Einführung
Der Sidechain-Entwickler StarkWare und Forscher des Weizmann Institute of Science haben eine Lösung für verschiedene Einschränkungen des Bitcoin-Skripts entwickelt. Laut einem aktuellen Forschungspapier ermöglicht das neue Design die kapital-effiziente Implementierung komplexer Smart Contracts auf Bitcoin.
Zudem könnte das System aus der Perspektive der Recheneffizienz deutlich überlegen sein.
ColliderVM-Protokoll
ColliderVM ist ein Protokoll, das staatserhaltende Berechnungen auf Bitcoin durchführt, sodass mehrstufige Prozesse sicher über mehrere Transaktionen abgewickelt werden können. Traditionell sind die Ausgaben von Bitcoin-Skripten für andere Skripte nicht zugänglich, was komplexe Berechnungen nahezu unmöglich macht.
Die Forscher argumentieren, dass ColliderVM die Verwendung von Scalable Transparent Arguments of Knowledge (STARKs) – einer Art von Zero-Knowledge-Beweis – auf Bitcoin ermöglichen könnte, ohne dass Änderungen auf Konsensebene im Netzwerk erforderlich sind.
Die Architektur würde es Bitcoin ermöglichen, komplexe Offchain-Berechnungen mit minimalen Onchain-Daten zu verifizieren. ColliderVM zielt auf die Einschränkungen von Bitcoin ab…
Funktionsweise und Effizienz
Jeder Bitcoin-Block kann bis zu 4 Millionen OPCodes (Befehle) über alle Transaktionen enthalten, und ein einzelnes Bitcoin-Skript kann maximal 1.000 Stapel-Elemente (Daten-Einträge) umfassen. Zudem bedeutet die zustandslose Ausführung, dass jedes Skript ohne Erinnerung an vorherige Zustände oder Zwischenberechnungen aus früheren Transaktionen ausgeführt wird, was komplexe Berechnungen unpraktisch macht.
Die BitVM-Implementierung aus einem Forschungspapier von 2023 ermöglichte komplexe Smart Contracts auf Bitcoin, erforderte jedoch Betrugsbeweise.
Betrugsbeweise sind kryptografische Nachweise, die bestätigen, dass eine bestimmte Transaktion oder Berechnung fehlerhaft durchgeführt wurde und möglicherweise Korrekturmaßnahmen auslösen können.
Die Implementierung von Betrugsbeweisen verlangt in der Regel von Betreibern, Kapital für mögliche Korrekturmaßnahmen bereitzustellen. Bei BitVM zahlen Betreiber im Voraus, um potenziell betrügerische Transaktionen abzusichern und erlangen das Kapital zurück, sobald das Betrugsbeweisfenster geschlossen ist.
Effizienzsteigerung durch ColliderVM
Das neue System ist auch hinsichtlich der Rechenleistung effizienter als frühere Implementierungen, bleibt jedoch kostenintensiv. Frühere Systeme basierten auf kryptografischen Einmal-Signaturen, die äußerst rechenintensiv waren. ColliderVM stützt sich auf den Artikel zu ColliderScript, der von Forschern von StarkWare, Cloudflare und Blockstream verfasst wurde.
Ein Hash ist eine nicht umkehrbare mathematische Funktion, die auf beliebigen Daten ausgeführt wird und eine alphanumerische Zeichenfolge fester Länge erzeugt. Diese Nichtumkehrbarkeit bedeutet, dass es unmöglich ist, die Berechnung umzukehren, um die ursprünglichen Daten zurückzugewinnen.
Die Forscher von ColliderVM behaupten, die Anzahl der benötigten Hash-Operationen um mindestens den Faktor 10.000 weiter reduziert zu haben. Das neue System könnte die Implementierung quasi einer STARKs-basierten Bitcoin-Sidechain ermöglichen.
Vorteile von STARKs
In ihrem Papier schreiben sie:
“Wir schätzen, dass die Länge des Bitcoin-Skripts für die STARK-Beweisverifikation nahezu praktikabel wird.”
STARKs sind ein Zero-Knowledge-Beweissystem, das für seine Skalierbarkeit und vertrauensfreie Natur anerkannt ist. Dies bedeutet, dass kein vertrauenswürdiges Setup erforderlich ist, was STARKs als vertrauenswürdig macht.
Kritische Perspektiven
Bitcoin gilt als die sicherste und zuverlässigste Blockchain. Kritiker äußern jedoch Bedenken hinsichtlich seines funktionsumfangs im Vergleich zu vielen Altcoins, die deutlich flexibler sind.
Es existieren Sidechains wie Blockstreams Liquid, die jedoch nicht vertrauenslos sind. Andrew Poelstra erklärte, dass ZK-Beweis-basierte Systeme “einer der spannendsten Entwicklungsbereiche” in der Kryptografie sind.
Trotz allem könnte ein auf ColliderVM basierendes System, selbst nach 10 Jahren, vertrauensminimiert und nicht vertrauenslos sein, da die Nutzer darauf vertrauen müssen, dass zumindest ein Teil der Netzwerkteilnehmer ehrlich handelt.
Fazit
Zu den Hauptautoren der Studie zählen Eli Ben-Sasson, Mitbegründer von StarkWare, sowie Lior Goldberg und Ben Fisch. Ben-Sasson ist einer der ursprünglichen Entwickler von STARKs und setzt sich seit langem für den Einsatz von Zero-Knowledge-Proofs zur Verbesserung der Skalierbarkeit von Blockchains ein.
In einem kürzlichen Interview stellte Ben-Sasson fest, dass eine echte Bitcoin Layer-2-Lösung “die Sicherheit von Bitcoin selbst” gewährleisten müsste.
Derzeit basieren existierende Lösungen auf dem Vertrauen in Unterzeichner oder auf Betrugsbeweis-basierten wirtschaftlichen Anreizen.
Dennoch erkannte er die Bedeutung des Lightning Networks an und merkte an: “Wir sollten auch anerkennen, dass es gegenwärtig das Lightning Network gibt, das die Sicherheit von Bitcoin gewährleistet.”
