AVM：シミュレーション仮想マシン上のビットコインスマートコントラクト

就在本周，++@atomicalsxyz++ が最新の AVM 仮想マシンホワイトペーパーを発表しました。昨年の $ATOM や年越しの際に取引された $quark などの ARC-20 トークンを皆さんはまだ覚えていると思います。Atomicals プロトコルの AVM ホワイトペーパーは具体的に何を語っているのか、今後のビットコインエコシステムにどのような影響を与えるのか、以下でプロトコルとホワイトペーパーの内容を分析してみましょう。

一、背景

ビットコインエコシステムの発展に伴い、Segwit、Taproot、Schnorr、MAST、Taproot Scripts などの技術の更新が新しいアプリケーションの誕生を促進しました。この基盤の上に、多くのビットコインのトークン発行方法が生まれ、ビットコインエコシステムの継続的な発展を促進しています。

Ordinals プロトコルの誕生は、ビットコインネットワーク上のサトシ（聪）の概念と密接に関連しています。このプロトコルは、序数（Ordinals）と銘文（Inscriptions）の概念を導入しました。序数は、各サトシにその採掘順序に従って一意の番号を割り当てるもので、サトシが異なるウォレット間で移動しても、その序数識別子は常に変わりません。銘文（Inscriptions）は、サトシに情報を刻むことで実現されます。SegWit と Taproot を組み合わせることで、Ordinals プロトコルはビットコインブロックチェーン上で各サトシに4MB未満のファイル、すなわち銘文を刻むことを可能にします。ビットコインエコシステムの発展に伴い、Ordinals の創設者であるケイシーは、BRC-20 の代替案としてルーン（Runes）の使用を提案しました。BRC-20 と比較して、ルーンはサーバーのコンセンサス層を減少させ、よりシンプルになり、オフチェーンデータに依存せず、ネイティブトークンも必要としないため、ビットコインのネイティブ UTXO モデルに非常に適しています。

私たちが紹介する Atomicals プロトコルの誕生も偶然の産物です。最初に創設者アーサーは、Ordinals プロトコルが発表されたときにその基盤の上で DID プロジェクトを開発したいと考えていましたが、その過程でいくつかの制限に気づきました。その後、2023 年 5 月に Twitter でプロトコルの構想についてのツイートを発信し、昨年の 9 月に正式にローンチされました。Atomicals の ARC-20 概念は、実際には多くの人が理解している銘文プロトコルではなく、むしろ染色コインのようなもので、ビットコインの最小単位であるサトシを基本的な「原子」として使用します。その独自性は、各トークン単位が少なくとも一つのサトシ単位によってサポートされ、未使用の取引出力 UTXO 構造を使用してビットコインを送受信する際の同じルールに従って操作される点にあります。

歴史的な取引記録を追跡し、現在の ARC-20 資産残高を計算する際、人々は ARC-20 トークンに関連するビットコイン UTXO をチェックするだけで、オフチェーンストレージモジュールから追加データを取得する必要はありません。これが ARC-20 と BRC-20 プロトコルの主な違いであり、BRC-20 プロトコルは通常、オフチェーンインデクサーとオフチェーンストレージ層に依存しています。ARC-20 プロトコルはインデックスサーバーのコストを大幅に削減し、分散化の程度を高め、その送金の安全性は BTC ネットワークに依存し、冗長な取引を生じさせず、BTC と同じ原子性を維持し、多様なネイティブアプリケーションの開発に適しています。Atomicals プロトコルは単なる資産発行を目指すのではなく、資産により豊かな使用シーンを提供し、その流動性を高め、機能的にさらなる拡張を図ることを目指しています。

二、AVMとは

ビットコインは元々、ピアツーピアの電子現金システムとして設計されており、一定のスクリプトデータストレージ能力と基本的な OP コード操作を備えています。現在まで、ビットコイン上のすべてのオーバーレイプロトコルは固定または事前定義された状態機械に基づいています。すべてのオーバーレイプロトコルは基本的に二つの状態機械を共有しています：一つはデジタル資産を作成するための信号伝達に使用され、もう一つはこれらのデジタル資産の移転を管理するために使用されます。状態機械のルールは本質的に変更不可能であり、それぞれのオーバーレイプロトコルインデクサーにハードコーディングされています------アプリケーション開発者はデジタル資産の動作をカスタマイズすることができません。

しかし、UTXO モデルと事前定義された状態遷移ルールの制限により、この無状態モデルは BTC 単一資産の有限な管理しか処理できません。ビットコインネットワーク上で BRC20、ARC20、Runes などの資産を新たに追加するには、これらの資産のストレージ、取引、状態変化を記録するために、より複雑な動的「状態機械」モデルが必要です。その一つの方法は、外部プロトコルや Layer 2 ソリューションを採用することです。例えば、以前の記事で言及した Nervos Network、RGB、Lightning Network などは、オフチェーンで「状態機械」モデルを構築しています。もう一つの方法は、スクリプト機能を直接拡張し、新しい操作コードやストレージスペースを追加することです。例えば、Covenant や OP_CAT などの BIP 提案があります。しかし、問題は第一の方法が短期間で合意を得るのが難しいのに対し、第二の方法には不確実性があることです。

AVM 仮想マシンは、両者の間の解決策を提供し、ビットコインメインネット上に仮想マシン実行環境を直接構築し、特殊な処理方法で複雑な資産の作成と移転を実現し、アプリケーション開発者がそのデジタル資産の任意のルールを完全にカスタマイズし定義できるようにします。基本的な考え方は、開発者がスマートコントラクトコードを取引のデータセグメントに配置できるようにし、すべての関係者が実行できるようにすることです。コードをブロックチェーン上に保存することで、異なる関係者は同じ方法でロジックを実行することによって状態を簡単に同期できます。

三、動作原理

私たちは、スマートコントラクトプログラミング言語は少なくとも以下の重要な属性を備えているべきだと知っています：予測可能な実行時間、チューリング完全性、リソース制限されたシステムでの効率的な実行能力。上記の要件から見ると、ビットコインスクリプトはデジタル資産の作成と移転ルールを定義する命令セットとして非常に適しています。スマートコントラクトプログラムコードはビットコイン取引に保存され、オーバーレイプロトコルインデクサーがこれらのコードを実行してさまざまなメソッド呼び出しや状態遷移を行います。すべての関係者は同じロジックを実行し、同じ状態遷移に達することで、自発的な合意を形成します。

ビットコイン仮想マシンとそのスクリプトインタープリターを模倣して、さまざまなオーバーレイデジタル資産のスマートコントラクトを作成し実行します。ビットコインブロックチェーンはタイムスタンプとデータ提供者として機能し、スマートコントラクトプログラムをチェーン上に保存しますが、これらのプログラムの実行はオーバーレイプロトコルインデクサーによってサンドボックス実行時に行われます。オーバーレイプロトコルインデクサーノードは、アプリケーション開発者、サービスプロバイダー、ユーザーによって共同で操作され、新たな合意を形成します：

1. ビットコインスクリプトの模倣：ビットコイン命令セットは、二重スタック PDA によってチューリング完全性を実現しています；

2. サンドボックス実行環境：全体のシミュレーターは制御された隔離環境にあり、サンドボックス内の実行と外部の実行は互いに干渉しません；

3. 状態ハッシュ：参加者がそのインデクサーの状態が正しく同期されているかを検証できるようにし、状態不一致の潜在的な攻撃を防ぎます。

簡単に言えば、AVM は現在の BTC の限られたストレージスペースと OP コード処理フレームワークを直接利用し、各 BTC メインネット取引に特殊なエンコーディングとデコーディング方式を導入することで、サンドボックス環境を実現します。このサンドボックスはビットコインスクリプトインタープリターの簡略版であり、いくつかの顕著な違いがあります。例えば、実行ロックスクリプト（scriptPubKey）やアンロックスクリプト（scriptSig）を直接受け入れ、トークンの状態や保護されたメモリスナップショットなどのさまざまなデータを扱うことができ、この環境は資産のストレージ、取引記録などの一連の処理を独立して完了し、複雑なスマートコントラクト処理や状態の同期と検証を実現します。

四、未来の発展

では、今後 AVM にはどのような可能性があるのでしょうか。AVM はスマートコントラクトや dApp を処理できる高度な実行環境を提供し、性能を向上させるためのカスタム命令セットを備え、ガス代を削減し、状態遷移機能を最適化して並列処理能力を増加させ、スループットとスケーラビリティを向上させます。また、AVM は相互運用性とクロスチェーン通信を実現します。簡単に言えば、AVM は Atomicals プロトコルがさまざまなタスクを実行できるようにし、単なるトークン発行メカニズムを超えたものとなります。資産の発行や管理などのニーズを満たした上で、ビットコインエコシステムを本当に発展させることができ、より大規模なアプリケーションやシステムアーキテクチャの実現が可能になります。

AVM には多くの制限があることも事実です。例えば、ARC20 資産のみを操作でき、メインネットのブロック生成速度や手数料の下でのスマートコントラクトの可用性は依然として未知数です。また、ビットコインスクリプト言語はリソース制限された環境での使用を目的として設計されていますが、複雑なスマートコントラクトは依然として大量の計算リソースを消費する可能性があり、実行効率に関しては疑問が残ります。しかし、その登場は依然として興奮を呼び起こし、さらなる技術革新の突破を期待しています。

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