BitVM：實現比特幣智能合約的樂觀Rollups方案

樂觀Rollups：為比特幣實現二層擴容

樂觀Rollups是一種基於樂觀驗證的二層擴容方案，通過使用欺詐證明來避免無效的狀態轉移。

在樂觀Rollups中，默認情況下，狀態轉移是有效的。發布者將交易前狀態樹的根哈希值以及交易發送到第一層（Layer 1）上，第一層上的智能合約會確認交易前狀態樹根哈希是否與存儲的根哈希一致。然而，第一層上的智能合約不能保證交易過程的正確性。

在樂觀Rollups中，我們默認這些狀態轉變是正確的，核心在於有挑战者發起挑战（表明狀態的執行存在錯誤）時，可以通過欺詐證明來證明交易前狀態樹的根哈希在執行這一組交易之後可以變為新的狀態根哈希。

BitVM採用類似Optimistic Rollups的設計

BitVM是由Robin Linus提出的一個用於表達具有圖靈完備性的比特幣智能合約的建議。它聲稱可以在不改變網絡共識規則的情況下實現。BitVM的設計類似於樂觀Rollups。

BitVM中有兩個角色：證明者和驗證者。他們將程序編譯成一個巨大的二進制電路。證明者將電路提交到一個Taproot地址中，其中每個邏輯門都有一個葉子腳本。同時，證明者和驗證者還預籤名了一系列交易，以便進行挑战和應答。

BitVM的基礎是比特值承諾（Bit Value Commitment, BVC），它允許證明者將特定位的值設置為0或1。證明者可以在不同的腳本和UTxO中設置變量的值。這是實現BitVM的關鍵，它通過將運行時分布在多個交易中來擴展比特幣虛擬機。

挑战-應答機制保證正確性

除了允許證明者提交到一個電路之外，還需要驗證者能夠挑战證明者的聲明。這可以在加載時預籤名一系列的交易來實現。這些交易通過挑战->應答->挑战->...的方式連接。如果某一方停止一段時間後，另外一方就會贏得挑战並回收雙方的存款。

在幾輪的查詢後可以迅速駁斥任何一個不一致的聲明。如果證明者停止在鏈下與驗證者合作，驗證者就會強制證明者在鏈上合作。

通過解鎖哈希鎖和揭示輸入和輸出，驗證者可以在有限輪的挑战和應答後鎖定證明者的錯誤。

上圖展示了一系列預先籤名的交易：

挑战：Vicky（驗證者）在腳本路徑中釋放一個原像（這些原像只有驗證者知道），用作對證明的挑战的鎖；

應答：Paul（證明者）執行對應的邏輯門，將資金發回初始的腳本中；

通過挑战和應答的交互，驗證者可以迅速檢測並揭示任何錯誤，保證程序的正確執行。

總結：BitVM是一種基於樂觀Rollups的方案，用於實現具有圖靈完備性的比特幣智能合約。通過欺詐證明和挑战-應答機制，BitVM保證了交易的有效性和合約的正確執行，為比特幣實現了二層擴容的可能性。

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