esses mecanismos são difíceis de obter ampla aceitação.
Projetos de verificação de clientes como RGB utilizam o modelo UTXO da rede principal para conduzir transações mais complexas fora da cadeia, mas sua interação com a rede principal do Bitcoin carece de estabilidade.
Canais estaduais como a Lightning Network estão intimamente relacionados aos principais desenvolvedores de Bitcoin e são vistos como um método de escalonamento mais ortodoxo.

A solução de expansão BTC de primeira geração

Que novidades os métodos recentes de escalonamento trazem em comparação com as soluções existentes? Em nossa opinião, as inovações mais interessantes vêm dos programas de codificação em cima do Bitcoin (via BitVM) e do staking de BTC sem confiança (por exemplo, Babylon). Este artigo se concentrará principalmente no primeiro.

2. BitVM - Visão geral

Para explicar o que é BitVM, devemos primeiro apresentar o Primitivo que o permite e inspira – a atualização Bitcoin Taproot.

Taproot é uma grande atualização do protocolo Bitcoin, ativada em novembro de 2021. Com o Taproot, o hash do script precisa ser confirmado na cadeia por padrão. Quando um determinado caminho do script é executado, apenas o script desse caminho é enviado à cadeia. Isso não apenas melhora a eficiência (o tamanho da transação não aumenta com o tamanho do script), mas também aumenta a privacidade (apenas o caminho da transação é exposto, não o script inteiro).

Reconhecendo a enorme oportunidade aberta pelas atualizações do Taproot, Robin Linus foi o pioneiro do BitVM, uma inovação revolucionária no ecossistema Bitcoin.

BitVM é um paradigma de computação que aproveita atualizações Taproot para facilitar a implementação de contratos completos de Turing em Bitcoin sem alterar as regras de consenso da rede. Ele permite a verificação (em vez da execução) de cálculos, semelhante aos Optimistic Rollups.

O BitVM minimiza a presença na cadeia, enviando programas para endereços Taproot, ao mesmo tempo que permite cálculos complexos fora da cadeia que requerem apenas execução na cadeia em caso de disputa.

O processo envolve enviar o circuito binário do programa em um endereço Taproot e verificá-lo usando um mecanismo de desafio-resposta. Para resumir, o BitVM implementa um contrato Bitcoin completo de Turing, o mais importante:

*BitVM não requer fork ou quaisquer alterações no protocolo Bitcoin. *BitVM não irá congestionar o blockchain do Bitcoin porque os cálculos não são realizados no Bitcoin, mas apenas verificados usando a rede Bitcoin em caso de disputa (Disputa).

Construindo circuitos binários em Bitcoin

A construção de circuitos binários é um método de representação de cálculos ou programas usando portas lógicas binárias (como AND, OR, NOT), capazes de executar qualquer função computável.

BitVM é como traduzir a simulação complexa da corrente fluindo através das portas lógicas de um chip de computador (essas pequenas estruturas que determinam se um sinal passa, ligado ou desligado, ligado ou desligado, dependendo da presença ou ausência de corrente), para a linguagem do Bitcoin. .

Essencialmente, qualquer programa de computador, desde jogos até sistemas operacionais Linux completos, é o resultado de um arranjo complexo dessas portas lógicas, e todas as coisas digitais são basicamente baseadas em números binários – 0s e 1s. Ao combinar esses números binários com portas lógicas, como portas AND e NOT, criamos uma variedade de circuitos, incluindo unidades lógicas aritméticas (ALUs) e sistemas de memória. Esta tecnologia fundamental nos permite escrever e executar programas para realizar uma ampla gama de tarefas.

Fonte: Stepping Through Logic Gates; portas lógicas básicas (F representa 0, T representa 1)

A premissa do BitVM é usar o Bitcoin Script para se comprometer com a computação fora da cadeia (enviando um hash calculado para um endereço Taproot), desconstruindo qualquer programa em uma combinação de circuitos binários e permitindo a verificação de execução. O script Bitcoin está incluído, mas o script por si só não executa toda a lógica de cálculo.

O Bitcoin Script implementa compromissos de valor de bits, que são essenciais para poder demonstrar e punir equívocos. Implementa a imutabilidade porque permite que indivíduos apresentem valores que não podem ser modificados por outros.

Este método envolve o uso de dois hashes para representar cada bit de entrada: um hash para o número 0 e outro para o número 1. Quando alguém deseja executar um programa, revela uma pré-imagem para indicar a entrada. Se o valor será convertido para 0 ou 1 é determinado comparando o hash da pré-imagem com os dois hashes que representam 0 e 1.

Se as entradas e as saídas não corresponderem, o validador tem o direito de punir o fornecedor confiscando os fundos do fornecedor.

Mecanismo de resposta ao desafio

A verificação geralmente é feita fora da rede, com a suposição otimista de que o provador é honesto. No caso de uma disputa, o processo avança em cadeia e uma rodada de desafio-resposta é iniciada. Este mecanismo garante que os cálculos e verificações possam ser realizados de forma eficiente e económica na maioria dos casos, com a decisão final a tirar partido da imutabilidade e transparência da blockchain apenas quando surgem divergências.

A dinâmica do mecanismo de desafio-resposta no BitVM envolve um sistema onde os participantes (como Vicky e Paul) passam por um processo de verificação através da execução de programas no blockchain. Quando surge a controvérsia, Vicky desafia Paul a provar a correção da execução de seu programa.

Vicky seleciona uma porta lógica de um circuito binário e Paul abre a porta revelando as entradas e saídas. O processo se repete até que a ambigüidade seja confirmada ou Vicky esgote a possibilidade de novos desafios. A imprecisão significa que Paul afirma que uma certa entrada X é 0 quando uma porta lógica é aberta, mas é 1 quando outra porta lógica é aberta.

Paul precisa garantir a prova de suas reivindicações depositando fundos no endereço de resposta usando uma transação pré-assinada. Estas transações criam uma cadeia que permite que os fundos oscilem entre endereços de desafio e resposta com base em interações contínuas.

Os fundos do endereço de resposta podem fluir por vários caminhos, dependendo do resultado do desafio:

Se Vicky interromper o desafio, indicando aceitação da prova de Paul, Paul eventualmente recuperará os fundos após um determinado período de tempo.
Vicky pode reivindicar esses fundos se provar que Paul foi inconsistente em sua execução (ocorreu equívoco).
Se Vicky suspeitar que outra parte da execução está errada, ela poderá iniciar outro desafio para transferir fundos para o próximo endereço de resposta. Para fazer isso, ela deve revelar uma pré-imagem de uma folha específica, que Paul precisa usar para desbloquear os fundos e provar sua correção dentro de um tempo limitado.

Este sistema fornece uma estrutura sólida e transparente para resolução de disputas e execução do processo de verificação no blockchain. Ao incorporar incentivos financeiros, promove a integralidade e o rigor na execução e registo dos resultados do programa. Inicialmente, o design suporta um mecanismo bipartido de resposta a desafios. No entanto, como mostraremos mais tarde, os contribuidores do BitVM encontraram soluções que permitem que vários atores participem como desafiantes.

Bissecção: Melhorando a eficiência da resolução de disputas

Para melhorar a eficiência da verificação em cadeia, os verificadores podem tirar vantagem da bissecção, um método de pesquisa eficiente em portas lógicas pré-enviadas para encontrar portas lógicas que devem ser desafiadas. Este método é melhor que aleatório O processo de desafio foi significativamente melhorado . Ao dividir o espaço do problema em dois, o particionamento permite que os validadores reduzam rapidamente o escopo de possíveis erros, reduzindo assim as etapas e o tempo necessários para resolver disputas. Este método fornece um caminho mais eficiente e direto ao lidar com processos de verificação complexos, especialmente quando a localização dos erros precisa ser determinada com precisão.

Abaixo, usamos um exemplo simplificado para ilustrar como funciona o método de segmentação:

Paul e Vicky estão resolvendo problemas de matemática. A questão é calcular ((1+2)+(3+4))+((5+6)+(7+8)).

A maneira correta de completar este cálculo é ((1+2)+(3+4))+((5+6)+(7+8)) = (3+7)+(11+15) = 10+ 26 =36.

A resposta que Paulo deu é 35, porque seu método de cálculo é ((1+2)+(3+4))+((5+6)+(7+8)) = (2+7)+( 11+15 ) = 9+26 = 35.

Quando Vicky desafia Paul, ela só precisa desafiar o cálculo que envolve a primeira parte do cálculo (ou seja, abrir a porta lógica) porque eles concordam que a segunda parte do cálculo é precisa ((5+6)+(7+8) ) = 26 .

3. Use BitVM para construir uma ponte de confiança mínima (Trust-Minimized Bridge)

A primeira implementação prática do BitVM provavelmente será um programa que representa uma ponte Bitcoin de confiança mínima. Ao analisar os detalhes de implementação da ponte, podemos compreender melhor a complexidade adicional da implementação de um programa BitVM. Abaixo, resumimos a proposta do cofundador do BoB, Alexei Zamyatin.

Primeiro, é necessário criar um método que permita que os nós completos do Bitcoin operem um programa de ponte de cadeia lateral usando apenas scripts de Bitcoin, incluindo um cliente leve de cadeia lateral.

Em seguida, uma rede federada/multi-sig precisa ser estabelecida para facilitar a transferência de BTC e executar o jogo de desafio-resposta. As alianças devem se comprometer a executar o programa bridge como parte da configuração do BitVM.

A complexidade da configuração inicial da aliança aumenta quadraticamente à medida que o número de membros aumenta. Como cada membro da aliança deve interagir com todos os outros membros, há um certo limite superior para o tamanho da aliança. Os pesquisadores especulam que N = 100 é viável.

Ao contrário do OP Rollup, que não tem limite para o tamanho de N, este esquema oferece garantias de segurança mais fracas. No entanto, esta solução de trabalho proposta provavelmente incluirá a rotação dos membros da aliança, de modo que N será muito maior que 100 num horizonte de tempo mais longo. Contanto que um dos 100 membros seja honesto a qualquer momento, o depósito permanecerá seguro. Supondo que existam atores maliciosos, eles podem ser desafiados a qualquer momento na cadeia e, se for comprovada a trapaça, podem ser banidos da aliança.

A qualquer momento, a aliança conta com um operador (Operators) que é responsável por gerenciar depósitos e saques e verificar o estado da sidechain. Tanto os operadores como as torres de vigilância são obrigados a apresentar garantias para incentivar o comportamento correto e dissuadir falsos desafios.

Outra razão pela qual este esquema não atende à definição mais estrita de convolução é que os usuários não podem sair unilateralmente da cadeia lateral, mas devem solicitar retiradas da aliança que opera na suposição de segurança 1/N.

4. BitVM v2: O BitVM pode suportar verificação sem permissão (verificação sem permissão)?

Em 25 de março, Robin Linus apresentou o BitVM v2. A principal mudança na proposta do BitVM v2 é que o provador precisa enviar o estado de saída e todos os resultados intermediários de uma só vez, em vez de abrir portas lógicas uma por uma durante o processo de verificação de desafio como v1. Com esta mudança, a BitVM garante que qualquer desafio a estes compromissos deve ser apoiado por evidências criptográficas. Este mecanismo filtra desafios de spam injustificados porque o desafiante deve fornecer uma prova criptográfica específica para contestar o provador.

Ao permitir a participação irrestrita no processo de verificação e desafio, o BitVM 2 estende suas garantias de segurança além das limitações da federação de múltiplas assinaturas e aproxima o BitVM das suposições de segurança da convolução otimista.

No entanto, a ponte ainda precisa ser facilitada por assinaturas múltiplas do consórcio, o que significa que os membros do consórcio podem causar problemas de atividade e, na pior das hipóteses, tentar exigir resgate dos usuários para descongelar seus fundos. Esta é uma suposição de segurança adicional que não existe para convoluções otimistas, uma vez que em convoluções otimistas o usuário pode sair para L1 sem qualquer aprovação intermediária.

Suposições de segurança adicionais na cadeia base

5. Limitações do BitVM

Como discutimos acima, o melhor que o BitVM pode oferecer é abordar a suposição de segurança da convolução otimista. Além da complexidade do gerenciamento do consórcio responsável pelo seguro de depósitos e seus problemas de vitalidade, algumas complexidades adicionais exclusivas do BitVM incluem:

Embora o BitVM seja teoricamente capaz de executar programas complexos fora da cadeia, na prática, à medida que a complexidade desses programas fora da cadeia aumenta, as taxas associadas à execução de provas de fraude no Bitcoin aumentam rapidamente. Programas excessivamente grandes podem exigir a execução de vários blocos, complicando ainda mais o processo.
Pools de mineração com maioria de hashrate podem roubar BitVM (semelhante ao problema da Lightning Network) porque podem conspirar para censurar as provas dos desafiantes, ou atores mal-intencionados podem suborná-los para ignorar os desafiantes.
Devido à natureza interativa das provas BitVM, provadores maliciosos podem manipular o sistema e roubar validadores. O ataque pode ser construído com base nas seguintes suposições:
O provador inicia a sequência de verificação iniciando uma transação
Um verificador que duvida da validade do comportamento do provador inicia um desafio que inclui uma taxa de resposta paga ao provador
O provador opta por cobrar taxas ignorando o desafio e não cumprindo sua parte no processo de verificação
Finalmente, BitVM é atualmente uma estrutura conceitual e um conceito de computador virtual que quase não pode realizar operações. A “convolução” do BitVM ainda está longe do nível do aplicativo. Estimativas otimistas são de que poderemos ver alguns programas BitVM colocados em uso já em 2025. Os riscos técnicos da implementação do BitVM também não podem ser subestimados.

6. Conclusão

Considerando a avaliação das soluções de escalonamento Ethereum, que atualmente representam aproximadamente 15-20% da capitalização de mercado do Ethereum – a potencial capitalização de mercado das soluções de segunda camada do Bitcoin pode ser enorme.

Embora o BitVM ainda esteja em sua infância – essencialmente um conceito inacabado de computador virtual – ele já despertou muito interesse e anúncios de vários projetos ansiosos para aproveitar seu potencial. Muitos projetos não afiliados à equipe BitVM estão se esforçando para fazer grandes anúncios na esperança de conquistar um nicho no que consideram uma nova fronteira promissora para o Bitcoin. No entanto, um exame mais minucioso revela uma realidade mais preocupante: **A conta GitHub do BitVM tem apenas um punhado de colaboradores, e apenas um punhado de projetos Bitcoin ‘L2’ estão realmente participando do grupo BitVM Builders Telegram. **

Um princípio fundamental que qualquer solução de escalabilidade para Bitcoin deve aderir é que a arquitetura central do Bitcoin deve permanecer inalterada (de acordo com o Princípio da Previsibilidade). O BitVM segue esse princípio e se torna a primeira solução pioneira a fornecer uma camada programável sobre o Bitcoin sem alterar seu núcleo.

Este artigo foi escrito nos estágios iniciais de desenvolvimento do BitVM e, devido ao seu rápido desenvolvimento, as informações aqui podem rapidamente ficar desatualizadas. Por exemplo, até recentemente, a ideia de implementar convoluções ZK no Bitcoin parecia um castelo no ar porque os recursos subjacentes necessários – como a capacidade do Bitcoin de verificar provas ZK – não existiam. No entanto, recentemente pesquisadores do BitVM compartilharam avanços em scripts Bitcoin que poderiam levar à implementação de um validador STARK no Bitcoin.

A implementação de uma solução de escalonamento de Bitcoin vai além dos desafios puramente técnicos; abrange fatores como suporte da comunidade, experiência do usuário e tempo. Embora o momento actual ofereça uma janela de oportunidade única para estas inovações, a rápida inflação no número de projectos e os riscos significativos colocados por alegações e marketing enganosos poderão minar as perspectivas de projectos mais legítimos.

Enquanto o ecossistema se encontra nesta encruzilhada, a questão sobre se as soluções de escalonamento do Bitcoin podem replicar o sucesso do Ethereum não é apenas técnica, mas profundamente enraizada na dinâmica mais ampla da comunidade blockchain. Afinal, a comunidade central do Ethereum escolheu o L2 como uma parte fundamental do roteiro de expansão do Ethereum, embora o mesmo ainda não possa ser dito da comunidade Bitcoin.

Referência

“Bitcoin audível.” Acessado em 26 de fevereiro de 2024.
“BitVM.” Acessado em 26 de fevereiro de 2024.
“BitVM: Uma Ferramenta Para Contratos Ainda Mais Inteligentes - Super Testnet - Satsconf 2023 - YouTube.” Accessed February 26, 2024._txmJYxA. *Linus, Robin. “BitVM: calcule qualquer coisa em Bitcoin”, nd
“O que é BitVM? Com Robin Linus e Super Testnet (SLP520) - YouTube.” Acessado em 26 de fevereiro de 2024.
Mergulhe profundamente no paradigma BitVM -Computing para expressar contratos Bitcoin completos de Turing.
Instituição CoinEx: BitVM, o potencial dos contratos inteligentes na rede principal Bitcoin _1.html

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