比特幣的可編程性探索:從RGB到Arch Network

比特幣作爲當前流動性最高且最安全的區塊鏈,在銘文熱潮後吸引了大量開發者。這些開發者迅速關注到比特幣的可編程性和擴容問題,並通過引入ZK、DA、側鏈、rollup、restaking等方案來解決。這些努力使得比特幣生態的繁榮達到了新的高度,成爲本輪牛市的核心焦點。

然而,很多設計延續了以太坊等智能合約平台的擴容經驗,且往往依賴中心化跨鏈橋,存在薄弱環節。基於比特幣本身特點設計的方案相對較少,這與比特幣的開發者體驗不佳有關。比特幣存在一些限制使其難以像以太坊那樣運行智能合約:

1. 爲安全考慮,比特幣腳本語言限制了圖靈完備性,無法執行復雜智能合約。
2. 比特幣區塊鏈存儲針對簡單交易設計,未對復雜智能合約進行優化。
3. 比特幣缺乏運行智能合約的虛擬機。

2017年的隔離見證(SegWit)擴大了比特幣區塊大小限制;2021年的Taproot升級使批量籤名驗證成爲可能,加快了交易處理速度。這些升級爲比特幣的可編程性創造了條件。

2022年,開發者Casey Rodarmor提出"Ordinal Theory",概述了聰的編號方案,使在比特幣交易中嵌入任意數據成爲可能。這爲直接在比特幣鏈上嵌入狀態信息和元數據開闢了新的可能性,爲需要可訪問和可驗證狀態數據的應用程序提供了新思路。

目前,大多數擴展比特幣編程性的項目依賴二層網路(L2),這要求用戶信任跨鏈橋,成爲L2獲取用戶和流動性的主要障礙。此外,比特幣缺乏原生虛擬機或可編程性,無法在無需額外信任假設的情況下實現L2與L1的通信。

RGB、RGB++和Arch Network都試圖從比特幣原生屬性出發,增強其可編程性,通過不同方法提供智能合約和復雜交易能力:

1. RGB是一種通過鏈下客戶端驗證的智能合約方案,將智能合約的狀態變化記錄在比特幣的UTXO中。雖有一定隱私優勢,但使用繁瑣且缺乏合約可組合性,發展緩慢。

2. RGB++是Nervos基於RGB思路的另一擴展路線,仍基於UTXO綁定,但通過將鏈本身作爲具備共識的客戶端驗證者,提供了元數據資產跨鏈解決方案,支持任意UTXO結構鏈的轉移。

3. Arch Network爲比特幣提供了原生智能合約方案,創建ZK虛擬機和對應驗證者節點網路,通過聚合交易將狀態變化與資產階段記錄在比特幣交易中。

RGB

RGB是比特幣社區早期的智能合約擴展思路,通過UTXO封裝記錄狀態數據,爲後續比特幣原生擴容提供了重要思路。

RGB採用鏈下驗證,將代幣轉移驗證從比特幣共識層移至鏈下,由特定交易相關客戶端驗證。這減少了全網廣播需求,增強隱私和效率。然而,這種隱私增強方式也是把雙刃劍。雖然增強了隱私保護,但導致第三方不可見,使實際操作復雜且難以開發,用戶體驗較差。

RGB引入單次使用密封條概念。每個UTXO只能被花費一次,相當於創建時上鎖,花費時解鎖。智能合約狀態通過UTXO封裝並由密封條管理,提供了有效的狀態管理機制。

RGB++

RGB++是Nervos基於RGB思路的另一擴展路線,仍基於UTXO綁定。

RGB++利用圖靈完備的UTXO鏈(如CKB或其他鏈)處理鏈下數據和智能合約,進一步提升比特幣可編程性,並通過同構綁定比特幣保證安全性。

RGB++採用圖靈完備的UTXO鏈作爲影子鏈,處理鏈下數據和智能合約。這種鏈可執行復雜智能合約,還能與比特幣UTXO綁定,增加系統編程性和靈活性。比特幣UTXO和影子鏈UTXO同構綁定,確保兩鏈間狀態和資產一致性,保證交易安全。

RGB++擴展到所有圖靈完備的UTXO鏈,提升跨鏈互操作性和資產流動性。多鏈支持允許RGB++與任何圖靈完備UTXO鏈結合,增強系統靈活性。同時,通過UTXO同構綁定實現無橋跨鏈,避免了"假幣"問題,確保資產真實性和一致性。

通過影子鏈進行鏈上驗證,RGB++簡化了客戶端驗證過程。用戶只需檢查影子鏈相關交易,即可驗證RGB++狀態計算正確性。這種鏈上驗證簡化了驗證過程,優化用戶體驗。使用圖靈完備影子鏈,RGB++避免了RGB復雜的UTXO管理,提供更簡化和用戶友好的體驗。

Arch Network

Arch Network主要由Arch zkVM和Arch驗證節點網路組成,利用零知識證明(zk-proofs)和去中心化驗證網路確保智能合約安全和隱私,比RGB更易用,且無需像RGB++那樣綁定另一條UTXO鏈。

Arch zkVM使用RISC Zero ZKVM執行智能合約並生成零知識證明,由去中心化驗證節點網路驗證。系統基於UTXO模型運行,將智能合約狀態封裝在State UTXOs中,提高安全性和效率。

Asset UTXOs用於代表比特幣或其他代幣,可通過委托管理。Arch驗證網路通過隨機選出的leader節點對ZKVM內容驗證,使用FROST籤名方案聚合節點籤名,最終將交易廣播到比特幣網路。

Arch zkVM爲比特幣提供圖靈完備虛擬機,能執行復雜智能合約。每次合約執行後,生成零知識證明,用於驗證合約正確性和狀態變化。

Arch使用比特幣UTXO模型,狀態和資產封裝在UTXO中,通過單次使用概念進行狀態轉換。智能合約狀態數據記錄爲state UTXOs,原數據資產記錄爲Asset UTXOs。Arch確保每個UTXO只能被花費一次,提供安全狀態管理。

Arch雖未創新區塊鏈結構,但需要驗證節點網路。每個Arch Epoch期間,系統根據權益隨機選擇Leader節點,負責將信息傳播到網路內其他驗證者節點。所有zk-proofs由去中心化驗證節點網路驗證,確保系統安全性和抗審查性,並生成籤名給Leader節點。交易獲得所需數量節點簽署後,可在比特幣網路廣播。

結論

在比特幣可編程性設計方面,RGB、RGB++和Arch Network各具特色,但都延續了綁定UTXO思路。UTXO的一次性使用鑑權屬性更適合智能合約記錄狀態。

然而,這些方案也存在明顯劣勢,如糟糕的用戶體驗,與比特幣一致的確認延遲和低性能。雖然擴展了功能,但未提升性能,這在Arch和RGB中尤爲明顯。RGB++雖通過引入高性能UTXO鏈提供更好用戶體驗,但也帶來額外安全性假設。

隨着更多開發者加入比特幣社區,我們將看到更多擴容方案,如op-cat升級提案正在積極討論中。切合比特幣原生屬性的方案值得重點關注。在不升級比特幣網路前提下,UTXO綁定是擴展比特幣編程最有效方法。只要解決好用戶體驗問題,將成爲比特幣智能合約的重大進步。