比特幣白皮書於2008年發布，標誌著比特幣的誕生，至今已升值9,000多萬倍。隨著去中心化金融和智慧合約的發展，如何在比特幣網路中實現複雜運算成為新挑戰。 2023年推出的BitVM，透過鏈下執行與鏈上驗證的方式，提升了比特幣的智慧合約功能，允許複雜應用的創建，同時保持了網路的安全性。 Nubit團隊開發的形式化驗證工具為BitVM提供了安全保障，降低了風險，為比特幣生態的未來發展開闢了新路徑。
比特幣白皮書發佈於2008年10月31日，中本聰（中本聰）在P2P基金會網站發布比特幣白皮書《比特幣：一種點對點的電子現金系統》，今天慶祝16週年生日。
比特幣的初始交易價格為0.0008美元，目前升值超過9000萬倍。
高貴，比特幣重新定義了對價值轉移的信任方式。在中心化的網路中，信任被科技取代，每一筆交易都由網路本身驗證。然而，隨著去中心化的金融（DeFi）和智能合約的興起，如何在比特幣網路中安全地引入更複雜的運算，建構更豐富的內容，成為新的挑戰。
BitVM 是什麼？
2023年12月，ZeroSync專案負責人Robin Linus發表了一篇名為《BitVM：Compute Anything On Bitcoin》的白皮書，引發了大家對於提升比特幣即時性的思考。
BitVM 的出現，為比特幣帶來了鏈下執行複雜計算、鏈上驗證結果的能力，大大擴展了其功能。更直白地說，BitVM 是一個允許在比特幣網路上執行複雜計算和智慧的技術一致性的解決方案。這是一種在不改變比特幣網路共識的情況下，可實現圖靈提醒的解決方案。透過成為圖靈提醒，比特幣區塊鏈理論可以用來擴展比特幣的功能，顯然它超出了比特幣外匯中首次提出的「點對點電子現金系統」的願景。讓用戶在比特幣之上創建應用程式——塑造以太坊等其他平台上已經實現的功能，同時，保持比特了幣值顯著的高度安全性和去中心化。
簡單總結一下，BitVM可以讓比特幣生態不僅滿足交易需求，而且能夠在BTC層上創造更複雜的DApp。同時，保留了比特幣的安全性和中心化的特徵。
然而，複雜性往往伴隨著風險，如何確保這些複雜計算的安全性，成為需要解決的問題。
目前，專案致力於BitVM 研究與開發的團隊團隊，其中包括： BitVM 創辦人Robin 創立的ZeroSync、加州大學聖芭芭拉分校Yu Feng 教授創立的比特幣原創專案Nubit，致力ZK 擴容比特的Alpen Labs ，關注比特幣ZK Rollup 的Chainway Labs，Citrea，以及Fiamma，還有BRC20 的創始人Domo 所在的Layer 1基金等。
目前，Nubit 聯合ZeroSync、Alpen Labs、Chainway Labs 以及Domo 實現的Layer 1基金，在10 月31 日發表論文《Push-Button Verification for BitVM Implements》，完成並推出了BitVM 形式化驗證工具。論文中，Nubit透過形式驗證（Formal Verification）自動化數學證明，為BitVM應用的安全性提供進一步的保障，讓開發者和使用者能夠放心地建構和使用應用。
形式化驗證是什麼？如何協助確保BitVM的安全性？
在Robin 的論文中，BitVM 引入了一個系統，該系統使任何計算都可以在比特幣的區塊鏈上進行驗證，其方式不會影響其安全性或改變網路。然而，系統開發以及基於此的應用構建，往往需要專家人工審查程式碼。在比特幣這樣對安全性要求極高的生態中，手動審查既運行又可能出錯。形式化驗證（形式化驗證）透過純數學侵犯，能夠自動驗證程式邏輯是否符合預期保障，為BitVM整體系統提供安全。
想像一下，你正在比特幣上部署一個涉及多方交易的智能合約。為了確保合約在各種情況下都能正確執行，傳統方法可能需要反覆測試每種可能性。但提供了形式化驗證（形式化）驗證）工具，數學證明將自動檢查合約的正確性，極大地提升系統運作的安全屬性。
BitVM 的特殊挑戰：智慧複雜度與比特幣腳本的限制
與以太坊等具備圖靈性（Turing-complete）的區塊鏈不同，比特幣腳本語言描述於安全性考量，無法直接運行複雜計算。 BitVM透過鏈下執行和鏈上驗證的模式實現了比特幣智能合約的基本功能。換句話說，所有複雜的計算都在鏈下完成，只有結果在鏈上得到驗證，大大削弱了比特幣鏈的負載。然而，這項創新帶來了顯著的實際入口。
首先，BitVM 的設計中包含大量的堆疊操作和註冊計算，這些計算需要高效在比特幣的非圖靈腳本中實現和驗證。例如，為確保合約執行時能夠正確判斷數值的正負，一個常用函數是is_positive，它透過檢查分數的最高位元來判斷正負。然而在一個早期版本中，is_positive函數因為計算偏差而錯誤地將0判定為正數，這種估計的錯誤可能導致合約執行的嚴重偏差，甚至引發潛在的經濟損失。
圖源：《BitVM 實現的按鈕驗證》
透過形式化驗證（Formal Verification），Nubit 的工具能夠在程式碼部署之前自動檢查類似的計算邏輯，確保所有執行路徑都符合預期。在這裡，Nubit 團隊設計了一種基於註冊的DSL（領域特定語言） ，將比特幣腳本複雜的堆疊操作轉換為更容易驗證的操作註冊，從而簡化了開發和驗證流程。此外，針對多次重複的循環式計算，該DSL 引入了「循環不變量」，以有效地減少程式碼中的重複計算，降低驗證難度。
圖源：《BitVM 實現的按鈕驗證》
驗證效果：自動化形式化驗證的高效性
從論文中來看，Nubit的形式化驗證（Formal Verification）工具在98個BitVM的SNARK驗證器基準上進行了廣泛測試，驗證成功率高達94%，且大部分驗證任務在數秒內即可完成。相較於傳統的手動審查，該工具不僅提高了驗證速度，還避免了人工錯誤的可能性，為BitVM 智能合約在比特幣保障上的可靠執行提供了。
這項結果證明，形式化驗證（Formal Verification）在比特幣複雜應用中確實具備極高的實際價值，特別是在對安全性要求極高的BTCFi 應用中，能夠有效降低風險。
BitVM與比特幣生態：拓展比特幣智能合約的潛力
透過形式化驗證（Formal Verification），BitVM的安全性得到了顯著提升，在幫助開發者在比特幣上建立更複雜的合約和應用的同時，讓用戶在去中心化金融和跨應用中享受到比特幣生態的高安全性。作為比特幣生態系統的創新工具，BitVM 為比特幣在複雜應用中的拓展奠定了基礎。
比特幣從未被設計成複雜的運算平台，而是專注於價值儲存和可靠性轉移。然而，隨著BitVM的推出，比特幣生態正朝向智能合約和DeFi應用程式邁進。為了去中心化應用的發展而言下，完成形態化驗證的BitVM不僅是技術上的進步，更代表了比特幣在去中心化、金融化和智能合約上的一個重要里程碑。
BitVM開啟比特幣未來生態
在BitVM 的發展過程中，Nubit 與ZeroSync、Alpen Labs、Chainway Labs 和Layer 1 Foundaton 等團隊緊密合作，其推出的形式化驗證BitVM 為比特幣生態帶來了全新的安全和技術標準。同時，Nubit 在Starkware 和Fractal Bitcoin 的資助將繼續推動安全、可驗證的比特幣原始運算的發展。
萬事起頭難，由BitVM 帶來的比特幣生態即將萌芽，但早期專案間深度的協作與創新，不僅會為複雜運算的安全性提供保障，也將使比特幣的未來開啟無限可能。人人都信任、人人參與的比特幣新時代即將來臨。
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