IOSG Ventures: 비트코인 ​​프로그래밍 가능성의 시작인 BitVM에 대한 자세한 설명

원저자: IOSG Ventures

*감사의 글: 기사를 수정해준 Momir와 Xinshu에게 감사드립니다.

TL;DR

• 비트코인 코어에 대한 변경은 다음과 같은 이유로 저항에 부딪히는 경우가 많습니다. a) 사람들은 비트코인을 통화보다는 가치 저장 수단으로 선호합니다. b) 급속한 혁신에 대한 가치 안정성과 예측 가능성. c) 다양한 커뮤니티 내에서 합의를 구축하는 것은 어렵습니다.

• 많은 프로젝트에서는 비트코인 ​​체인 자체를 변경하지 않고도 비트코인의 확장성 문제를 해결할 수 있는 방법이 있다고 주장합니다. 최근 우리는 비트코인 ​​L2의 초인플레이션을 목격했습니다.

• 많은 주장이 단순히 오해를 불러일으키는 마케팅이었지만 우리는 비트코인에 프로그래밍 기능을 가져올 수 있는 새로운 컴퓨팅 패러다임인 BitVM도 인식했습니다.

• BitVM이 지원할 수 있는 최고의 확장 솔루션은 OP-롤업 유형 보안 가정에 가깝습니다(몇 가지 추가 고려 사항이 있음).

• BitVM 및 유사한 이니셔티브의 성공은 기술적 타당성, 커뮤니티 지원 및 다른 과대 마케팅 프로젝트와의 차별화에 달려 있습니다.

비트코인은 트랜잭션 블록체인으로 구축되었으며, 스크립팅 언어는 공격 표면을 최소화하고 네트워크 보안을 보장하기 위해 의도적으로 무상태입니다. 튜링 완전성이 부족하기 때문에 비트코인 ​​코어를 포크하고 업그레이드하는 것 외에는 블록체인에 스마트 계약을 직접 도입하는 것이 불가능합니다.

전통적인 비트코인 ​​커뮤니티는 다음과 같은 이유로 변화에 저항해 왔습니다.

내러티브는 유통되는 통화보다 가치 저장에 더 중점을 둡니다. 비트코인 ​​커뮤니티는 의도적으로 네트워크를 P2P 결제 시스템으로 유지하는 데 중점을 두고 있으며, 빠른 개발보다 보안과 분산화를 우선시합니다. 언급된 바와 같이 비트코인 ​​사용자인 Michael Saylor는 커피 한 잔을 사기 위해 5번가에 있는 건물의 일부를 사용하려고 하는 사람은 없습니다.라고 말했습니다. 이 인용문은 일상적인 통화가 아닌 도구인 가치 저장소로서 비트코인에 대한 커뮤니티의 헌신을 반영합니다.

• 시스템 안정성이 혁신보다 중요합니다. 자산이 탁월한 가치 저장 수단으로 간주되려면 예측 가능성이 중요합니다. 예를 들어 네트워크에 주요 업그레이드가 10개만 있고 각 업그레이드의 성공률이 90%인 경우에도 실패가 발생할 확률은 약 65%입니다. 정상 사고 이론에 따르면: 복잡한 시스템에서는 일반적으로 무시할 수 있는 작은 요소가 때때로 우연히 큰 사건으로 이어질 수 있다고 예상해야 합니다. 따라서 비트코인 ​​커뮤니티의 목표는 항상 잠재적인 오류 수를 줄이는 것이었습니다. .

다양한 커뮤니티: 많은 비트코인 ​​보유자는 비트코인을 다양한 관점에서 이해하고 다양한 이유로 가치를 부여합니다. 다양하고 분산된 커뮤니티에서 합의에 도달하는 것은 본질적으로 어려운 일이며 혁신의 속도를 더욱 느리게 만듭니다. 비트코인 커뮤니티의 다양성을 설명하려면 비문 및 서수에 대한 커뮤니티의 반응을 살펴보세요. 비트코인 커뮤니티의 한 부분에서는 비트코인의 CryptoKitties 순간으로 서수의 성공을 축하하는 반면, 커뮤니티의 다른 부분에서는 이것이 패치되어야 할 취약점이라고 믿습니다.

1. 비트코인 ​​확장 계획의 급속한 확장

위와 같은 상황에서 갑자기 새로운 비트코인 ​​L2 솔루션이 넘쳐나는 이유는 무엇입니까?

최근 우리는 비트코인 ​​L2 솔루션(https://l2.watch/!에 따르면 이미 50개 이상)이 확산되는 것을 목격했지만, 커뮤니티는 수년 동안 다양한 확장성 방법을 모색해 왔습니다.

• 스택과 같은 사이드체인은 스마트 계약 기능과 광범위한 애플리케이션을 제공하지만 독립적인 합의 메커니즘이 있음에도 불구하고 이러한 메커니즘은 널리 수용되는 데 어려움을 겪었습니다.

• RGB와 같은 클라이언트 측 검증 프로젝트는 오프체인에서 더 복잡한 거래를 위해 메인넷의 UTXO 모델을 활용하지만 비트코인 ​​메인넷과의 상호 작용에는 안정성이 부족합니다.

• 핵심 비트코인 ​​개발자와 밀접하게 연관되어 있는 라이트닝 네트워크와 같은 상태 채널은 보다 정통적인 확장 방법으로 간주됩니다.

1세대 BTC 확장 솔루션

최근의 확장 방법은 기존 솔루션과 비교하여 어떤 참신함을 가져오나요? 우리의 의견으로는 가장 흥미로운 혁신은 비트코인(BitVM을 통해) 위에 프로그램을 코딩하고 BTC(예: 바빌론)를 무신뢰 스테이킹하는 것에서 비롯됩니다. 이 기사에서는 주로 전자에 중점을 둘 것입니다.

2. BitVM - 개요

BitVM이 무엇인지 설명하려면 먼저 이를 가능하게 하고 영감을 주는 기본 요소인 Bitcoin Taproot 업그레이드를 소개해야 합니다.

Taproot는 2021년 11월에 활성화된 비트코인 ​​프로토콜의 주요 업그레이드입니다. Taproot를 사용하면 스크립트의 해시가 기본적으로 온체인으로 커밋되어야 합니다. 스크립트의 특정 경로가 실행되면 해당 경로의 스크립트만 체인에 제출됩니다. 이는 효율성을 향상시킬 뿐만 아니라(트랜잭션의 크기는 스크립트의 크기에 따라 증가하지 않음) 개인정보 보호도 강화합니다(전체 스크립트가 아닌 트랜잭션인 경로만 노출됨).

Taproot 업그레이드로 열린 엄청난 기회를 인식한 Robin Linus는 비트코인 ​​생태계의 획기적인 혁신인 BitVM을 개척했습니다.

BitVM은 Taproot 업그레이드를 활용하여 네트워크 합의 규칙을 변경하지 않고도 비트코인에서 Turing-complete 계약의 구현을 촉진하는 컴퓨팅 패러다임입니다. 낙관적 롤업과 유사하게 계산의 검증(실행이 아닌)이 가능합니다.

BitVM은 프로그램을 Taproot 주소에 제출함으로써 온체인 공간을 최소화하는 동시에 분쟁 발생 시 온체인 실행만 필요한 복잡한 오프체인 계산을 가능하게 합니다.

이 프로세스에는 프로그램의 바이너리 회로를 Taproot 주소에 제출하고 챌린지-응답 메커니즘을 사용하여 이를 확인하는 과정이 포함됩니다. 간단히 말해서 BitVM은 Turing-complete 비트코인 ​​계약을 구현합니다. 가장 중요한 것은 다음과 같습니다.

• BitVM에는 포크나 비트코인 ​​프로토콜 변경이 필요하지 않습니다.

• BitVM은 비트코인에서 계산이 수행되지 않고 분쟁(Dispute) 발생 시 비트코인 ​​네트워크를 사용하여 검증만 되므로 비트코인 ​​블록체인을 혼잡하게 하지 않습니다.

비트코인에 바이너리 회로 구축

이진 회로 구성은 계산 가능한 모든 기능을 수행할 수 있는 이진 논리 게이트(예: AND, OR, NOT)를 사용하여 계산 또는 프로그램을 표현하는 방법입니다.

BitVM은 컴퓨터 칩의 논리 게이트(전기의 존재 여부에 따라 신호가 통과할지 여부, 켜짐 또는 꺼짐을 결정하는 작은 구조)를 통해 흐르는 전기의 복잡한 시뮬레이션을 비트코인 ​​언어로 번역하는 것과 같습니다. .

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

출처: Stepping Through Logic Gates, 기본 논리 게이트(F는 0, T는 1을 나타냄)

BitVM의 전제는 비트코인 ​​스크립트를 사용하여 모든 프로그램을 바이너리 회로의 조합으로 분해하고 실행 검증을 활성화함으로써 오프체인 계산(계산된 해시를 Taproot 주소에 제출)에 커밋하는 것입니다. 프로세스에는 비트코인 ​​스크립트가 포함되어 있지만 스크립트 자체는 전체 계산 논리를 실행하지 않습니다.

비트코인 스크립트는 모호함을 입증하고 처벌하는 데 중요한 비트 값 약속을 구현합니다. 개인이 다른 사람이 수정할 수 없는 값을 제출할 수 있도록 하기 때문에 불변성을 구현합니다.

이 방법에는 두 개의 해시를 사용하여 각 입력 비트를 표시하는 작업이 포함됩니다. 하나는 숫자 0에 대한 해시이고 다른 하나는 숫자 1에 대한 해시입니다. 누군가 프로그램을 실행하려고 하면 입력을 나타내는 사전 이미지가 표시됩니다. 값이 0으로 변환될지 1로 변환될지는 프리이미지의 해시값과 0과 1을 나타내는 두 개의 해시값을 비교하여 결정됩니다.

입력과 출력이 일치하지 않는 경우 검증자는 공급자의 자금을 압수하여 공급자를 처벌할 권리가 있습니다.

도전-응답 메커니즘

검증은 일반적으로 증명자가 정직하다는 낙관적인 가정을 바탕으로 오프체인에서 수행됩니다. 분쟁이 발생할 경우 프로세스는 온체인으로 이동하고 도전-응답 라운드가 시작됩니다. 이 메커니즘은 대부분의 경우 계산 및 검증이 효율적이고 비용 효율적으로 수행될 수 있도록 보장하며, 불일치가 발생할 경우에만 블록체인의 불변성과 투명성을 활용하여 최종 판결을 내립니다.

BitVM의 도전-응답 메커니즘의 역학에는 참가자(예: Vicky 및 Paul)가 블록체인에서 프로그램 실행을 통해 검증 프로세스를 거치는 시스템이 포함됩니다. 논란이 일자 Vicky는 Paul에게 프로그램 실행의 정확성을 증명하도록 도전합니다.

Vicky는 이진 회로에서 논리 게이트를 선택하고 Paul은 입력과 출력을 공개하여 게이트를 엽니다. 모호성이 확인되거나 Vicky가 추가 문제의 가능성을 모두 소진할 때까지 프로세스가 반복됩니다. 모호함은 Paul이 하나의 논리 게이트가 열려 있으면 특정 입력 X가 0이지만 다른 논리 게이트가 열려 있으면 1이라고 주장한다는 것을 의미합니다.

Paul은 미리 서명된 거래를 통해 응답 주소에 자금을 입금하여 자신의 주장에 대한 증거를 확보해야 합니다. 이러한 거래는 지속적인 상호 작용을 기반으로 챌린지 주소와 응답 주소 간에 자금을 이동할 수 있는 체인을 생성합니다.

응답 주소의 자금은 챌린지 결과에 따라 여러 경로를 따라 흐를 수 있습니다.

• Vicky가 도전을 중단하고 Paul의 증명을 수락하면 Paul은 일정 시간이 지난 후 결국 자금을 되찾게 됩니다.

• Vicky가 Paul이 그의 처형에 일관성이 없었다는 것을 증명하는 경우(모호함 발생) 해당 자금을 청구할 수 있습니다.

• Vicky가 실행의 다른 부분에 오류가 있다고 의심하는 경우, 자금을 다음 응답 주소로 이동하기 위해 또 다른 도전을 시작할 수 있습니다. 이를 위해 그녀는 특정 탭잎의 사전 이미지를 공개해야 하며, Paul은 이를 사용하여 자금을 잠금 해제하고 제한된 시간 내에 자신의 정확성을 증명해야 합니다.

이 시스템은 블록체인에서의 분쟁 해결 및 검증 프로세스 실행을 위한 견고하고 투명한 프레임워크를 제공합니다. 재정적 인센티브를 통합함으로써 프로그램 결과의 실행 및 기록의 완전성과 정확성을 촉진합니다. 처음에 디자인은 양 당사자의 시도-응답 메커니즘을 지원했습니다. 그러나 나중에 보여주겠지만 BitVM 기여자는 수많은 행위자가 도전자로 참여할 수 있는 솔루션을 찾았습니다.

Bisection: 분쟁 해결 효율성 향상

온체인 검증의 효율성을 높이기 위해 검증자는 미리 제출된 논리 게이트를 효율적으로 검색하여 챌린지해야 하는 논리 게이트를 찾는 방법인 이분법을 활용할 수 있습니다. 이 방법은 무작위보다 낫습니다. 챌린지 프로세스가 크게 개선되었습니다. . 문제 공간을 둘로 분할함으로써 파티셔닝을 통해 검증인은 잠재적인 오류 범위를 신속하게 좁힐 수 있으므로 분쟁 해결에 필요한 단계와 시간이 줄어듭니다. 이 방법은 복잡한 검증 프로세스를 처리할 때, 특히 오류 위치를 정확하게 파악해야 할 때 보다 효율적이고 직접적인 경로를 제공합니다.

아래에서는 세분화 방법의 작동 방식을 설명하기 위해 간단한 예를 사용합니다.

Paul과 Vicky가 수학 문제를 풀고 있습니다. 문제는 (( 1+ 2)+( 3+ 4))+(( 5+ 6)+( 7+ 8))을 계산하는 것입니다.

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

Paul이 제시한 답은 35입니다. 왜냐하면 그의 계산 방법은 (( 1+ 2)+( 3+ 4))+(( 5+ 6)+( 7+ 8)) = ( 2+ 7)+( 11+이기 때문입니다. 15) = 9+ 26 = 35.

Vicky가 Paul에게 이의를 제기할 때 계산의 두 번째 부분(( 5+ 6)+( 7+ 8)이 정확하다는 데 동의하기 때문에 계산의 첫 번째 부분(즉, 논리 게이트 열기)과 관련된 계산에만 이의를 제기하면 됩니다. ) = 26 .

3. BitVM을 사용하여 최소 신뢰 브리지 구축(Trust-Minimized Bridge)

BitVM의 첫 번째 실제 구현은 최소 신뢰 비트코인 ​​브리지를 나타내는 프로그램일 가능성이 높습니다. 브리지의 구현 세부 사항을 분석함으로써 BitVM 프로그램 구현의 추가적인 복잡성을 더 잘 이해할 수 있습니다. 아래에는 BoB 공동 창립자 Alexei Zamyatin의 제안을 요약합니다.

먼저, 비트코인 ​​풀 노드가 사이드체인 라이트 클라이언트를 포함하여 비트코인 ​​스크립트만을 사용하여 사이드체인 브리지 프로그램을 작동할 수 있도록 하는 방법을 만들어야 합니다.

그런 다음 BTC 전송을 촉진하고 도전-응답 게임을 실행하기 위해 연합/다중 서명 네트워크를 구축해야 합니다. Alliance는 BitVM 설정의 일부로 브리지 프로그램을 실행하기로 약속해야 합니다.

동맹의 초기 설정 복잡성은 구성원 수에 따라 2차적으로 증가합니다. 왜냐하면 동맹의 각 구성원은 다른 모든 구성원과 상호 작용해야 하기 때문에 동맹 규모에는 특정 상한선이 있으며 연구원들은 N이 있다고 추측합니다. = 100이 가능합니다.

N의 크기에 제한이 없는 OP Rollup과 달리 이 방식은 보안 보장이 약합니다. 그러나 제안된 이 작업 솔루션에는 더 긴 시간 동안 N이 100보다 훨씬 커지도록 연합 구성원의 순환이 포함될 가능성이 높습니다. 언제든지 회원 100명 중 한 명이 정직하다면 보증금은 안전하게 유지됩니다. 악의적인 행위자가 있다고 가정하면 체인 내에서 언제든지 도전을 받을 수 있으며, 부정 행위가 입증되면 동맹에서 추방될 수 있습니다.

얼라이언스에는 언제든지 입출금 관리와 사이드체인 상태 확인을 담당하는 운영자(Operators)가 있습니다. 운영자와 감시탑 모두 올바른 행동을 장려하고 잘못된 문제를 방지하기 위해 담보를 제출해야 합니다.

이 방식이 컨볼루션의 가장 엄격한 정의를 충족하지 못하는 또 다른 이유는 사용자가 일방적으로 사이드체인을 나갈 수 없고 1/N 보안을 가정하여 운영되는 컨소시엄에 탈퇴를 요청해야 한다는 것입니다.

4. BitVM v2: BitVM이 무허가 검증(Permissionless Verification)을 지원할 수 있나요?

3월 25일 Robin Linus는 BitVM v2를 출시했습니다. BitVM v2 제안의 주요 변경 사항은 v1과 같이 챌린지 검증 프로세스 중에 논리 게이트를 하나씩 여는 대신 증명자가 출력 상태와 모든 중간 결과를 한 번에 제출해야 한다는 것입니다. 이러한 변경을 통해 BitVM은 이러한 약속에 대한 모든 도전이 암호화 증거로 뒷받침되어야 함을 보장합니다. 이 메커니즘은 증명자에게 이의를 제기하려면 도전자가 특정 암호화 증명을 제공해야 하기 때문에 부당한 스팸 문제를 필터링합니다.

검증 및 챌린지 프로세스에 무제한 참여를 허용함으로써 BitVM 2는 다중 서명 연합의 ​​한계를 넘어 보안 보장을 확장하고 BitVM을 낙관적 컨볼루션의 보안 가정에 더 가깝게 만듭니다.

그러나 브리지는 여전히 컨소시엄 다중 서명을 통해 촉진되어야 합니다. 즉, 컨소시엄 구성원이 활성 문제를 일으킬 수 있고 최악의 경우 자금 동결을 해제하기 위해 사용자에게 몸값을 요구할 수 있음을 의미합니다. 이는 낙관적 합성곱에서는 사용자가 중간 승인 없이 L1으로 나갈 수 있기 때문에 낙관적 합성곱에는 존재하지 않는 추가 안전 가정입니다.

기본 체인에 대한 추가 보안 가정

5. BitVM의 한계

위에서 논의한 것처럼 BitVM이 제공할 수 있는 최고의 것은 낙관적 컨볼루션에 가까운 안전한 가정입니다. 예금 보장 및 활성 문제를 담당하는 컨소시엄 관리의 복잡성 외에도 BitVM 고유의 몇 가지 추가 복잡성은 다음과 같습니다.

BitVM은 이론적으로 복잡한 오프체인 프로그램을 실행할 수 있지만 실제로는 이러한 오프체인 프로그램의 복잡성이 증가함에 따라 비트코인에서 사기 증명 실행과 관련된 수수료가 급격히 증가합니다. 지나치게 큰 프로그램은 실행하는 데 여러 블록이 필요할 수 있으므로 프로세스가 더욱 복잡해집니다.

해시율이 대다수인 채굴 풀은 도전자 증명을 검열하기 위해 공모하거나 악의적인 행위자가 뇌물을 주어 도전자를 무시할 수 있기 때문에 BitVM(라이트닝 네트워크의 문제와 유사)에서 정보를 훔칠 수 있습니다.

BitVM 증명의 대화형 특성으로 인해 악의적인 증명자가 시스템을 조작하고 유효성 검사기로부터 도용할 수 있습니다. 공격은 다음과 같은 가정을 기반으로 구성될 수 있습니다.

• 증명자는 거래를 시작하여 검증 순서를 시작합니다.

• 증명자의 행동의 타당성을 의심하는 검증자는 증명자에게 지불되는 응답 수수료를 포함하는 챌린지를 시작합니다.

• 증명자는 문제를 무시하고 검증 프로세스에서 자신의 역할을 수행하지 않은 채 수수료를 징수하기로 선택합니다.

결국, BitVM은 현재 거의 아무것도 할 수 없는 개념적 프레임워크이자 가상 컴퓨터 개념입니다. BitVM의 컨볼루션은 아직 애플리케이션 수준과는 거리가 멀습니다. 낙관적인 추정에 따르면 일부 BitVM 프로그램은 빠르면 2025년에 사용될 수 있습니다. BitVM 구현의 기술적 위험은 과소평가될 수 없습니다.

6 결론

현재 이더리움 시가총액의 약 15~20%를 차지하는 이더리움 스케일링 솔루션의 가치를 고려하면 비트코인의 두 번째 레이어 솔루션의 잠재적 시가총액은 엄청날 수 있습니다.

BitVM은 본질적으로 미완성 가상 컴퓨터 개념인 초기 단계에 있지만 이미 그 잠재력을 활용하려는 다양한 프로젝트에서 많은 관심과 발표를 불러일으켰습니다. BitVM 팀과 관련이 없는 많은 프로젝트는 비트코인의 유망한 새로운 개척지로 간주되는 틈새 시장을 개척하기 위해 서두르고 있습니다. 그러나 자세히 살펴보면 더욱 경각심을 불러일으키는 현실이 드러납니다. BitVM의 GitHub 계정에는 소수의 기여자만 있고 소수의 비트코인 ​​L2 프로젝트만이 실제로 BitVM Builders Telegram 그룹에 참여하고 있습니다.

모든 비트코인 ​​확장성 솔루션이 준수해야 하는 핵심 원칙은 (예측 가능성 원칙에 따라) 비트코인의 핵심 아키텍처가 변경되지 않은 상태로 유지되어야 한다는 것입니다. BitVM은 이 원칙을 수용하고 코어를 변경하지 않고 비트코인 ​​위에 프로그래밍 가능한 레이어를 제공하는 최초의 선구적인 솔루션이 되었습니다.

이 기사는 BitVM 개발 초기 단계에 작성되었으며, 빠른 개발로 인해 여기에 있는 정보가 빠르게 최신 정보가 아닐 수 있습니다. 예를 들어, 최근까지 비트코인에 ZK 컨볼루션을 구현한다는 아이디어는 비트코인의 ZK 증명 검증 기능과 같은 필수 기본 기능이 존재하지 않았기 때문에 공중에 떠 있는 성처럼 보였습니다. 그러나 최근 BitVM 연구원들은 비트코인에 STARK 유효성 검사기를 구현할 수 있는 비트코인 ​​스크립트의 발전을 공유했습니다.

비트코인 스케일링 솔루션을 구현하는 것은 순전히 기술적인 문제를 넘어서 커뮤니티 지원, 사용자 경험 및 타이밍과 같은 요소를 포함합니다. 현재는 이러한 혁신을 위한 고유한 기회의 창을 제공하지만, 프로젝트 수의 급격한 인플레이션과 오해의 소지가 있는 주장 및 마케팅으로 인한 상당한 위험으로 인해 보다 합법적인 프로젝트에 대한 전망이 훼손될 수 있습니다.

생태계가 이러한 갈림길에 서 있기 때문에 비트코인 ​​확장 솔루션이 이더리움의 성공을 복제할 수 있는지 여부에 대한 질문은 기술적일 뿐만 아니라 블록체인 커뮤니티의 더 넓은 역학에 깊이 뿌리를 두고 있습니다. 결국 핵심 Ethereum 커뮤니티는 Ethereum 확장 로드맵의 핵심 부분으로 L2를 선택했지만 Bitcoin 커뮤니티에서는 아직 같은 말을 할 수 없습니다.