محققان StarkWare: قراردادهای هوشمند برای بیت کوین با ColliderVM
توسعهدهنده sidechain StarkWare و پژوهشگران مؤسسه علوم Weizmann اعلام کردهاند که موفق به ایجاد راهحلی برای رفع محدودیتهای متعدد اسکریپت بیت کوین شدهاند. بر اساس مقالهای اخیر، طراحی جدید امکان اجرای قراردادهای هوشمند پیچیده بر روی بیت کوین به شیوهای بهینه از نظر سرمایه (capital-efficient) را فراهم میآورد. همچنین این سیستم از نظر محاسباتی بسیار کارآمدتر است.
ColliderVM پروتکلی است که برای امکانپذیر ساختن محاسبات مبتنی بر حالت (stateful) بر روی بیت کوین طراحی شده و اجازه میدهد تا فرایندهای چند مرحلهای بهصورت امن از طریق چندین تراکنش اجرا شوند. بهطور سنتی، خروجی اسکریپت بیت کوین در دسترس اسکریپتهای دیگر قرار نمیگیرد که این امر انجام محاسبات پیچیده را تقریباً غیرممکن میسازد.
محققان استدلال میکنند که ColliderVM میتواند اجازه استفاده از "اثباتهای شفاف مقیاسپذیر دانش" (STARKs)، یک نوع اثبات صفر-دانش، را بر بیت کوین بدون نیاز به تغییرات سطح اجماع شبکه فراهم کند. معماری ارائه شده به بیت کوین اجازه میدهد تا محاسبات پیچیده offchain را با حداقل دادههای onchain تایید نماید.
هر بلوک بیت کوین میتواند تا ۴ میلیون دستور (OPCodes) را در تراکنشهای خود جای دهد و یک اسکریپت بیت کوین میتواند تا ۱۰۰۰ عنصر پشتهای داشته باشد. علاوه بر این، اجرای بدون حالت به این معناست که هر اسکریپت بدون حافظه از وضعیت یا محاسبات میانی تراکنشهای قبلی اجرا میشود، که این مسئله انجام محاسبات پیچیده را بسیار دشوار میسازد.
پیادهسازی BitVM، که بر اساس مقالهای در سال ۲۰۲۳ توسط رابین لینوس از شرکت تحقیقات بیت کوین ZeroSync ارائه شد، امکان ایجاد قراردادهای هوشمند پیچیده در بیت کوین را فراهم میکرد اما با نیاز به اثباتهای تقلب همراه بود. اثباتهای تقلب، مدارک رمزنگاری هستند که نشان میدهند یک تراکنش یا محاسبه به اشتباه انجام شده و ممکن است موجب اقدامات اصلاحی شوند. در BitVM، اپراتورها پیشپرداختی برای پوشش تراکنشهای احتمالی تقلب انجام میدادند و پس از پایان دوره اثبات تقلب، سرمایه خود را بازیابی میکردند.
سیستم جدید از نظر محاسباتی کارآمدتر اما همچنان پرهزینه است. پیادهسازیهای پیشین از امضاهای یکبار مصرف مانند Lamport و Winternitz بهره میبردند که به طور قابلتوجهی مصرف محاسباتی بالایی داشتند. ColliderVM از مقاله ColliderScript نویسنده نوامبر ۲۰۲۴ توسط پژوهشگران StarkWare، شرکت خدمات وب Cloudflare و توسعهدهنده sidechain بیت کوین Blockstream الهام گرفته است.
این سیستم مبتنی بر تعهد ناشی از برخورد هش (hash collision-based commitment) است که چالشی برای تولید ورودی به وجود میآورد تا هنگام عبور از تابع هش، خروجی با ویژگیهای از پیش تعیینشده تولید کند. این تنظیم نیاز به منابع محاسباتی اپراتورهای صادق را به طرز چشمگیری در مقایسه با عوامل مخرب کاهش میدهد.
هش یک تابع ریاضی غیرقابل برگشت است که بر روی دادههای دلخواه اجرا میشود و رشتهای الفبایی-عددی با طول ثابت تولید میکند. غیرقابل برگشت بودن به این معناست که تبدیل محاسبات به عقب و استخراج داده اصلی از هش امکانپذیر نیست و در نتیجه شناسهای یکتا بدون افشای دادههای اصلی ایجاد میکند.
این سیستم — که کمی شبیه فرایند استخراج بیت کوین است — نسبت به BitVM نیاز به عملیات هش کمتری دارد که در نتیجه اندازه اسکریپت و زمان پردازش را کاهش میدهد. پژوهشگران ColliderVM اعلام کردهاند که تعداد این عملیات حتی تا ۱۰,۰۰۰ برابر کاهش یافته است. به نظر میرسد این پیادهسازی، استفاده عملی از sidechain مبتنی بر STARK در بیت کوین را نزدیک به واقعیت کند. در مقاله آمده است: «براورد ما نشان میدهد که طول اسکریپت بیت کوین برای تایید اثبات STARK تقریباً عملی میشود و میتوان آن را در کنار سایر سیستمهای مبتنی بر جفتسازی که امروزه رایج هستند، به کار برد.»
STARKs یک سیستم اثبات صفر-دانش است که به دلیل مقیاسپذیری و عدم نیاز به تنظیمات اعتماد (trusted setup) شناخته میشود. سیستمهای اولیه اثبات صفر-دانش نیازمند یک تنظیمات یکباره امن بودند که به «ضایعات سمی» متکی بودند؛ در صورتی که طرفی این ضایعات را در اختیار بگیرد، امکان جعل امضا و ایجاد اثباتهای تقلب وجود دارد. STARKs به چنین تجهیزاتی نیاز ندارد و از این رو اعتمادزدایی شدهاند.
پیادهسازی سنتی تاییدکنندههای STARK اسکریپتهایی میطلبید که از محدودیتهای بیت کوین فراتر میرفت. اکنون پژوهشگران ColliderVM استدلال میکنند که سیستم بهبود یافته آنها امکان ایجاد اسکریپت تایید onchain برای اثباتهای STARK را «تقریباً عملی» میکند.
بیت کوین به عنوان امنترین و قابل اعتمادترین بلاکچین شناخته میشود، اما منتقدان به محدودیتهای عملکرد آن در مقایسه با بسیاری از آلتکوینها اشاره دارند. زنجیرههای جانبی مثل Liquid شرکت Blockstream موجودند، اما از نظر اعتمادزدایی کامل نیستند.
اندرو پولسترا، مدیر تحقیقات شرکت بلاکچین Blockstream و ریاضیدان، در سال ۲۰۲۰ به Cointelegraph گفت که سیستمهای مبتنی بر اثبات صفر-دانش یکی از هیجانانگیزترین حوزههای توسعه در فضای رمزنگاری هستند. سایفرپانک، توسعهدهندهای که در مقاله سفید بیت کوین به آن اشاره شده و بنیانگذار Blockstream، در مقالهای در سال ۲۰۱۴ توضیح داد که کار بیشتری برای پیادهسازی sidechainهای مبتنی بر اثبات صفر-دانش بدون اعتماد نیاز است.
با این حال، حتی ۱۰ سال بعد، سیستمی مبتنی بر ColliderVM به صورت کاملاً بدون اعتماد نخواهد بود بلکه سطحی از اعتماد (trust-minimized) را حفظ میکند. زیرا کاربران همچنان باید به وجود یک زیرمجموعه حداقلی از مشارکتکنندگان در شبکه که بهطور صادقانه عمل میکنند، اطمینان داشته باشند تا عملکرد سیستم صحیح بماند.
نویسندگان اصلی مطالعه شامل الی بن-ساسون، همبنیانگذار StarkWare، همراه با پژوهشگران لیور گولدبرگ و بن فیچ هستند. بن-ساسون، یکی از توسعهدهندگان اولیه STARKs، سالها از استفاده از اثباتهای صفر-دانش برای بهبود مقیاسپذیری بلاکچین دفاع کرده است. در مصاحبهای اخیر با Cointelegraph، وی خاطرنشان کرد که یک راهحل واقعی لایه دوم بیت کوین باید «امنیت بیت کوین خود را داشته باشد.» او اشاره کرد که راهحلهای کنونی بر مبنای اعتماد به امضاکنندگان یا مشوقهای اقتصادی مبتنی بر اثبات تقلب استوارند و همچنین از Lightning Network به عنوان نمونهای از امنیت موجود در بیت کوین نام برد.