ZKByte: una solución de escalamiento de Bitcoin Layer2 confiable que utiliza conocimiento cero y BitVM

El objetivo principal de este diseño es establecer una red de Capa 2 diseñada específicamente para la cadena de bloques de Bitcoin. La red de Capa 2 para BTC está diseñada estratégicamente para satisfacer la creciente demanda de transacciones más rápidas y eficientes dentro del ecosistema de Bitcoin .

Esto se logra descargando ciertas tareas de procesamiento de transacciones de la cadena de bloques principal, con el objetivo de aliviar la congestión y reducir sustancialmente el tiempo y los recursos necesarios para las confirmaciones de transacciones.

Al reconocer las limitaciones inherentes a las capacidades informáticas de la máquina virtual (VM) de Bitcoin , nuestro diseño utiliza BitVM, que demuestra el potencial para ejecutar contratos inteligentes entre dos partes. Aprovechando un esquema de desafío y respuesta, BitVM muestra un enfoque novedoso para mejorar la programabilidad de la red Bitcoin, superando las limitaciones tradicionales.

Para mejorar la seguridad y la integridad de la red de Capa 2, la verificación del estado se facilita mediante la integración de tecnologías de prueba de conocimiento cero.

Estas técnicas criptográficas avanzadas permiten que la Capa 1 verifique de manera eficiente los estados de la red de Capa 2 sin comprometer la privacidad y confidencialidad de las transacciones subyacentes.

0. Arquitectura

La cadena de bloques de Capa 2 adopta un modelo de cuenta. El estado completo de la cadena de bloques se prueba a través de zkVM, basado en el sistema de prueba Halo2. El estado de la Capa 2 está sincronizado con la red Bitcoin, y todos los estados de la Capa 2 son verificados por el verificador de Prueba de Conocimiento Cero (ZKP) implementado por BitVM. Se utiliza un UTXO para rastrear todos los estados de la Capa 2. Además, se emplea un oráculo confiable para garantizar que solo los scripts de bloqueo/desbloqueo de los UTXO de entrada/salida sigan el protocolo de Capa 2.

1. Comité de Capa 2 y Oráculo de Confianza

Un grupo seleccionado de usuarios forma el comité de Capa 2 responsable de monitorear el estado general de la red de Capa 2. En caso de problemas con el protocolo, el comité puede intervenir para detener el protocolo y salvaguardar los activos de todos los usuarios. El oráculo confiable es crucial para validar la exactitud de los scripts y UTXO de entrada/salida.

2. Capa 1 a Capa 2

Se crea una única dirección raíz en la red Bitcoin para representar el protocolo de Capa 2. Cuando se crea y transfiere una UTXO a la dirección principal, la UTXO correspondiente se "mueve" efectivamente de la Capa 1 a la Capa 2. Las cuentas de protocolo o comité manejan exclusivamente la "transferencia" de todos los activos UTXO "depositados".

3. Bloquea la sincronización con la capa 1

Todos los estados de la red de Capa 2 se sincronizan con la Capa 1 en forma de bloques. Para un bloque, se debe proporcionar la siguiente información: transacciones en un bloque específico estado de nuevas cuentas con esas transacciones aplicadas nuevos UTXO para el estado actual del bloque (siempre listo incluso si el protocolo está roto) información del bloque de la red Bitcoin prueba de conocimiento cero ( demostrar que la transición de estado del último bloque al bloque actual es correcta) Todos esos estados en la Capa 1 se registran en un historial de transacciones UTXO.

3.1 Más sobre la prueba

La prueba de conocimiento cero se emplea para verificar la exactitud de la Capa 2. La prueba intenta demostrar: Las transacciones en bloque de la Capa 2 están firmadas correctamente. El nuevo estado de todas las cuentas se maneja correctamente. Todos los depósitos hasta un bloque específico de la Capa 1 se manejan correctamente. Para el estado actual, todas las distribuciones UTXO se crean correctamente.

3.2 Desafío de información de bloques

Para garantizar la exactitud de la información del bloque especificado en la Capa 1, se utiliza un esquema de desafío y respuesta. Los probadores pueden demostrar la precisión de la información del bloque indicando la presencia de N bloques más después de un bloque específico dentro de un período de tiempo bloqueado.

3.3 Circuito ZKP y mejora de BitVM

Como se ilustra en el artículo de BitVM, la verificación de prueba ZKP se puede expresar como un circuito binario, que puede ser cuestionado por dos partes. Con transacciones prefirmadas, se pueden enviar desafíos para obtener compromisos de bits del circuito. Si 0 y 1 quedan expuestos mediante desafíos, el retador gana. Para usar BitVM para verificar la verificación ZKP, se debe prestar atención a dos cosas: se deben usar los mismos compromisos de circuito binario una vez. Es decir, si se utilizan los mismos comentarios de circuito para muchos bloques, es posible que se expongan 0 y 1 de compromiso de un bit. Para la verificación ZKP, además de la satisfacción del circuito, también se deben verificar los “aportes del público”. Para abordar estas dos deficiencias, para cada bloque de la Capa 2, se crea un circuito binario único y se reparan las "entradas públicas". Los scripts de Bitcoin se utilizan para manejar el hash y la verificación de entradas públicas. Y un oráculo confiable verifica los compromisos de bits de entrada pública correctos. En términos de satisfacción del circuito, cualquier miembro dentro del comité tiene la capacidad de plantear desafíos.

4. Capa 2 a Capa 1

Los activos se pueden mover de la Capa 2 a la Capa 1 mediante dos métodos: retiro y retiro forzado. Las transacciones de retiro se activan desde la Capa 2 y los circuitos ZKP garantizan el manejo de las transacciones como se esperaba. Las transacciones de retiro forzado se inician desde la red Bitcoin.

4.1 Transacción de retiro y retiro forzado

Las transacciones de retiro, activadas desde la Capa 2, se verifican mediante circuitos ZKP para garantizar un manejo adecuado de las transacciones. Las transacciones de retiro forzado, iniciadas desde la red Bitcoin, deben incluirse en la próxima actualización del estado del bloque. 4.2 Distribuciones UTXO Cuando se actualiza el estado de un bloque, la distribución UTXO se sincroniza. En caso de que se detenga el protocolo, se pueden aplicar todos los UTXO para garantizar la seguridad de todos los activos del usuario. Y entre esos UTXO, solo los UTXO de retirada o retirada forzada están firmados por protocolo.

5. Salida de la Capa 2

Una vez que NO se verifique la prueba ZKP, el comité debe detener y salir del protocolo. Si el protocolo se detiene, el comité firmó todas las distribuciones UTXO especificadas en el último estado de bloque de la Capa 2. Con las firmas, un usuario puede salir de la Capa 2 sin ninguna pérdida.

Referencia

1. BitVM: https://bitvm.org/bitvm.pdf
2. Documento técnico de Bitcoin: https://bitcoin.org/bitcoin.pdf
3. Explicación de Halo2: https://electriccoin.co/blog/explaining-halo-2/