BitVM是什么？

比特币不仅是历史上第一种加密货币，也是迄今为止最成功的一种。它确实在点对点支付方面实现了革命性的进步，但在扩展性及执行复杂且全能的智能合约方面，其能力受到了极大的限制。这些问题已经引起了区块链社区的广泛关注，而且随着比特币用户数量的增加，解决扩展问题的紧迫性愈发凸显。

在比特币初创时期，早期的开发者就曾讨论过建立一个既能处理智能合约又能支持去中心化应用的区块链的必要性。然而，比特币创立的初衷却是为了提供一种安全、独立且不依赖第三方的价值保存与跨境交易方式。区块链作为比特币的支撑技术，其潜力远不止作为支付系统，这一点在以太坊引入图灵完备的编程能力后才得以完全发挥。

到了2023年底，Robin Linus发布的一篇白皮书让比特币社区看到了希望的曙光。他提出了一种名为BitVM的新计算模式，这一模式能够将智能合约的功能和图灵完备性引入比特币，这意味着未来可以在比特币上运行各种程序，从游戏到复杂的合约。随着这一突破性技术的展开，了解它为社区带来的可能性和机会变得至关重要。本文将详细介绍BitVM的工作原理和需注意的关键点。

BitVM是什么？

来源: Trust Machines

Robin Linus最新发布的白皮书介绍了一种名为BitVM的比特币虚拟机。这是一个旨在通过引入图灵完备智能合约来扩展比特币功能的计算平台，从而使比特币获得与以太坊虚拟机（EVM）相似的能力，同时不会影响到现有的网络共识规则。

尽管BitVM并非首个旨在拓宽比特币应用范围的项目，比特币本身最初设计目标是完成如资产交易等简单操作，之前已有多次尝试在其网络上增加更多功能。其中包括像闪电网络和Liquid网络等第二层解决方案。近期，BitVM技术脱颖而出，它在扩展比特币网络方面展现出了更大的潜力。

如前所述，BitVM无需修改比特币当前的共识规则。它通过使用时间锁、哈希锁和复杂的主根树系统等技术构建，形成一个能够执行复杂合约和运算的平台。借此，BitVM不仅能够处理各种计算问题，还能将比特币网络的能力提升至与其他图灵完备系统同等的水平。

什么是图灵完备智能合约？
图灵完备性描述的是一种系统能力，它能够解决任意计算问题，只要系统有足够的资源和时间。图灵完备的智能合约可以处理任何计算请求的逻辑。这一概念在区块链社区中极为重要，因为它赋予了区块链网络强大的力量和广泛的应用灵活性。

比特币的智能合约设计初衷是简单且非图灵完备，主要是因为它们最初并未设计来处理代币化或去中心化应用的开发。因此，BitVM的加入标志着比特币发展上的一次重大突破，极大地扩展了比特币的功能边界。

BitVM与EVM有何不同？

尽管BitVM的目标是为比特币系统增加图灵完备的智能合约功能，但它与以太坊虚拟机（EVM）提供的智能合约并不完全一样。以太坊和Solana等智能合约区块链将它们的虚拟机完整地整合到了区块链结构中。相比之下，BitVM则作为一个可选附加功能存在于比特币区块链上，用户可以根据需要选择启用。

BitVM虽试图模拟其他具备图灵完备智能合约的区块链，但其功能受到了一定限制。比如，使用EVM的产品需要以太坊区块链本身的安全性来保障合约的安全，而BitVM产品则同时依赖于比特币的安全性和参与者的诚信。在BitVM中，参与者需要在规定的挑战期内提交反欺诈证据，这一要求显著影响了BitVM在应对系统故障时的处理策略。

EVM与BitVM在链上交互的方式也大相径庭。由于比特币本身不支持复杂的智能合约，BitVM的绝大多数计算操作都在链外执行，以此避免主链过载。而EVM的计算完全在链上进行。正因为这些显著的区别，一些比特币社区的成员认为BitVM并不构成一个完整的虚拟机。

BitVM如何工作?

BitVM实质上是一种建立在比特币区块链基础之上的二层技术方案，与以太坊中的乐观卷叠（Optimistic Rollups）类似。BitVM也采用欺诈证明与挑战-响应机制，并利用时间锁、哈希锁和大型主根树系统等基础加密技术来支持复杂的计算过程。比特币的主根树系统更新允许用户在链下交换大量数据，并最终将结果回传至比特币区块链。时间锁和哈希锁作为安全措施，确保了交易的有条件执行。

在BitVM中，一个名为“证明者”的参与者启动一个程序，并与“验证者”合作以确认该程序的有效性。这一过程主要在链外进行，大大减少了其对比特币主链的负担。这种双方协议依托于比特币链上的合同，通过一系列交易来定义证明者和验证者之间的关系。

证明者需要逐步证实其程序的每一个部分，并挑战验证者反驳其程序中的不实之处。经过必要的审核并确认程序真实有效后，证明者和验证者将共同签署确认交易。如果证明者提出不实内容或行为不端，验证者有权提出挑战，使得该交易无法完成。

双方在开始挑战-响应程序前都需预先支付一定的保证金，确保只有经过充分验证的正确数据才会被记录在比特币的永久账本中。如果证明者存在欺诈行为，他们将失去保证金；同理，如果验证者未能履职或错误验证，他们也会损失保证金。这种经济上的激励措施确保了系统的诚信与效率，任何试图欺诈的行为都将导致存款的损失。

为何选择BitVM？

BitVM的推动者Robin Linus指出，BitVM主要是作为比特币的扩容方案。更有趣的是，BitVM的强大能力还能够扩展其功能范围，带来更多的应用场景。以下是几种BitVM可以增强比特币区块链的方法：

1）去中心化金融（DeFi）：BitVM使开发者能够为DeFi领域开发各种去中心化应用（dApps），如衍生品交易平台、预测市场和去中心化交易所等。

2）数据验证：BitVM还可用于数据验证，这对于研究机构和数据分析行业的参与者尤其有用。

3）自动支付：BitVM在自动化商品和服务支付方面也显得非常实用。该技术使自由职业者、商家及远程工作者能够通过自动化比特币支付解决方案获得收入。

4）游戏：设想一个在比特币区块链上运行任何应用的世界，包括各种游戏。游戏开发者可以利用BitVM支持的智能合约，为扑克和国际象棋等游戏开发去中心化应用。

5）跨链互通：BitVM的另一大优点是能够实现比特币与其他区块链的连接。例如，与比特币区块链相连的侧链可以利用EVM技术。这意味着通过BitVM，用户能够使用类似于直接使用EVM时的功能和产品。

机遇与挑战

BitVM的推出既带来了机遇也带来了挑战。鉴于BitVM为比特币区块链上的开发者提供了强大的支持，我们需要清楚地认识到使用它所涉及的各种可能性和风险。

机遇

1）无需软分叉：BitVM最大的优点之一是它支持在比特币上实施二层计算，而无需修改网络的共识规则或拖慢区块链速度。复杂的计算和验证过程都在链外完成，之后再在主链上进行确认，这既保持了比特币区块链的特性，又有效减轻了主链的负担。

2）实现侧链桥接：BitVM支持跨链互通，有潜力构建更少依赖中介的去中心化桥梁，从而减少审查、欺诈和操纵的风险。

3）降低交易费用：比特币的交易费用有时会异常高昂。BitVM能通过将大量数据和计算保持在链外，来减少这一开销。

4）提高安全性：BitVM内置的挑战-响应机制能有效防止恶意行为，加强了交易双方的安全性。这与可能涉及多个参与方、更易受到安全威胁的EVM系统形成了对比。

挑战

1）计算负担：BitVM用户需要承担高额的计算负担，这主要是由于其复杂的代码和链外计算的需求。

2）双方交易结构的限制：BitVM设计为只支持两方之间的交易，这可能限制了它能够支持的协议类型，特别是那些需要多方参与的应用。

3）智能合约应用的局限性：鉴于BitVM还处于发展的早期阶段，其智能合约在实际应用中面临一些限制。例如，BitVM目前可能还不支持预言机，而这类工具通常对于执行天气预测或加密货币市场数据分析等任务是必需的。

社区对BitVM的反应

对比特币进行修改通常会遇到阻力，BitVM也未能幸免。尽管有些区块链爱好者对这种新技术持乐观态度，但很多人也提出了这项创新可能引发争议的理由。例如，有比特币社区的成员在认识到BitVM与以太坊等完善的智能合约区块链存在显著差异后，评论道“它并非一个“完整的虚拟机”。

来源: @muneeb on X

比特币爱好者Eric Wall在推特上发表观点，他认为虽然BitVM在理论上非常引人注目，但在实际应用上存在缺陷。他形容BitVM既是“令人兴奋的创新”，同时也是一个“技术上的死胡同”。另一位比特币核心开发者Adam Back也对BitVM持保留态度，他认为这项技术是一种技术倒退。

来源： @ercwl on X

白皮书评论者Super Testnet将BitVM称为“可能是比特币脚本历史上最令人兴奋的发现”。这项技术为比特币带来了新的可能性，且不需要进行任何分叉或修改共识机制。为了进一步推广BitVM的实际应用，如Dylan LeClair和Sam Parker等领域内的积极参与者建议，BitVM若与闪电网络结合使用，将能有效支持更多去中心化应用的功能。

总结

虽然BitVM仍处于发展初期，但它已经成为比特币扩容方案中一项强有力的新成员。随着比特币对图灵完备智能合约的需求不断增长，BitVM展现出了解决比特币可扩展性问题的潜力。尽管这项技术存在高计算需求和应用场景有限等挑战，但BitVM带来的各种机遇是显而易见的。开发者们还在努力解决BitVM的各种限制，但它仍表现出强大的潜力，有望扩展比特币的功能并增强其处理更复杂交易的能力。