Bitlayer：BitVM方式のビットコインLayer2

2024.06.18

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Bitlayer：BitVM方式のビットコインLayer2

Bitlayerの主要目的は、ビットコインのレイヤー2技術におけるセキュリティとチューリング完全性のトレードオフを解決することです。

2024.06.18 - 13:12:56

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Bitlayerの主要目的は、ビットコインのレイヤー2技術におけるセキュリティとチューリング完全性のトレードオフを解決することです。

執筆：ボブ・スイ

Bitlayerは、BitVM方式に基づく初のビットコインLayer 2ネットワークで、ビットコインと同等のセキュリティを提供しつつチューリング完全性（任意の計算やプログラムを実行可能）をサポートすることを目指しています。

Bitlayerの主な目的は、ビットコイン第2層技術における安全性とチューリング完全性のトレードオフ問題を解決することです。その設計思想は、BitVM、DLC/LN（離散対数契約／ライトニングネットワーク）プロトコル、およびEVM（イーサリアム仮想マシン）を含む複数のVM技術から着想を得ています。

プロジェクトの技術チームはこれらのアイデアから、以下の3つの主要タスクを抽出しました：

第一層資産の信頼不要な入出金
チューリング完全な第2層仮想マシンによるステート変換
第1層による第2層ステート変換の有効性検証

そのコア機能と動作原理は、スマートコントラクトの実行、高スループット取引処理、クロスチェーン資産移転などのより複雑な応用シナリオを支援するために、いくつかのキーテクノロジーコンポーネントを中心に構築されています。

主要機能

チューリング完全なスマートコントラクトのサポート：Bitlayerは、イーサリアム仮想マシン（EVM）と互換性を持つチューリング完全な仮想マシン（BitVM）を実装することで、開発者がビットコイン上で複雑なスマートコントラクトを記述・実行できるようにします。これはビットコインのネイティブ機能では不可能であり、分散型アプリケーション（DApps）の開発可能性をビットコインエコシステムに広くもたらします。
高効率な取引処理：楽観的巻き込み技術と階層型検証メカニズムを活用することで、Bitlayerは取引処理速度とシステムの拡張性を大幅に向上させます。これにより第2層ネットワーク上で多数の取引を処理でき、紛争が発生した場合にのみオンチェーン検証を行うため、メインチェーンの負担と取引コストが削減されます。
安全なクロスチェーン資産移転：OP_DLCブリッジを通じて、Bitlayerはビットコイン本体チェーンと第2層間でのビットコインおよび他の資産の安全かつシームレスな移転を実現します。このブリッジ技術は異なるブロックチェーンプラットフォーム間の流動性を可能にし、同時に資産の安全性とユーザーの管理権を保証します。

コアメカニズム

BitVMに基づくビットコイン第2層ソリューションとして、Bitlayerは階層型仮想マシン（Layered Virtual Machine）技術を採用し、ゼロ知識証明（ZKP）と楽観的検証（Optimistic Verification）メカニズムを利用して多様な複雑な計算をサポートします。さらに、OP_DLC（Optimistic Discreet Log Contracts）とBitVMブリッジによって、二重チャネル双方向ロック資産ブリッジを構築し、ビットコイン第1層と同等のセキュリティを実現しています。

BitVM

BitVMはBitlayerプロジェクトの核となるコンポーネントであり、ビットコインエコシステム専用に設計されたチューリング完全仮想マシンです。その主な目的は、ビットコインネットワーク固有のセキュリティと非中央集権性を損なうことなく、その機能性とプログラマビリティを拡張することにあります。以下にBitVMの詳細を示します：

設計目標

BitVMの設計目標は、特にスマートコントラクトと複雑な計算能力において、ビットコインのネイティブプロトコルが抱える制限を克服することです。ビットコインは最も安全なブロックチェーンの一つですが、複雑なスマートコントラクトをサポートしていないため、DeFi（分散型金融）など特定の用途での利用が制限されています。

チューリング完全性

BitVMはチューリング完全であり、十分なリソースがあれば任意の複雑な計算タスクを実行できます。この特性により、開発者はビットコインネットワーク上で自動取引戦略、金融派生商品、スマートコントラクトなど、さまざまな複雑な分散型アプリケーションを設計・運用できるようになります。

要するに、BitVMはBitlayerプロジェクトのキーテクノロジーであり、安全で拡張可能かつ機能豊かな仮想マシンを提供することで、ビットコインが現在および将来のブロックチェーン応用ニーズに適応できるようにします。それはスマートコントラクトや高スループット応用におけるビットコインの弱点を解消するとともに、トップ暗号通貨としてのセキュリティと非中央集権性を維持しています。

階層型仮想マシン技術（Layered Virtual Machine, LVM）

Bitlayerの階層型仮想マシン技術（LVM）は、ビットコインネットワークの計算能力とプログラマビリティを向上させつつ、その核心的なセキュリティと非中央集権性を保持するための革新的なアーキテクチャ設計です。この技術により、メインチェーンに過大な負荷をかけることなく、第2層上で複雑なスマートコントラクトや他のアプリケーションを実行できます。以下に、この技術の主要構成要素と動作原理を詳しく説明します。

主要構成要素

フロントエンド実行環境：フロントエンド実行環境は、主にスマートコントラクトの実行を担当します。複数のスマートコントラクト言語やフレームワークをサポートし、開発者が特定のアプリケーションに最適なツールや言語を選べるようにします。
バックエンド検証環境：バックエンド環境は、フロントエンドの実行結果の検証に特化しています。通常、ゼロ知識証明（ZKP）技術を用いて、具体的な実行情報を公開せずに計算結果の正確性を検証します。

動作原理

階層型仮想マシンの核となる考え方は、計算と検証を分離して処理することです。この階層構造により、第2層上で大量の計算処理を行い、必要な検証情報だけをビットコインメインチェーンに提出することが可能になり、メインチェーンの負担を大きく軽減します。

スマートコントラクトの実行：
開発者はフロントエンド実行環境にスマートコントラクトを展開します。これらは金融派生商品、ゲーム、または複雑なロジック処理を必要とする他のアプリケーションである可能性があります。
コントラクトが実行されると、関連する計算はビットコインメインチェーンではなく第2層上で行われます。
ゼロ知識証明の生成：
スマートコントラクトの実行が完了すると、バックエンド検証環境がゼロ知識証明を生成します。この証明は、実行内容を明らかにせずにフロントエンドの実行の正当性を立証できます。
これらの証明はその後、ビットコインメインチェーンに提出され、検証が必要な誰もが利用できます。
オンチェーン検証：
ゼロ知識証明がビットコインメインチェーンに提出された後、誰でも再計算なしにスマートコントラクトの実行が誤りがないことを検証できます。
これにより、計算の透明性と検証可能性が確保されるだけでなく、実行情報のプライバシーも保護されます。

利点

高効率性：第2層で大部分の計算を実行することで、階層型仮想マシンはメインチェーンの負担を大幅に削減し、システム全体のスループットと効率を向上させます。
柔軟性：複数のスマートコントラクト言語と実行環境をサポートし、開発者に幅広い選択肢を提供して、さまざまなアプリケーションの革新と発展を促進します。
安全性：ゼロ知識証明技術を活用してユーザーのプライバシーを保護しつつ、計算結果の正確性と改ざん防止を保証します。

階層型仮想マシン技術は、Bitlayerが安全性と非中央集権性を犠牲にせず、ビットコインネットワークに複雑なスマートコントラクト機能を追加しようとするキーテクノロジーです。この革新的な技術枠組みは、ビットコインの機能拡張に新たな可能性を提供し、現代の多様なブロックチェーン応用ニーズに対応できるようにします。

ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proofs, ZKP）

ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proofs, ZKP）は、ある当事者（証明者）が別の当事者（検証者）に対して、ある命題が真であることを、その命題以外の情報を一切開示せずに証明できる暗号技術です。この技術はプライバシーを保護しつつ、データの完全性と安全性を確保します。Bitlayerプロジェクトでは、ZKP技術がセキュリティ強化、効率向上、ユーザーのプライバシー保護に利用されています。

基本原理

ゼロ知識証明の核となるのは、情報の正確性を証明しつつ、その内容について何も開示しないことです。例えば、証明者はパスワードを知っていることを証明できる一方で、パスワード自体は明かしません。これは数学的な挑戦と応答の連続によって達成され、正しい情報を知っている人だけが成功できます。

Bitlayerでの応用

Bitlayerでは、ゼロ知識証明は以下の主要な側面で使用されています：

プライバシー保護の強化：ZKPを使用することで、ユーザーは取引に必要な資金があることを証明しつつ、口座残高の正確な額を明かす必要がありません。これによりユーザーのプライバシーが保護され、ネットワークの安全性も確保されます。
取引効率の向上：従来のブロックチェーンシステムでは、各取引の詳細をチェーン上に公開記録する必要があり、プライバシー漏洩やネットワーク混雑を引き起こす可能性があります。ZKPを使用すれば、取引の有効性のみを証明して詳細を表示せずに済み、データの送信と保存の需要を削減できます。
スマートコントラクトの安全な実行：スマートコントラクトにZKPを使用することで、実行結果が正しいことを保証しつつ、コントラクトの内部状態やロジックを漏らしません。これは機密データやロジックを扱うアプリケーションにとって特に重要です。

技術的課題

ゼロ知識証明は多くの利点を提供しますが、以下のような技術的課題にも直面しています：

計算の複雑さ：ゼロ知識証明の生成と検証プロセスは通常、計算負荷が高いです。これはパフォーマンスの問題につながる可能性があり、特にリソースが限られた環境では顕著です。
設計の複雑さ：効果的で安全なゼロ知識証明システムを設計するには高度な暗号知識と正確な実装が必要です。設計ミスはセキュリティ脆弱性につながる可能性があります。
相互運用性の問題：ゼロ知識証明の標準や実装は、異なるシステムやプラットフォーム間で互換性がない場合があり、これがクロスプラットフォーム応用の能力を制限する可能性があります。

Bitlayerプロジェクトにおいて、ゼロ知識証明技術はキーコンポーネントであり、ビットコイン第2層ネットワークがビットコインのコアセキュリティ属性を維持しつつ、より高い効率と優れたプライバシー保護を提供できるようにします。必要な場面でZKPを使用することで、Bitlayerは安全かつ効率的なブロックチェーンプラットフォームを提供し、さまざまな複雑かつ機密性の高いブロックチェーン応用をサポートできます。

楽観的検証（Optimistic Verification）

楽観的検証（Optimistic Verification）は、ブロックチェーン第2層ソリューションに用いられる技術で、特にメインチェーンの能力を拡張し、その負荷を軽減するために適しています。この技術は参加者の行動が誠実であると仮定し、即時検証なしで取引やコントラクトを実行することを許可します。紛争が発生した場合にのみ必要な検証が行われ、この方法によりオンチェーン取引の数を効果的に削減し、ネットワーク全体のパフォーマンスと拡張性を向上させます。Bitlayerプロジェクトでは、楽観的検証は高スループットと低遅延を実現するキーテクノロジーの一つです。

動作原理

楽観的検証の基本原理は、ほとんどの取引やコントラクトの実行は正しいものであり、検証プロセスは必要に応じてのみトリガーされることです。これによりオンチェーン操作の必要性が減少し、取引手数料と遅延が低下し、システム全体の拡張性が向上します。

提出段階：
取引やステート変更はまず第2層ネットワーク（例：Bitlayer）上で実行され、その有効性が仮定されます。この段階では即時のオンチェーン検証は不要で、遅延と費用が大幅に削減されます。
チャレンジウィンドウ：
提出された各ステートや取引には「チャレンジウィンドウ」があり、この期間中にネットワーク参加者は提出されたステートに異議を唱えることができます。このウィンドウ期間中にチャレンジがなければ、取引は有効と見なされます。
紛争解決：
チャレンジが発生した場合、オンチェーン検証によって紛争を解決する必要があります。これはステートの有効性または無効性を証明する証拠の提出を含みます。チャレンジが成功すれば、不正なステートはロールバックされ、失敗すればステートが確定します。

Bitlayerでの応用

Bitlayerプロジェクトでは、楽観的検証により、ビットコインのコアセキュリティ属性を維持しながら、取引処理速度とシステムの拡張性を著しく向上させることができます。以下はBitlayerが楽観的検証を利用する主な応用例です：

スマートコントラクトの実行：
Bitlayerは第2層で複雑なスマートコントラクトを実行でき、紛争が発生した場合にのみオンチェーン検証が必要です。これにより、Bitlayerはネイティブビットコインプロトコルよりも複雑で機能豊かなアプリケーションをサポートしつつ、コアのセキュリティと非中央集権性を維持できます。
一括取引処理：
楽観的検証により、Bitlayerはまず第2層で多数の取引を処理し、それらの最終ステートを単一の提出としてまとめてビットコインメインチェーンに記録できます。これによりメインチェーンの負担が減少し、全体の取引スループットが向上します。
コスト効率：
即時オンチェーン検証の必要性を減らすことで、楽観的検証は取引手数料を大幅に削減し、少額取引をブロックチェーン上で経済的に実行可能にします。

課題と考慮点

楽観的検証は顕著なパフォーマンス上の利点を提供しますが、主にセキュリティとデータ完全性に関する課題も伴います。取引の正確性を確保するためにチャレンジメカニズムに依存しているため、詐欺行為を防ぎ、ネットワーク参加者が潜在的なチャレンジに迅速かつ効果的に対応できるように、システムを慎重に設計する必要があります。また、チャレンジウィンドウの期間や紛争解決メカニズムの設計も、システムの公平性と効率を保証するために細心の注意を払って行う必要があります。

総じて、楽観的検証はBitlayerのような第2層ソリューションに効果的な拡張経路を提供し、オンチェーン操作の必要性を減らすことで、安全性を保ちながらブロックチェーンシステムの拡張性と経済性を大幅に向上させます。

OP_DLCブリッジ（Optimistic Discreet Log Contracts Bridge）

OP_DLCブリッジ（Optimistic Discreet Log Contracts Bridge）は、Bitlayerプロジェクトで資産のクロスチェーン移転を実現するキーテクノロジーです。この技術はDiscreet Log Contracts (DLC) と楽観的プロトコル（Optimistic Protocols）を組み合わせたもので、資産がビットコイン本体チェーンとBitlayer第2層間を安全に、信頼性高く、非中央集権的に流通できるようにすることを目的としています。

Discreet Log Contracts (DLC)

Discreet Log Contractsは、外部のオラクルに依存せずに、あらかじめ定義された条件に基づいてコントラクトを実行できるビットコインベースのスマートコントラクト形式です。DLCの実装は主にビットコインスクリプトとマルチシグ技術に依存しており、コントラクトの実行が完全にオンチェーンで、透明かつ改ざん不可であることを保証します。

OP_DLCブリッジの動作原理

資産のロック：
ユーザーはまず、ビットコイン本体チェーン上でDLCコントラクトを通じて資産をロックします。つまり、資産は特定のスマートコントラクトアドレスに保管され、コントラクト条件を満たした場合にのみ解放または移転されます。
クロスチェーン移転：
資産が本体チェーンでロックされると、対応するトークンがBitlayer第2層で作成されます。これらのトークンはDLCコントラクトによって完全に管理されており、本体チェーン資産との一対一の対応関係が確保されます。
ユーザーはBitlayer上でこれらのトークンを自由に取引でき、低コストで高速な取引体験を享受できます。
資産の償還：
ユーザーが第2層のトークンを本体チェーン資産に戻したい場合、Bitlayer上で償還リクエストを開始する必要があります。
このリクエストによりDLCコントラクトの実行がトリガーされ、トークンが破棄され、対応する資産がスマートコントラクトから解放され、ユーザーのビットコインアドレスに送られます。
楽観的検証：
全体のプロセスを通じて、楽観的プロトコルにより、紛争が発生した場合にのみ関連取引のオンチェーン検証が必要になります。これによりシステムの効率と拡張性が大幅に向上します。

OP_DLCブリッジの利点

安全性：ビットコインベースのDLCコントラクトを使用することで、資産のロックと移転の安全性と透明性が確保されます。
効率性：楽観的プロトコルにより、オンチェーン検証の必要性が削減され、取引処理速度が向上し、コストが低下します。
非中央集権性：中央集権的なオラクルや第三者サービスに依存せず、すべての操作がオンチェーンで自動的に完結するため、システムの非中央集権性が保証されます。
柔軟性：複数種類のクロスチェーン資産移転をサポートし、ビットコインエコシステムの応用範囲を拡大します。

要するに、OP_DLCブリッジは、資産がビットコイン本体チェーンと第2層ネットワーク間で安全かつ効率的に流通するためのBitlayerのコアテクノロジーです。DLCの安全性と楽観的プロトコルの効率性を組み合わせることで、強力なクロスチェーン資産管理ツールをユーザーに提供します。

Bitlayer NFT

Bitlayerは、メインネットV1のリリース後に、初の公式NFT「Bitlayerラッキーヘルメット」を発表しました。このNFTは単なる画像ではなく、Bitlayerコミュニティの建設者の身分と貢献を象徴するマークです。全5000個のラッキーヘルメットは、アクティブなビットコインおよびBitlayerコミュニティ参加者にホワイトリストを通じて配布されます。

ラッキーヘルメット保有者は、優先的なガバナンス権、潜在的なトークンエアドロップ権、公式イベントポイント、エコシステムプロジェクト内でのポイント倍増といった実用的な特典を享受します。さらに、ラッキーヘルメットはOrdinals発行方式を採用しており、流通効率の最適化と取引コストの最小化を実現しています。

ラッキーヘルメットの取得方法には、優先パスと一般許可リストがあり、それぞれBitlayerエコシステムで最も早期かつアクティブな参加者、およびOKXウォレットとの共同イベント「Bitlayer x OKX Wallet」で獲得できる限定ホワイトリストが対象です。これらのNFTは指定された期間内に鋳造され、公式サイトで規定時間内に鋳造プロセスを完了する必要があります。

チーム／パートナー／資金調達状況

BitlayerはCharlie Yechuan Hu氏とKevin He氏によって共同設立されました。

Charlie Yechuan Hu氏はBitlayerの共同創業者で、以前はLucidBlue Venturesのマネージングパートナーを務め、Polygon、Tezos、Polkadotなどのプロジェクトに関与していました。ニーハラッド商科大学および北京外国語大学を卒業しています。Hu氏はTezosおよびPolygonの影響力拡大に重要な役割を果たしており、特にTezos中国のビジネス開発責任者として活躍し、その後はPolygonの中国および東南アジア地域の業務監督を担当しました。

Kevin He氏はBitlayerの共同創業者で、新火科技のCTO、火幣の上級技術ディレクター、YOUChainのチーフサイエンティストを歴任しています。北京大学ソフトウェア工学修士号を取得しています。

これまでに、Bitlayerは500万ドルのシード資金調達を成功裏に完了しました。このラウンドはFramework VenturesとABCDE Capitalが主導し、StarkWare、OKX Ventures、Alliance DAO、UTXO Management、Asymmetric Capitalなど多数の著名投資機関が参加しました。また、MessariのCEO Ryan Selkis氏、共同創業者Dan McArdle氏、Asymmetric Capital創設者Dan Held氏など、複数の著名エンジェル投資家も参画しています。

さらに、Bitlayerは5000万ドル規模の開発者エアドロップ活動を発表し、500以上のプロジェクトが応募しています。応募プロジェクトはインフラ、DeFi、インスクリプション、SocialFi、クロスチェーンブリッジなど多岐にわたり、活動開始48時間以内に30万人以上のユーザーが応援プロジェクトに投票しています。この活動は4月29日まで応募を受け付け、正式なコンテストは5月中旬に予定されており、プロジェクトはランキングやアクセラレータープログラムを通じて5000万ドル相当のトークンエアドロップおよびGrantを獲得できます。