Mục tiêu chính của thiết kế này là xây dựng mạng Lớp 2 được tùy chỉnh đặc biệt cho chuỗi khối Bitcoin. Mạng Bitcoin Lớp 2 được thiết kế để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về các giao dịch nhanh hơn và hiệu quả hơn trong hệ sinh thái Bitcoin. Bằng cách giảm tải một số tác vụ xử lý giao dịch nhất định khỏi mạng chính, nó nhằm mục đích giảm bớt các vấn đề tắc nghẽn trên mạng chính Bitcoin và giảm đáng kể thời gian cần thiết để xác nhận giao dịch.

Do những hạn chế cố hữu của sức mạnh tính toán của Máy ảo Bitcoin (VM), thiết kế của chúng tôi sử dụng BitVM, điều này chứng tỏ tiềm năng thực hiện các hợp đồng thông minh giữa hai lớp của mạng. Bằng cách tận dụng các kịch bản thử thách và phản hồi, BitVM thể hiện một cách tiếp cận mới về khả năng lập trình mạng Bitcoin nhằm phá vỡ các giới hạn truyền thống.

Để tăng cường tính bảo mật và tính toàn vẹn của mạng Bitcoin Lớp 2, thiết kế triển khai xác minh trạng thái bằng cách tích hợp công nghệ chứng minh không có kiến ​​thức (ZK). Các công nghệ mã hóa tiên tiến này cho phép mạng chính Bitcoin xác minh hiệu quả trạng thái của mạng Lớp 2 mà không ảnh hưởng đến quyền riêng tư và bảo mật của các giao dịch cơ bản. Bằng chứng không kiến ​​thức có thể xác minh thông tin mà không tiết lộ chi tiết cụ thể của giao dịch, do đó đảm bảo tính toàn vẹn của mạng Lớp 2 đồng thời bảo vệ quyền riêng tư.

Nhìn chung, thiết kế nhằm mục đích cải thiện khả năng mở rộng, tốc độ và hiệu quả của mạng Bitcoin thông qua mạng Lớp 2, áp dụng BitVM để thực hiện hợp đồng thông minh và tích hợp công nghệ chứng minh không có kiến ​​thức để xác minh trạng thái, đồng thời duy trì quyền riêng tư và bảo mật của các giao dịch cơ bản . .

0. Kiến trúc

Chuỗi khối Layer2 áp dụng mô hình tài khoản. Trạng thái của toàn bộ chuỗi khối được xác minh thông qua zkVM dựa trên hệ thống chứng minh Halo2. Trạng thái Lớp 2 được đồng bộ hóa với mạng chính Bitcoin và tất cả trạng thái Lớp 2 được xác minh bằng trình xác thực Bằng chứng Không Kiến thức (ZKP) do BitVM triển khai. Chúng tôi sử dụng UTXO để theo dõi tất cả các trạng thái của Lớp 2. Ngoài ra, chúng tôi sử dụng một nhà tiên tri đáng tin cậy để đảm bảo rằng chỉ đầu vào/đầu ra của tập lệnh khóa/mở khóa tuân theo giao thức Lớp 2.

1. Ủy ban Lớp 2 và Oracle đáng tin cậy Ủy ban Lớp 2, bao gồm một nhóm người dùng được chọn, chịu trách nhiệm giám sát hoạt động chung của mạng Lớp 2. Khi phát sinh vấn đề với giao thức, ủy ban có thể can thiệp và dừng giao thức, bảo vệ tài sản của tất cả người dùng. Các nhà tiên tri đáng tin cậy đóng vai trò quan trọng trong việc xác minh tính chính xác của các tập lệnh và UTXO đầu vào/đầu ra.

2. Lớp 1 đến Lớp 2 Tạo một địa chỉ Taproot duy nhất trên mạng Bitcoin để thể hiện giao thức Lớp 2. Khi UTXO được tạo và chuyển đến địa chỉ Taproot, UTXO tương ứng thực sự được "nạp" từ mạng chính Bitcoin lên Lớp 2.

Giao thức hoặc tài khoản ủy ban xử lý cụ thể các quyền "chuyển" đối với tất cả tài sản UTXO "được gửi" vào Lớp 2. Chỉ các giao thức, nhà tiên tri đáng tin cậy hoặc tài khoản ủy ban mới có thể thay đổi quyền sở hữu UTXO đã ký gửi. Các nhà tiên tri đáng tin cậy đảm bảo rằng tập lệnh UTXO đầu ra chính xác được đưa vào các giao dịch chuyển quyền sở hữu.

3. Các khối được đồng bộ hóa với mạng chính Bitcoin. Trạng thái của tất cả các mạng Lớp 2 được đồng bộ hóa với mạng chính Bitcoin dưới dạng các khối. Đối với một khối, cần cung cấp các thông tin sau:

· Giao dịch trong một khối cụ thể

· Trạng thái tài khoản mới sau khi áp dụng các giao dịch này

· UTXO mới ở trạng thái khối hiện tại (luôn sẵn sàng ngay cả khi giao thức bị hỏng)

· Chặn thông tin của mạng Bitcoin

· Bằng chứng không có kiến ​​thức (bằng chứng cho thấy việc chuyển trạng thái từ khối trước sang khối hiện tại là chính xác) Tất cả các trạng thái của mạng chính Bitcoin đều được ghi lại trong lịch sử giao dịch UTXO.

3.1 Thông tin thêm về bằng chứng Bằng chứng không có kiến ​​thức được sử dụng để xác minh tính chính xác của Lớp2. Hãy thử chứng minh điều sau:

· Giao dịch khối lớp 2 được ký chính xác.

· Trạng thái mới cho tất cả các tài khoản được xử lý chính xác.

· Tất cả các giao dịch gửi tiền trước một khối cụ thể trên mạng chính Bitcoin đều được xử lý chính xác.

· Đối với trạng thái hiện tại, tất cả phân bổ UTXO đều được tạo chính xác.

3.2 Thử thách thông tin khối Để đảm bảo tính chính xác của thông tin khối được chỉ định trong mạng chính Bitcoin, chúng tôi sử dụng sơ đồ thử thách và phản hồi. Người chứng minh có thể chứng minh tính chính xác của thông tin khối bằng cách chỉ ra rằng có N khối sau một khối cụ thể trong khoảng thời gian bị khóa.

3.3 Cải tiến mạch ZKP và BitVM Như được trình bày trong bài viết BitVM, việc xác minh ZKP có thể được biểu diễn dưới dạng mạch nhị phân có thể bị thách thức bởi hai bên. Với một giao dịch được ký trước, một thử thách có thể được gửi để đạt được cam kết bit của mạch. Nếu 0 và 1 lộ ra thì thử thách thành công. Để sử dụng BitVM để xác minh ZKP, bạn cần chú ý hai điểm sau:

Lời hứa mạch nhị phân tương tự chỉ có thể được sử dụng một lần. Nghĩa là, nếu cùng một mạch được dành cho nhiều khối thì một chút các số 0 và 1 đã được dành riêng có thể bị lộ.

Để xác minh ZKP, ngoài sự hài lòng của mạch, cũng cần kiểm tra "đầu vào chung".

Để giải quyết hai thiếu sót này, đối với mỗi khối của Lớp 2, một mạch nhị phân duy nhất được tạo và "đầu vào chung" được cố định. Các tập lệnh bitcoin được sử dụng để xử lý hàm băm và kiểm tra đầu vào công khai. Các cam kết bit đầu vào công khai chính xác được kiểm tra bởi một nhà tiên tri đáng tin cậy. Liên quan đến sự hài lòng của mạch, bất kỳ thành viên nào trong ủy ban đều có quyền phản đối nó.

4. Từ Layer2 sang Bitcoin Mainnet Tài sản có thể được chuyển từ Layer2 sang Mainnet Bitcoin theo hai cách: rút tiền và rút tiền bắt buộc. Các giao dịch rút tiền được kích hoạt từ Lớp 2 và mạch ZKP đảm bảo rằng các giao dịch được xử lý như mong đợi. Các giao dịch rút tiền bắt buộc được bắt đầu từ mạng Bitcoin.

4. Từ Layer2 sang Bitcoin Mainnet Tài sản có thể được chuyển từ Layer2 sang Mainnet Bitcoin theo hai cách: rút tiền và rút tiền bắt buộc. Các giao dịch rút tiền được kích hoạt từ Lớp 2 và mạch ZKP đảm bảo rằng các giao dịch được xử lý như mong đợi. Các giao dịch rút tiền bắt buộc được bắt đầu từ mạng Bitcoin.

4.1 Giao dịch rút tiền và rút tiền bắt buộc Các giao dịch rút tiền được kích hoạt từ Lớp 2 được xác minh bằng mạch ZKP để đảm bảo rằng các giao dịch được xử lý chính xác. Các giao dịch rút tiền bắt buộc được thực hiện từ mạng Bitcoin phải được đưa vào bản cập nhật trạng thái khối tiếp theo.

4.2 Phân bổ UTXO Khi trạng thái của một khối được cập nhật, phân bổ UTXO sẽ được đồng bộ hóa. Trong trường hợp tắt giao thức, tất cả UTXO có thể được áp dụng để đảm bảo an toàn cho tất cả tài sản của người dùng. Trong số các UTXO này, chỉ những UTXO bị rút tiền hoặc buộc phải rút tiền mới được giao thức ký.

5. Thoát lớp 2 Khi ZKP không được xác minh, ủy ban phải dừng và thoát khỏi giao thức. Nếu giao thức bị dừng, ủy ban sẽ ký tất cả các phân bổ UTXO được chỉ định ở trạng thái khối mới nhất của Lớp 2. Với những chữ ký này, người dùng có thể rút tiền từ Layer2 mà không bị mất mát.