GOAT Network 發布 GOAT BitVM2 白皮書，挑戰期從 14 天縮至 1 天，加速比特幣 zkRollup 落地

GOAT BitVM2 以比特幣網路作爲結算層，並構建了一個去中心化的排序者網路作爲計算層。

來源：GOAT Network

GOAT Network 正式發布 GOAT BitVM2 白皮書，提出首個可落地的比特幣原生 zkRollup 協議。該協議在繼承原始 BitVM2 協議優勢的基礎上，提出多項創新，系統性解決了其在安全性、挑戰機制與經濟激勵上的關鍵問題，爲比特幣生態的擴容與可編程性奠定了基礎。

BitVM2 的潛力與現實瓶頸

由 Robin Linus 與 ZeroSync 團隊於 2024 年提出的 BitVM2 協議，是一種無需更改比特幣主網協議、即可在鏈上驗證任意計算的創新路徑，爲比特幣 zkRollup 和跨鏈橋創造了可能性。然而，在走向實際應用， 將 BitVM2 用於生產級跨鏈橋時，仍存在以下關鍵性問題：

• 操作員 (Operator) 雙花攻擊：當前 BitVM2 允許操作員提交可驗證但實際上是欺詐的狀態（例如來源於分叉鏈），在用戶提幣時可能觸發雙花攻擊的風險。
• 挑戰流程效率低下：現有機制採用一對一的 ( 質押, 挑戰 ) 關係，並且挑戰週期冗長，導致計算和協調成本高昂。同時，它不支持靈活的提幣金額，降低了資金利用率和用戶體驗。
• 缺乏有效的激勵機制：協議缺乏有效激勵來驅動 Rollup 生態裏的各個角色參與，尤其是挑戰者在多數情況下得不到獎勵，導致誠實及時地發起挑戰的意願不足。在依賴眾籌激勵的系統中，還可能出現獎勵被分配給錯誤參與者的問題，進一步削弱激勵的準確性與有效性。

GOAT BitVM2：三大機制創新

GOAT Network 以工程視角出發，推出 GOAT BitVM2 增強方案，並已將其部署爲 GOAT Netwrok 的核心執行系統，首次將比特幣 zkRollup 推向實際落地。該方案圍繞三項機制進行根本性改進：

1. 加密經濟安全層（Cryptoeconomic Security Layer）

結合比特幣原生 Script 驗證和 GOAT 網路共識層的雙重懲罰機制，大幅提高操作員作惡的成本。該機制還維持合理規模的操作員集，在「1-of-n 誠實節點」假設下確保系統高活性。

2. 快速挑戰機制（Accelerated Dispute Resolution）

採用多輪挑戰者輪替機制，極大縮短了挑戰處理週期，將有效最終性時間降低到 1 天以內。

3. 激勵兼容挑戰經濟模型（Incentive-Aligned Challenge Economy）

成功挑戰者可獲得由惡意提議者質押金構成的「欺詐賞金」。該機制提高了挑戰參與率，並實現了挑戰行爲與操作員作惡風險之間的經濟激勵對齊。

通用 Operator 模型：經濟與架構的一體化重構

爲實現上述機制，GOAT Network 對 BitVM2 中復雜分離的角色體系進行融合與重構。

在傳統 BitVM2 架構中，Rollup 系統包含多種角色，如排序者（Sequencer）、挑戰者（Challenger）、操作員（Operator）和委員會成員（Committee）等。由於這些角色在職責和成本上存在顯著差異，設計一個公平高效的 Rollup 經濟模型和激勵機制成爲一項極具挑戰性的任務。

GOAT Network 的核心創新在於將這些角色統一爲一個單一身分——通用操作員（Universal Operator, 簡稱操作員），並通過角色輪換機制，使所有參與者在不同時間輪流承擔不同職責。所有操作員需在 L2 進行質押，每輪將被分配到特定角色，帶來以下四大優勢：

• 收益與成本平衡：GOAT 網路通過將操作員在盈利角色和高成本角色之間輪換，確保在長期內收入與支出相對平衡，避免部分操作員長期承擔高計算成本。
• 激勵機制對齊：不同角色之間的交叉補貼機制平滑了收益波動，激勵操作員在任何角色下都保持誠實參與。
• 降低參與門檻：中小節點不需要持續承擔高成本角色，也可輕鬆參與，提升系統的去中心化程度和開放性。
• 增強系統韌性：即使個別操作員掉線，系統仍能通過角色靈活分配保持運行，避免對單點的依賴。

總結而言，GOAT Network 將排序者、計算者、挑戰者等行爲角色統一爲一個由質押操作員組成的角色池，所有操作員輪流承擔職責並接受懲罰機制的約束。提議者提交欺詐狀態將被懲罰，挑戰者未盡責或惡意挑戰也會被懲罰。該機制保證誠實行爲在經濟上最優，同時通過明確的輪換機制防止角色長期集中在特定個體手中，從而降低中心化風險。

協議架構概覽：圍繞通用操作員構建的系統閉環

這一架構不僅要涵蓋資產的跨鏈進出流程（Bridge-In & Bridge-Out），還要實現排序器集的可信提交、挑戰過程的鏈上協調，以及 zk 證明的高效生成與驗證。以下是 GOAT BitVM2 協議架構的核心組成部分:

通用操作員模型（Universal Operator Model）

在 GOAT BitVM2 中，每一位通用操作員運行相同的軟件並質押 BTC 以獲得參與資格。通過確定性輪換或基於質押權重的隨機機制，這些操作員輪流擔任以下角色：排序者（Sequencer，負責出塊）、證明者（Prover，生成 zkSNARK 證明）、發布者（Publisher，向 L1 提交狀態數據）以及挑戰者（Challenger，用於質疑欺詐狀態）。每位操作員將經歷既盈利又需承擔成本的角色，從而避免角色集中，並通過多樣性提升系統的容錯能力。

入金與出金流程（Bridge-in 和 Bridge-out）

• 入金（Deposit）：用戶鎖定 BTC 並在 L2 獲得 PegBTC。
• 出金（Withdraw/Peg-out）：無需依賴 L1 驗證復雜的 BitVM2 提幣腳本。相反，GOAT 採用原子交換機制（Atomic Swap）與操作員直接完成提幣流程，同時結合抗欺詐協議確保安全性和可靠性。

排序者集提交（Sequencer Set Commitment）

• 操作員通過比特幣主鏈的 OP_RETURN 提交其公鑰集合的 Merkle Root。
• L2 利用交易內省（Transaction Introspection）功能來驗證歷史 BTC 狀態，並將其與 L1 上的排序者集合匹配。這一設計無需修改比特幣共識規則，同時實現了與 BTC 原生狀態的強對齊。

高效爭議處理與 zkMIPS 性能加持

比特幣原生的 zkRollup 要可落地，必須擁有高效的欺詐檢測與爭議處理系統。GOAT BitVM2 在挑戰模型和證明性能方面做出以下設計：

多輪隨機挑戰機制（Multi-Round Random Challenger Selection）

當需要挑戰者時（如在操作員報銷過程中），系統將從所有已質押的節點中隨機選出挑戰者。如果該挑戰者未及時發起挑戰，系統將再隨機選出一位新挑戰者替補。若新挑戰者成功識別欺詐並發起挑戰，則前面所有未履職的挑戰者將被懲罰（質押被罰沒）。值得注意的是，任何人都可以在任何一輪發起挑戰，因此仍然保持了「1-of-n 誠實參與者」假設的安全性。

此外，隨機角色分配和全面可罰的質押機制，有效防止了賄賂攻擊、系統敲詐（ransom-style extortion）和惡意幹擾（griefing）等行爲。

鏈上與鏈下執行（On-Chain and Off-Chain Execution）

大多數計算邏輯（如 ZKP 生成、欺詐驗證、BitVM2 交互腳本等）在 L2 執行，僅將最終結果（狀態提交、挑戰處理、罰沒操作等）上傳至 L1。這種設計大幅降低了鏈上 Gas 成本，同時確保整個系統的可驗證性。

ZKP 性能提升：自研 zkMIPS

GOAT 自研的 zkMIPS 是兼容 MIPS 指令集的 zkVM，針對 STARK/SNARK 後端進行了性能優化。通過批量處理多個區塊並按週期（如每小時）生成一份統一的證明，GOAT 的證明器實現了極高的成本效率。在挑戰中還可以使用 BitVM2 的「真值表（truth-table）」方法定位爭議位置，從而快速解決爭議。

總結

對比原始 BitVM2：更快，更穩，更落地

GOAT BitVM2 以比特幣網路作爲結算層，並構建了一個去中心化的排序者網路作爲計算層。在「1-of-n 誠實參與者」假設下，該方案成功解決了 BitVM2 中關於靈活金額提幣、挑戰者激勵不足等關鍵性問題。爲了加速樂觀式驗證，GOAT 引入了多輪挑戰機制，大幅提高了欺詐檢測的效率與效果。此外，結合 zkMIPS 高效生成 ZK 證明的能力，GOAT BitVM2 成爲當前比特幣生態中最安全、最具性能的 zkRollup 協議，有望顯著加速 BitVM2 在市場的實際落地。

不僅在技術架構上取得突破，GOAT BitVM2 還構建了一套以通用操作員輪換爲基礎的強大經濟系統。該系統確保排序者、證明者、挑戰者、發布者等職責在所有質押者之間公平分配。通過交易費用分成、欺詐賞金和懲罰機制，協議在鼓勵誠實行爲的同時也對惡意行爲進行經濟懲戒，從而打造了一個可持續、公平且具備彈性的去中心化生態。

GOAT BitVM2 作爲首個真正落地的比特幣 zkRollup 協議，實現了：

• 原生安全性與無需硬分叉的兼容性
• 極速挑戰機制
• 經濟激勵重構
• 高效零知識證明引擎
• BitVM2 從理論模型邁入工程實踐

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