BitVM：实现比特币智能合约的乐观Rollups方案

乐观Rollups：为比特币实现二层扩容

乐观Rollups是一种基于乐观验证的二层扩容方案，通过使用欺诈证明来避免无效的状态转移。

在乐观Rollups中，默认情况下，状态转移是有效的。发布者将交易前状态树的根哈希值以及交易发送到第一层（Layer 1）上，第一层上的智能合约会确认交易前状态树根哈希是否与存储的根哈希一致。然而，第一层上的智能合约不能保证交易过程的正确性。

在乐观Rollups中，我们默认这些状态转变是正确的，核心在于有挑战者发起挑战（表明状态的执行存在错误）时，可以通过欺诈证明来证明交易前状态树的根哈希在执行这一组交易之后可以变为新的状态根哈希。

BitVM采用类似Optimistic Rollups的设计

BitVM是由Robin Linus提出的一个用于表达具有图灵完备性的比特币智能合约的建议。它声称可以在不改变网络共识规则的情况下实现。BitVM的设计类似于乐观Rollups。

BitVM中有两个角色：证明者和验证者。他们将程序编译成一个巨大的二进制电路。证明者将电路提交到一个Taproot地址中，其中每个逻辑门都有一个叶子脚本。同时，证明者和验证者还预签名了一系列交易，以便进行挑战和应答。

BitVM的基础是比特值承诺（Bit Value Commitment, BVC），它允许证明者将特定位的值设置为0或1。证明者可以在不同的脚本和UTxO中设置变量的值。这是实现BitVM的关键，它通过将运行时分布在多个交易中来扩展比特币虚拟机。

挑战-应答机制保证正确性

除了允许证明者提交到一个电路之外，还需要验证者能够挑战证明者的声明。这可以在加载时预签名一系列的交易来实现。这些交易通过挑战->应答->挑战->...的方式连接。如果某一方停止一段时间后，另外一方就会赢得挑战并回收双方的存款。

在几轮的查询后可以迅速驳斥任何一个不一致的声明。如果证明者停止在链下与验证者合作，验证者就会强制证明者在链上合作。

通过解锁哈希锁和揭示输入和输出，验证者可以在有限轮的挑战和应答后锁定证明者的错误。

上图展示了一系列预先签名的交易：

挑战：Vicky（验证者）在脚本路径中释放一个原像（这些原像只有验证者知道），用作对证明的挑战的锁；

应答：Paul（证明者）执行对应的逻辑门，将资金发回初始的脚本中；

通过挑战和应答的交互，验证者可以迅速检测并揭示任何错误，保证程序的正确执行。

总结：BitVM是一种基于乐观Rollups的方案，用于实现具有图灵完备性的比特币智能合约。通过欺诈证明和挑战-应答机制，BitVM保证了交易的有效性和合约的正确执行，为比特币实现了二层扩容的可能性。

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