Bitcoin BitVM: Was ist das genau?

Bitcoin-Durchbrüche kommen selten vor. Aber wenn sie es tun, sind sie oft komplex und anfangs schwer zu verstehen. BitVM ist da keine Ausnahme.

Die neue Entwicklung, die im Oktober 2023 aufkam, ermöglicht es Bitcoin, komplexe Berechnungen auf eine Weise zu überprüfen, die keine Änderungen am Netzwerk erfordert. 

Genauer gesagt macht BitVM Bitcoin Turing mithilfe bereits vorhandener Komponenten seiner Programmiersprache Script komplett.

Durch die vollständige Nutzung von Turing könnte die Bitcoin-Blockchain theoretisch genutzt werden, um die Funktionalität von Bitcoin weit über die Vision des „Peer-to-Peer-Electronic-Cash-Systems“ hinaus zu erweitern, die erstmals im Bitcoin-Whitepaper dargelegt wurde.

Die Turing-Vollständigkeit mag zwar wie aus einem Ikigai-Handbuch klingen, wird aber zur Beschreibung von Programmiersprachen verwendet, die beliebige Funktionen berechnen/jedes Problem lösen können.

Der amerikanische Mathematiker Alonzo Church prägte den Begriff erstmals in den 1930er Jahren und bezog sich dabei auf die Arbeit seines Schülers und berühmten englischen Informatikers Alan Turing.

Vor BitVM galt die Programmiersprache Script von Bitcoin nicht als Turing-vollständig. Trotz mehrfacher Bemühungen konnte niemand einen Weg finden, Bitcoin dazu zu bringen, all die Dinge zu tun, die ein moderner Computer tun kann.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass viele die Einfachheit von Bitcoin nicht als Fehler, sondern als entscheidendes Merkmal betrachten.

Der Phantomschöpfer von Bitcoin, Satoshi Nakamoto, hat die Programmierfunktionen von Bitcoin ein Jahr nach der Einführung des Protokolls eingeschränkt.

Du fragst dich vielleicht, warum? Alles hängt von der Sicherheit ab. Je einfacher ein System ist, desto weniger Dinge können schiefgehen.

Nehmen wir zum Beispiel ein Luxusauto mit allen erstklassigen Klingeln und Pfeifen eines normalen Fahrrads.

Sicher, das Luxusauto bietet eine Menge Funktionalität, die man auf dem Rad nicht findet, aber es ist weitaus wahrscheinlicher, dass man auf technische Probleme stößt. Ein traditionelles Fahrrad hingegen hat nur sehr wenige bewegliche Teile und daher viel weniger Dinge, die möglicherweise brechen könnten. Es ist unwahrscheinlich, dass du bei einem Fahrrad auf Lichtprobleme am Armaturenbrett, Luftfederungsfehler oder Probleme beim Spurwechsel triffst, da es diese Funktionen gar nicht erst aufweist.

In diesem Beispiel ist Bitcoin wie ein Fahrrad. Seine Einfachheit verringert letztendlich die Anzahl der Möglichkeiten, wie ein böswilliger Agent sein Netzwerk stören kann. DDoS-Angriffe (Distributed Denial of Service) haben beispielsweise keine Auswirkungen auf das aktuelle Bitcoin-Netzwerk, stellen aber ein großes Problem für andere Projekte mit komplexeren Funktionen dar.

BitVM stellt ein System vor, das jede Berechnung auf der Bitcoin-Blockchain so überprüfbar macht, dass die Sicherheit nicht beeinträchtigt oder das Netzwerk verändert wird. Diese Entwicklung öffnet den Weg für komplexe Berechnungen wie Turing-vollständige Smart Contracts, die alle off-chain abgewickelt werden, um die Überlastung der Bitcoin-Blockchain zu verringern.

Kurz gesagt: Dein Taschenrechner kann MMORPG-Videospiele mithilfe vorhandener Komponenten so unterstützen, dass die Leistung nicht beeinträchtigt wird.

Um zu verstehen, wie BitVM all dies erreicht, fangen wir von vorne an. 

Computer verwenden sogenannte Logikgatter, um Programme auszuführen.

Es klingt kompliziert, aber Logikgatter nehmen einfach einen oder mehrere Binäreingänge (0 und 1en), führen eine kleine Berechnung basierend auf der Art des Logikgatters durch und spucken einen einzigen Ausgang aus.

Dein Smartphone, Tablet oder Laptop wird wahrscheinlich Hunderttausende, wenn nicht Millionen verschiedener Arten von Logikgattern enthalten.

Es gibt eine spezielle Art von Logikgatter, das sogenannte NAND-Gatter. Ein NAND-Gatter wird als universelles Logikgatter bezeichnet, da es zur Erzeugung jeder anderen Art von Logikgatterfunktion verwendet werden kann. Es ist wie das Ditto-Pokémon der Logiktor-Welt.

Genau hier wird BitVM integriert. Die Menschen hinter BitVM entdeckten eine Möglichkeit, NAND-Logikgatter auf Bitcoin mithilfe der vorhandenen Skriptsprache darzustellen.

Die Auswirkungen sind aus zwei Gründen schwerwiegend:

• Es ermöglicht Smart Contracts mit Bitcoin Turing.
• Softwareänderungen, die das Bitcoin-Netzwerk stören könnten, sind nicht erforderlich. Benutzer können das BitVM-Modell sofort nutzen.

Darüber hinaus verifiziert die Bitcoin-Blockchain nur diese Art komplexer Berechnungen On-Chain. Die Ausführung erfolgt off-chain. 

Mit anderen Worten, der Großteil der Arbeit wird woanders verrichtet, nicht auf der Bitcoin-Blockchain selbst. Dadurch wird vermieden, dass das Bitcoin-Netzwerk unnötig belastet wird, was zu hohen Gebühren oder langsameren Bearbeitungszeiten führen könnte.

BitVM ist derzeit auf zwei Parteien beschränkt: einen „Prüfer“ und einen „Verifizierer“.

Nehmen wir an, zwei Parteien möchten gemeinsam über einen Smart Contract mit der Bitcoin-Blockchain Transaktionen durchführen.

Eine Partei (der Prüfer) behauptet, dass der Smart Contract wie angekündigt funktioniert, ohne dass er direkt auf der Bitcoin-Blockchain ausgeführt werden muss.

Die zweite Partei (Prüfstelle) muss eine gewisse Sicherheit haben, dass der Smart Contract wie vorgesehen funktioniert. Beide unterzeichnen gemeinsam eine Reihe von Transaktionen, die dem Prüfer das Recht einräumen, Teile des Smart Contracts anzufechten, und dem Prüfer, zu antworten.

Wenn eine Partei versucht, die andere zu täuschen, oder nicht zusammenarbeitet, erhält die ehrliche Partei alle Mittel, die in den Smart Contract eingezahlt werden, sobald er aktiviert ist.

Im Falle eines Streits können bestimmte Bedingungen des Smart Contract-Programms On-Chain ausgeführt werden, um nachzuweisen, dass betrügerische Aktivitäten stattgefunden haben.

Robin Linus, ein wichtiger Mitarbeiter von ZeroSync, veröffentlichte am 9. Oktober 2023 das BitVM-Whitepaper.

ZeroSync ist eine gemeinnützige Organisation mit Sitz in Zug, Schweiz. Sie konzentriert sich in erster Linie auf die Verbesserung der Skalierbarkeit und des Datenschutzes von Bitcoin durch die Entwicklung von Zero-Knowledge-Proof-Lösungen (ZKP).

BitVM führt ein System zur Ausführung komplexer Berechnungen off-chain ein, bietet ein robustes System der Rechenschaftslegung für beide Beteiligten und ist ohne Software-Upgrade umsetzbar.

Diese Entwicklung legt auch den Grundstein für Rollups im Optimistic-Stil auf Bitcoin. Dieser Prozess würde das Bündeln und Verarbeiten von BTC-Transaktionen Off-Chain und das Einreichen von On-Chain-Nachweisen umfassen. Alle Off-Chain-Transaktionen würden als Teil des optimistischen Ansatzes als gültig angesehen. Nur im Streitfall werden Transaktionen On-Chain ausgeführt, um ihre Gültigkeit zu bestätigen.

Solche Rollups könnten den Transaktionsdurchsatz von Bitcoin erheblich verbessern, genauso wie Optimistic Rollups, die von Protokollen wie Optimism (OP) verwendet werden, die Verarbeitungskapazitäten von Ethereum verbessern.

BitVM stellt aus verschiedenen Gründen einen wichtigen Durchbruch für Bitcoin dar.

Aus technischer Sicht erschließt es das Potenzial des Netzwerks, jede Art komplexer Berechnungen zu überprüfen, wenn auch derzeit in einer begrenzten Zwei-Parteien-Umgebung.

Dieser Fortschritt könnte auch zu neuen Anwendungen und Skalierbarkeitsvorteilen für Bitcoin führen.

Am wichtigsten ist aber, dass die Funktionalität von Bitcoin nie durch das Protokoll, sondern durch die Fantasie der Benutzer eingeschränkt wurde.

Es ist wichtig zu beachten, dass BitVM zwar viele vielversprechende Vorteile bietet, aber nicht ohne Nachteile.

Sowohl Linus als auch andere Beteiligte haben akzeptiert, dass sich dieses Modell noch in der Anfangsphase befindet und weit von einer polierten Lösung entfernt ist. 

Im Folgenden sind einige der Einschränkungen von BitVM aufgeführt, an deren Überwindung das Team noch arbeitet:

• Im aktuellen Zustand ist BitVM nur ein Zwei-Personen-Modell. Diese Beschränkung bedeutet, dass sie keine großen dezentralen Anwendungen mit mehreren Transaktionsparteien unterstützen kann.
• Die On-Chain-Verifizierung könnte die Bitcoin-Blockchain immer noch verstopfen.
• Off-Chain-Berechnungen werden wahrscheinlich riesige Datenmengen erfordern.

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