IOSG ｜ BitVM: 비트코인 프로그래밍 가능성의 여명기

감사: 이 글을 수정해준 Momir, Xinshu에게 감사드립니다

TL;DR:

• 비트코인의 핵심에 대한 변화는 종종 저항을 받습니다. a) 사람들은 화폐보다 가치 저장 수단으로서 비트코인을 선호합니다. b) 빠른 혁신보다 안정성과 예측 가능성에 중점을 둡니다. c) 다양한 커뮤니티 내에서 합의에 도달하기 어렵습니다. d) 비트코인은 화폐가 아닙니다.

• 많은 프로젝트가 비트코인 체인 자체를 변경하지 않고 비트코인의 확장성 문제를 해결할 방법이 있다고 주장해 왔습니다. 우리는 최근 비트코인 'L2'의 초인플레이션을 목격했습니다.

• 많은 주장이 단순히 오해의 소지가 있는 마케팅이지만, 저희는 또한 비트코인의 프로그래밍 가능성을 가져올 수 있는 새로운 컴퓨팅 패러다임인 BitVM을 인정했습니다.

• 비트VM이 지원할 수 있는 최고의 확장성 이 솔루션은 몇 가지 추가 주의 사항이 있긴 하지만 OP-Rollup 유형의 안전 가정에 가깝습니다.

• BitVM과 유사한 이니셔티브의 성공은 기술적 실현 가능성, 커뮤니티 지원, 다른 "과대 마케팅" 프로젝트와의 차별화에 달려 있습니다.

비트코인은 공격 표면을 최소화하고 네트워크를 보호하기 위해 스크립팅 언어를 의도적으로 무국적성으로 제한하여 트랜잭션 블록체인으로 구축되었습니다. 튜링 완전성이 부족하기 때문에 비트코인 코어를 포크하고 업그레이드하는 방법 외에는 블록체인에 직접 스마트 계약을 도입할 수 없습니다.

전통적인 비트코인 커뮤니티는 다음과 같은 이유로 변화에 저항합니다:

• 유통 화폐보다 가치 저장 수단에 더 집중: 비트코인 커뮤니티는 빠른 성장보다 보안과 탈중앙화를 우선시하며 P2P 결제 시스템으로서 네트워크를 유지하는 데 집중하고 있습니다. 저명한 비트코인 보유자인 마이클 세일러는 "5번가에 있는 건물에 있는 돈의 일부로 커피 한 잔을 사려고 하는 사람은 아무도 없다"고 말했습니다. 이 인용문은 비트코인을 일상적인 화폐가 아닌 가치 저장 수단으로 사용하는 것을 선호하는 커뮤니티의 성향을 반영합니다.

• 시스템의 안정성이 혁신보다 우선: 훌륭한 가치 저장 수단으로 여겨지는 자산의 경우, 예측 가능성이 중요합니다. 자산의 경우 예측 가능성이 매우 중요합니다. 예를 들어, 네트워크에 10번의 주요 업그레이드가 있고 각 업그레이드의 성공률이 90%라고 해도 장애가 발생할 확률은 약 65%입니다! 정상 사고 이론에 따르면 "복잡한 시스템에서는 일반적으로 무시할 수 있는 작은 요인이 우연히 큰 사건으로 이어질 수 있다"는 점을 예상해야 하므로 비트코인 커뮤니티의 목표는 항상 잠재적인 오류가 발생할 수 있는 방법을 줄이는 것입니다.

• 다양한 커뮤니티: 많은 비트코인 보유자는 서로 다른 관점에서 비트코인을 이해하고 다양한 이유로 비트코인을 소중히 여깁니다. 다양하고 탈중앙화된 커뮤니티에서 합의에 도달하는 것은 본질적으로 어려운 일이며, 이는 혁신의 속도를 더욱 늦추게 합니다. 비트코인 커뮤니티의 다양성을 설명하기 위해 비문과 정령에 대한 커뮤니티의 반응을 관찰할 수 있습니다. 비트코인 커뮤니티의 일각에서는 오디날의 성공을 비트코인의 크립토키티 순간으로 축하하는 반면, 다른 일각에서는 이를 보완해야 할 허점으로 보고 있습니다.

1. 비트코인 확장 솔루션의 급속한 확장

위와 같은 점을 고려할 때 왜 갑자기 새로운 비트코인 "L2" 솔루션이 많이 생겨나는 것일까요? 왜 갑자기 새로운 비트코인 "L2" 솔루션이 많아졌을까요?

최근 비트코인 "L2" 솔루션이 급증하는 것을 목격했습니다(https://l2.watch/에 따르면 50개 이상!). 그러나 커뮤니티는 수년 동안 확장성에 대한 다양한 접근법을 모색해 왔습니다.

1. 스택과 같은 사이드체인은 스마트 컨트랙트 기능과 다양한 애플리케이션을 제공합니다. 독립적인 합의 메커니즘을 가지고 있지만, 널리 수용되는 데 어려움을 겪고 있습니다.

2. RGB와 같은 클라이언트 측 검증 프로젝트는 오프체인에서 더 복잡한 거래를 위해 메인넷의 UTXO 모델을 활용하지만 비트코인 메인넷과의 상호작용은 안정성이 부족합니다.

3. 라이트닝 네트워크와 같은 스테이트 채널은 핵심 비트코인 개발자와 밀접하게 연관되어 있으며, 확장을 위한 보다 정통적인 접근 방식으로 여겨지고 있습니다.

1세대 BTC 확장 솔루션

최근 확장 접근 방식이 기존 솔루션에 비해 가져온 새로운 점은 무엇인가요? 저희 생각에 가장 흥미로운 혁신은 비트코인에 프로그램을 인코딩하는 것(BitVM을 통한)과 신뢰 없이 BTC를 담보하는 것(예: 바빌론)입니다. 이 글에서는 주로 전자에 초점을 맞출 것입니다.

2. BitVM - 개요

BitVM이 무엇인지 설명하기 위해 먼저 이를 뒷받침하고 영감을 준 프리미티브, 즉 비트코인 탭루트 업그레이드를 소개해야 합니다.

탭루트는 2021년 11월에 활성화된 비트코인 프로토콜의 주요 업그레이드입니다. 탭루트를 사용하면 기본적으로 스크립트의 해시를 체인에 제출해야 합니다. 스크립트의 경로를 실행할 때 해당 경로에 있는 스크립트만 체인에 커밋하면 됩니다. 이렇게 하면 효율성이 향상될 뿐만 아니라(트랜잭션의 크기가 스크립트의 크기에 따라 증가하지 않음) 프라이버시도 향상됩니다(전체 스크립트가 아닌 트랜잭션의 경로만 노출됨).

로빈 라이너스는 탭루트 업그레이드의 엄청난 기회를 인식하고 비트코인 생태계의 획기적인 혁신인 BitVM을 주도했습니다.

BitVM은 탭루트 업그레이드를 사용해 네트워크의 합의 규칙을 변경하지 않고도 비트코인에서 튜링 완전성 계약을 쉽게 구현할 수 있는 계산 패러다임입니다. 이는 낙관적 롤업과 유사하게 계산을 (실행이 아닌) 검증할 수 있게 해줍니다.

BitVM은 복잡한 오프체인 계산(분쟁 발생 시에만 온체인 실행이 필요한)을 가능하게 하면서 프로그램을 탭루트 주소에 제출하여 온체인 풋프린트를 최소화합니다.

이 프로세스에는 프로그램의 바이너리 회로를 탭루트 주소에 제출하고 챌린지-응답 메커니즘을 사용하여 검증하는 것이 포함됩니다. 요약하자면, BitVM은 튜링 완전형 비트코인 컨트랙트를 구현하며, 가장 중요한 점은 다음과 같습니다.

• BitVM은 포크나 비트코인 프로토콜 변경이 필요하지 않습니다.

• BitVM은 비트코인에서 계산이 수행되지 않고 분쟁 발생 시에만 비트코인 네트워크를 사용하여 검증하기 때문에 비트코인 블록체인을 혼잡하게 하지 않습니다.

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비트코인에서 이진 회로 구성

이진 회로 구성은 연산 또는 절차를 이진 논리 게이트(예: AND, OR, NOT)로 표현하는 방법으로, 어떤 연산 가능한 기능을 수행할 수 있는 이진 논리 게이트는 계산 가능한 함수입니다.

비트VM은 컴퓨터 칩의 논리 게이트(전류의 유무에 따라 신호의 통과 여부, 즉 온/오프, 열림/닫힘을 결정하는 작은 구조)를 비트코인 언어로 번역한 복잡한 아날로그와 같습니다.

본질적으로 게임에서 본격적인 Linux 운영 체제에 이르기까지 모든 컴퓨터 프로그램은 이러한 논리 게이트의 복잡한 배열의 결과이며, 모든 디지털은 본질적으로 0과 1이라는 이진수를 기반으로 합니다. AND 및 NOT 게이트와 같은 논리 게이트와 결합하여 산술 논리 장치(ALU) 및 메모리 시스템을 포함한 다양한 회로를 만듭니다. 이 기본 기술을 통해 다양한 작업을 수행하는 프로그램을 작성하고 실행할 수 있습니다.

 출처: 논리 게이트 통과하기, 기본 논리 게이트(0의 경우 F, 1의 경우 T)

비트브이엠의 전제는 비트코인 스크립트를 사용하여 모든 프로그램을 이진 회로의 조합으로 분해하고 실행 검증을 가능하게 함으로써 오프체인 연산(연산 해시를 탭루트 주소에 제출)을 약속하는 것인데, 여기에는 비트코인 스크립트가 포함되지만 스크립트가 전체 연산 로직 자체를 수행하지는 않습니다. strong>.

비트코인 스크립팅은 비트값 커밋을 가능하게 하며, 이는 이퀴비션을 입증하고 처벌하는 데 매우 중요합니다. 스크립팅은 개인이 다른 사람이 수정할 수 없는 값을 제출할 수 있게 해주기 때문에 불변성을 가능하게 합니다.

이 방식은 두 개의 해시를 사용하여 각 입력 비트를 나타내는데, 하나는 숫자 0에 대한 해시이고 다른 하나는 숫자 1에 대한 해시입니다. 누군가 프로그램을 실행하고자 할 때, 입력을 나타내는 사전 이미지를 공개합니다. 값이 0으로 변환될지 1로 변환될지는 사전 이미지의 해시와 0과 1을 나타내는 두 개의 해시를 비교하여 결정됩니다.

입력과 출력이 일치하지 않으면 검증자는 제공자의 자금을 몰수하여 제공자에게 불이익을 줄 수 있는 권한이 있습니다.

도전-응답 메커니즘

검증은 일반적으로 증명자가 정직하다는 낙관적인 가정 하에 체인 아래에서 수행됩니다. 분쟁이 발생하면 프로세스가 체인 위로 이동하여 도전-응답 라운드가 시작됩니다. 이 메커니즘은 대부분의 경우 계산과 검증을 효율적이고 저렴하게 수행할 수 있도록 보장하며, 의견이 일치하지 않는 경우에만 최종 판결을 위해 블록체인의 불변성과 투명성을 활용할 필요가 있습니다.

비트브이엠의 이의 제기-대응 메커니즘은 비키와 폴과 같은 참여자가 블록체인에서 프로그램을 실행하여 검증 과정을 수행하는 시스템으로 구성되어 있습니다. 분쟁이 발생하면 비키는 폴에게 프로그램 실행의 정확성을 증명하도록 도전합니다.

비키는 이진 회로에서 논리 게이트를 선택하고, 폴은 입력과 출력을 공개하여 이를 열게 됩니다. 이 과정은 모호성이 확인되거나 비키가 추가 도전의 가능성을 모두 소진할 때까지 반복됩니다. 모호성이란 특정 입력 X가 하나의 논리 게이트가 열리면 0이지만 다른 논리 게이트가 열리면 1이라고 주장하는 것을 의미합니다.

폴은 미리 서명된 트랜잭션을 사용하여 응답 주소에 자금을 입금함으로써 자신의 주장에 대한 증거를 확보해야 합니다. 이러한 트랜잭션은 지속적인 상호작용에 따라 챌린지 주소와 응답 주소 간에 자금이 이동할 수 있는 체인을 생성합니다.

답신 주소의 자금은 챌린지 결과에 따라 여러 경로를 따라 이동할 수 있습니다:

• 비키가 도전을 중단하여 폴의 증명을 수락하면 일정 시간이 지난 후 폴은 결국 자금을 되찾게 됩니다.

• 비키가 폴이 일관성 없이 자금을 집행했음을 증명하면(모호성이 발생한 경우) 비키는 자금을 청구할 수 있습니다.

• 비키는 실행의 다른 부분에 오류가 있다고 의심되는 경우 다음 응답 주소로 자금을 옮기기 위해 또 다른 이의를 제기할 수 있습니다. 이를 위해 비키는 특정 탭리프의 원본 이미지를 공개해야 하며, 폴은 이를 사용하여 제한된 시간 내에 자금을 잠금 해제하고 자신이 옳았음을 증명해야 합니다.

이 시스템은 블록체인에서 분쟁을 해결하고 프로세스 실행을 검증하기 위한 강력하고 투명한 구조를 제공합니다. 재정적 인센티브를 통합함으로써 절차 실행의 무결성과 정확성, 절차 결과의 문서화를 촉진합니다. 처음에는 이 설계는 쌍방 이의 제기-응답 메커니즘을 지원합니다. 하지만 나중에 설명하겠지만, BitVM 기여자들은 수많은 참여자가 챌린저로 참여할 수 있는 솔루션을 찾아냈습니다.

이분법: 분쟁 해결의 효율성 향상

온체인 검증의 효율성을 개선하기 위해 검증자는 이분법(bisection)을 사용할 수 있습니다( 이분법)은 사전에 제출된 논리 게이트를 검색하여 검증해야 할 논리 게이트를 찾는 효율적인 방법으로, 무작위 챌린지 프로세스에 비해 크게 개선되었습니다. 이분법은 문제 공간을 두 개로 분할함으로써 검증자가 잠재적 오류의 범위를 빠르게 좁혀 분쟁 해결에 필요한 단계와 시간을 단축할 수 있도록 합니다. 이 접근 방식은 복잡한 검증 프로세스를 처리할 때, 특히 오류의 위치를 정확히 파악해야 할 때 보다 효율적이고 직접적인 경로를 제공합니다.

아래는 간단한 예시를 통해 분할 방법이 어떻게 작동하는지 설명합니다.

폴과 비키는 ((1+2)+(3+4))+((5+6 )+(7+8)).

이 계산을 올바르게 완료하면 ((1+2)+(3+4))+((5+6)+(7+8)) = (3+7)+(11+15) = 10+26 = 36입니다.

그리고 Paul 은 ((1+2)+(3+4))+((5+6)+(7+8)) = (2+7)+(11+15) = 9+26 = 35라고 계산하여 35의 답을 주었습니다.

비키는 폴에게 도전할 때, 계산의 첫 부분만 도전받았습니다. 계산(즉, 논리 게이트 열기)의 두 번째 부분((5+6)+(7+8)) = 26이 정확하다는 데 동의했기 때문입니다.

3. BitVM으로 구축하기 신뢰 최소화 브리지

BitVM의 첫 번째 실제 구현은 신뢰 최소화 비트코인 브리지를 대표하는 프로그램이 될 가능성이 높습니다. 브릿지의 구현 세부 사항을 분석함으로써 BitVM 프로그램 구현의 추가적인 복잡성을 더 잘 이해할 수 있습니다. 아래는 BoB 공동 창립자 알렉세이 자미야틴의 제안을 요약한 것입니다.

첫째, 비트코인 전체 노드가 사이드체인 라이트 클라이언트를 포함해 비트코인 스크립트만을 사용해 사이드체인 브리지 프로그램을 운영할 수 있는 방법을 만들어야 합니다.

그런 다음, BTC 전송을 용이하게 하고 챌린지 응답 게임을 실행하기 위해 연합/다중 서명(페더레이션/멀티 시그) 네트워크도 만들어야 합니다. 페더레이션은 BitVM 설정의 일부로 브리지 프로세스를 실행하기로 약속해야 합니다.

연합의 각 구성원이 다른 모든 구성원과 상호작용해야 하기 때문에 연합의 초기 설정의 복잡성은 구성원 수에 따라 4제곱적으로 증가하므로 연합의 규모에 상한선이 있으며, 연구자들은 N=100이 가능하다고 추측합니다.

N에 제한이 없는 OP 롤업과는 달리, 이 방식은 N 크기에 제한이 없는 OP 롤업과 달리 이 방식은 약한 보안을 보장합니다. 그러나 이 제안된 작업 솔루션에는 연합 구성원의 순환이 포함될 가능성이 높기 때문에 장기간에 걸쳐 N은 100보다 훨씬 커질 것입니다.언제든 100명의 구성원 중 한 명만 정직하다면 예치금은 안전하게 유지될 것입니다. 악의적인 행위자가 있다고 가정하면 체인에서 언제든지 이의를 제기할 수 있으며, 부정 행위가 입증되면 얼라이언스에서 금지될 수 있습니다.

얼라이언스에는 항상 입출금을 관리하고 사이드체인의 상태를 확인하는 운영자가 있습니다. 운영자와 워치타워는 모두 올바른 행동을 장려하고 허위 도전을 막기 위해 담보를 제출해야 합니다.

이 시나리오가 컨볼루션의 가장 엄격한 정의를 충족하지 못하는 또 다른 이유는 사용자가 일방적으로 사이드체인에서 탈퇴할 수 없고, 1/N 보안을 전제로 운영되는 연합에 탈퇴를 요청해야 하기 때문입니다.

4. BitVM v2: BitVM은 무허가 인증을 지원할 수 있나요?

3월 25일, 로빈 라이너스는 BitVM v2를 소개했습니다. BitVM v2 제안의 주요 변경 사항은 증명자가 챌린지 검증 과정에서 v1에서처럼 논리 게이트를 하나씩 여는 대신 출력 상태와 모든 중간 결과를 한 번에 제출해야 한다는 점입니다. . 이러한 변경을 통해 BitVM은 이러한 약속에 대한 모든 이의 제기가 암호학적 증거로 뒷받침되어야 합니다. 챌린저가 증명자에게 이의를 제기하려면 구체적인 암호학적 증거를 제공해야 하므로, 이 메커니즘은 근거 없는 스팸 챌린지를 걸러냅니다.

검증 및 챌린지 프로세스에 제한 없는 참여를 허용함으로써 BitVM 2는 다중 서명 컨소시엄의 한계를 넘어 보안 보장을 확장하고 낙관적 컨볼루션의 보안 가정에 더 가까워졌습니다.

그러나 브리지 구축에는 여전히 연합 다중 서명이 필요하므로 연합 구성원이 적극적인 문제를 일으킬 수 있으며 최악의 경우 사용자로부터 몸값을 갈취하여 자금 동결을 해제하려고 시도할 수 있습니다. 이는 사용자가 중개자 승인 없이 L1으로 빠져나갈 수 있는 낙관적인 컨볼루션에는 존재하지 않는 추가적인 보안 가정입니다.

기본 체인에 대한 추가 보안 가정

기본 체인에 대한 추가 보안 가정

5. BitVM의 한계