Mengaktifkan Kontrak Pintar Bitcoin di Internet Computer: Seni Bina dan Penilaian

Kandungan

1. Pengenalan

Bitcoin, walaupun dominan dari segi permodalan pasaran, mengalami keterbatasan kebolehprograman disebabkan oleh bahasa skripnya yang ketat. Kertas kerja ini menangani cabaran untuk membolehkan kontrak pintar Turing-lengkap untuk Bitcoin dengan memanfaatkan rantaian blok Internet Computer (IC). Seni bina yang dicadangkan memintas mekanisme jambatan tradisional yang terdedah, bertujuan untuk menyediakan akses programatik yang selamat, cekap dan langsung kepada nilai Bitcoin.

Motivasi teras berpunca daripada ketidakupayaan penyelesaian sedia ada—sama ada dibina di atas Bitcoin atau menggunakan jambatan—untuk mencapai keselamatan, kecekapan, dan keupayaan baca/tulis langsung secara serentak. Serangan siber berkaitan jambatan, yang mengakibatkan kerugian melebihi ratusan juta, menekankan keperluan kritikal untuk pendekatan yang meminimumkan kepercayaan.

2. Gambaran Keseluruhan Seni Bina

Seni bina ini membolehkan kontrak pintar berasaskan IC (kanister) berinteraksi secara asli dengan rangkaian Bitcoin. Mesin nod IC mengambil blok Bitcoin secara langsung dan menghantarnya melalui timbunan protokol ICP kepada kanister Bitcoin yang khusus. Kanister ini berfungsi sebagai sumber keadaan rantaian blok Bitcoin yang boleh disahkan dan boleh dipercayai untuk kanister lain di IC.

2.1. Integrasi Langsung lwn. Jambatan

Jambatan rantai silang tradisional bertindak sebagai pemegang amanah atau pengesah berpusat atau terpencar. Mereka memperkenalkan andaian kepercayaan baharu dan satu titik kegagalan tunggal. Pendekatan DFINITY menginternalisasikan fungsi ini: protokol IC itu sendiri bertanggungjawab untuk mengesahkan dan memuktamadkan data Bitcoin. Ini selaras dengan etos rantaian blok yang lebih luas untuk meminimumkan komponen yang dipercayai, satu prinsip yang ditekankan dalam kerja asas mengenai keselamatan sistem terpencar.

2.2. Kanister Bitcoin & Pengurusan Keadaan

Sebuah kanister sistem di IC, iaitu kanister Bitcoin, mengekalkan subset rantaian blok Bitcoin yang telah disahkan. Kanister lain boleh membuat pertanyaan kepada kanister ini untuk membaca keadaan Bitcoin (cth., pengesahan transaksi, set UTXO). Untuk menulis, sebuah kanister yang memegang bitcoin boleh mengarahkan mesin nod IC untuk menandatangani dan menyiarkan transaksi bagi pihaknya ke rangkaian Bitcoin, menggunakan skim tandatangan ambang untuk keselamatan.

3. Butiran Teknikal & Kerangka Matematik

Cabaran teknikal utama ialah mendamaikan kemuktamadan kebarangkalian Bitcoin dengan kemuktamadan deterministik IC. IC menggunakan mekanisme konsensus yang menyediakan kemuktamadan pantas. Mengintegrasikan Bitcoin memerlukan model untuk mengendalikan penyusunan semula rantaian.

Sistem ini berkemungkinan menggunakan parameter kedalaman pengesahan $k$. Satu transaksi Bitcoin dianggap "dimuktamadkan" untuk tujuan IC sebaik sahaja ia dikebumikan di bawah $k$ blok. Kebarangkalian penyusunan semula lebih dalam daripada $k$ blok adalah boleh diabaikan dan berkurangan secara eksponen dengan $k$. Keselamatan boleh diformalkan sebagai: $P_{\text{reorg}}(k) \approx \text{exp}(-\lambda k)$ di mana $\lambda$ ialah parameter berkaitan dengan kuasa perlombongan jujur. Kemas kini keadaan kanister IC dikawal berdasarkan jaminan kebarangkalian ini, mencipta model kemuktamadan hibrid.

Tandatangan ECDSA ambang digunakan untuk membenarkan set mesin nod IC yang terpencar menguruskan kunci persendirian Bitcoin bagi pihak kanister. Kuasa penandatanganan diagihkan, memerlukan ambang nod untuk bekerjasama menandatangani transaksi, menghalang titik kompromi tunggal.

4. Keputusan Eksperimen & Prestasi

Kertas kerja ini membentangkan keputusan penilaian daripada sistem yang berjalan di rangkaian utama IC.

Penerangan Carta: Satu carta prestasi hipotesis akan menunjukkan dua garisan: 1) Kependaman dari siaran transaksi Bitcoin kepada kemas kini keadaan kanister IC, mendatar selepas $k$ pengesahan Bitcoin. 2) Kos setiap operasi kontrak pintar di IC, kekal lebih rendah beberapa magnitud daripada melaksanakan logik kompleks secara langsung di Bitcoin melalui penyelesaian Lapisan 2.

Keputusan menunjukkan bahawa aplikasi terpencar kompleks (protokol DeFi, organisasi autonomi terpencar yang mengurus perbendaharaan Bitcoin) menjadi berdaya maju dari segi ekonomi, kerana kos tinggi dan kelajuan perlahan pelaksanaan di atas Bitcoin atau penyelesaian berasaskan jambatan tertentu dapat dielakkan.

5. Analisis Perbandingan & Kerja Berkaitan

Kertas kerja ini memposisikan dirinya terhadap beberapa kategori:

• Lapisan 2 Bitcoin (cth., Lightning, RGB): Menawarkan pembayaran lebih pantas/murah tetapi kerumitan kontrak pintar terhad dan sering memerlukan penyertaan aktif.
• Rantaian Sampingan (cth., Rootstock, Stacks): Memperkenalkan model keselamatan dan konsensus mereka sendiri, sering bergantung pada persekutuan atau perlombongan bergabung, mencipta andaian kepercayaan yang berbeza.
• Pembalutan Berasaskan Jambatan (cth., wBTC di Ethereum): Memerlukan pemegang amanah yang dipercayai atau persekutuan multi-tandatangan kompleks, memusatkan risiko dan sering menjadi sasaran serangan.
• Integrasi Langsung Lain: Kertas kerja ini mendakwa keunggulan dalam menyediakan mekanisme baca/tulis langsung tanpa jambatan, berbeza dengan pendekatan yang mungkin hanya membenarkan pasak satu hala atau kekurangan keupayaan tulis langsung.

6. Kerangka Analisis: Pandangan Teras & Kritikan

7. Aplikasi Masa Depan & Hala Tuju Pembangunan

Aplikasi Jangka Pendek:

• Stablecoin Terpencar Disokong Bitcoin: Stablecoin asli, dikawal secara algoritma yang dicagarkan oleh Bitcoin yang dipegang dalam kanister IC, tanpa pengeluar pusat.
• Pengurusan Perbendaharaan Atas Rantaian: DAO boleh mengurus perbendaharaan Bitcoin secara programatik dengan peraturan multi-tandatangan, pelaburan automatik, atau geran dibayar dalam BTC.
• DeFi Asli Bitcoin: Protokol pinjaman di mana Bitcoin adalah cagaran utama, dan kadar pinjaman/pinjaman ditentukan oleh logik atas rantaian.

Hala Tuju Teknikal Masa Depan:

• Kecekapan Klien Ringan: Mengoptimumkan klien Bitcoin dalam nod IC untuk menggunakan bukti super-ringan seperti FlyClient untuk mengurangkan overhead lebar jalur dan storan.
• Integrasi Pelbagai Rantaian: Memperluaskan templat seni bina untuk mengintegrasikan rantaian lain dengan model keselamatan kuat (cth., Ethereum pasca-Merge), memposisikan IC sebagai "hab" selamat untuk pengiraan rantai silang.
• Bukti Pengetahuan Sifar untuk Privasi: Mengintegrasikan zk-SNARK untuk membenarkan interaksi peribadi dengan keadaan Bitcoin (cth., membuktikan pemilikan UTXO tanpa mendedahkan yang mana satu).
• Interaksi Kontrak Berkunci Masa: Memanfaatkan opkod skrip asli Bitcoin seperti `CLTV` dan `CSV` dari kanister IC untuk mencipta perjanjian berkaitan masa rantai silang yang canggih.

8. Rujukan

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
2. Zamyatin, A., et al. (2021). SoK: Communication Across Distributed Ledgers. Financial Cryptography and Data Security.
3. Bonneau, J., et al. (2015). SoK: Research Perspectives and Challenges for Bitcoin and Cryptocurrencies. IEEE Symposium on Security and Privacy.
4. International Association for Cryptologic Research (IACR). (2023). Advances in Threshold Cryptography - Eurocrypt Proceedings.
5. Buterin, V. (2014). Ethereum: A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform.
6. Lewis, G. (2022). The Bridge Hacking Epidemic: A Systemic Risk Analysis. Journal of Cybersecurity and Blockchain.
7. DFINITY. (2024). The Internet Computer Protocol Suite Technical Overview. (Dokumentasi Rasmi).