比特幣生態的可編程性擴展探索

比特幣作爲當前流動性最佳且安全性最高的區塊鏈，近期因銘文熱潮吸引了大量開發者。這些開發者迅速意識到比特幣面臨的可編程性和擴容挑戰。通過引入ZK、DA、側鏈、rollup、restaking等創新方案，比特幣生態正迎來空前繁榮，成爲本輪牛市的核心焦點。

然而，多數方案沿用了以太坊等智能合約平台的擴容經驗，並依賴中心化跨鏈橋，這成爲系統的潛在弱點。鮮有方案基於比特幣自身特性設計，這與比特幣開發體驗不佳有關。比特幣難以像以太坊那樣支持智能合約，主要有三個原因：

1. 比特幣腳本語言爲保證安全性限制了圖靈完備性，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年隔離見證(SegWit)擴大了區塊大小限制；2021年Taproot升級實現批量籤名驗證，加速交易處理。這些進展爲比特幣的可編程性奠定了基礎。

2022年，開發者Casey Rodarmor提出"Ordinal Theory"，概述了聰的編號方案，使任意數據可嵌入比特幣交易，爲直接在鏈上嵌入狀態信息和元數據開闢新途徑，這對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，大多數增強比特幣編程性的項目依賴二層網路(L2)，用戶必須信任跨鏈橋，這成爲L2獲取用戶和流動性的障礙。此外，比特幣缺乏原生虛擬機或可編程性，無法在無額外信任假設下實現L2與L1通信。

RGB、RGB++和Arch Network嘗試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，狀態變化記錄在比特幣UTXO中。雖具隱私優勢，但使用繁瑣，缺乏合約可組合性，發展緩慢。

2. RGB++是Nervos基於RGB思路的擴展路線，仍基於UTXO綁定，但將鏈本身作爲具備共識的客戶端驗證者，提供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爲比特幣提供原生智能合約方案，創建ZK虛擬機和驗證者節點網路，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方案

RGB是比特幣社區早期智能合約擴展思路，通過UTXO封裝記錄狀態數據，爲後續原生擴容提供重要思路。

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。這減少全網廣播需求，增強隱私和效率。然而，這種隱私增強方式是把雙刃劍。僅讓特定交易相關節點參與驗證雖增強隱私，但導致第三方不可見，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，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，提供有效狀態管理機制。

RGB++方案

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BTC保證安全性。

RGB++使用圖靈完備UTXO鏈作影子鏈，處理鏈下數據和智能合約。這類鏈可執行復雜智能合約，並與比特幣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++擴展支持所有圖靈完備UTXO鏈，不限於CKB，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"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++簡化客戶端驗證。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。這種鏈上驗證簡化過程，優化用戶體驗。使用圖靈完備影子鏈，RGB++避免RGB復雜UTXO管理，提供更簡化和用戶友好體驗。

Arch Network方案

Arch Network主要由Arch zkVM和驗證節點網路組成，利用零知識證明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，無需像RGB++綁定另一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代表比特幣或其他代幣，可通過委托管理。驗證網路通過隨機選出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，執行復雜智能合約。每次合約執行後生成零知識證明，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需要驗證節點網路。每個Epoch期間，系統根據權益隨機選擇Leader節點，負責信息傳播。所有證明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。

總結

RGB、RGB++和Arch Network在BTC可編程性設計上各具特色，延續綁定UTXO思路。UTXO一次性使用的鑑權屬性更適合智能合約記錄狀態。

然而，這些方案存在明顯劣勢：用戶體驗差，與BTC一致的確認延遲和低性能。Arch和RGB僅擴展功能未提升性能；RGB++引入高性能UTXO鏈改善用戶體驗，但提出額外安全性假設。

隨着更多開發者加入BTC社區，我們將看到更多擴容方案，如op-cat升級提案正積極討論。切合BTC原生屬性的方案值得重點關注。UTXO綁定方法是不升級BTC網路前提下，擴展BTC編程最有效方法。解決用戶體驗問題將爲BTC智能合約帶來巨大進步。