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比特币生态可编程性革新:RGB、RGB++和Arch Network方案深度解析
比特币生态的可编程性探索
比特币作为当前流动性最佳且最安全的区块链,近期吸引了大量开发者的关注。随着铭文技术的兴起,开发者们开始深入研究比特币的可编程性和扩容问题。通过引入零知识证明、数据可用性、侧链、rollup和重质押等创新方案,比特币生态正迎来新的繁荣期,成为本轮牛市的核心焦点。
然而,许多现有的设计方案沿用了以太坊等智能合约平台的扩容经验,往往依赖中心化的跨链桥,这成为系统的潜在弱点。较少有方案是基于比特币本身特性设计的,这与比特币的开发环境不够友好有关。比特币存在一些限制,使其难以像以太坊那样执行智能合约:
近年来,比特币网络经历了一些重要升级。2017年的隔离见证(SegWit)提高了区块大小限制;2021年的Taproot升级使得批量签名验证成为可能,简化了原子交换、多重签名钱包和条件付款等操作。这些升级为比特币的可编程性奠定了基础。
2022年,开发者Casey Rodarmor提出"Ordinal Theory",引入了聪的编号方案,使得在比特币交易中嵌入图像等任意数据成为可能。这为直接在比特币链上存储状态信息和元数据开辟了新的途径,为需要可访问和可验证状态数据的智能合约应用提供了新的思路。
目前,大多数扩展比特币编程性的项目依赖于二层网络(L2),这要求用户信任跨链桥,成为L2获取用户和流动性的一大障碍。此外,比特币缺乏原生的虚拟机或可编程性,难以在无需额外信任假设的情况下实现L2与L1的通信。
RGB、RGB++和Arch Network等项目尝试从比特币原生属性出发,增强其可编程性,通过不同方法提供智能合约和复杂交易的能力:
RGB是一种通过链下客户端验证的智能合约方案,将合约状态变化记录在比特币的UTXO中。虽然具有一定的隐私优势,但使用复杂,缺乏合约的可组合性,发展较为缓慢。
RGB++是在RGB思路基础上的另一种扩展方案,仍基于UTXO绑定,但通过将链本身作为具备共识的客户端验证者,提供了元数据资产跨链的解决方案,支持任意UTXO结构链的资产转移。
Arch Network为比特币提供了原生的智能合约方案,创建了ZK虚拟机和对应的验证者节点网络,通过聚合交易将状态变化与资产转移记录在比特币交易中。
RGB
RGB是比特币社区早期的智能合约扩展思路,通过UTXO封装方式记录状态数据,为后续比特币原生扩容提供了重要思路。
RGB采用链下验证方式,将代币转移的验证从比特币的共识层移到链下,由特定交易相关的客户端进行验证。这种方式减少了全网广播需求,增强了隐私和效率。然而,这种隐私增强方式也是把双刃剑。虽然增强了隐私保护,但也导致第三方不可见,使得实际操作过程复杂且难以开发,用户体验较差。
RGB引入了单次使用密封条的概念。每个UTXO只能被花费一次,相当于在创建UTXO时上锁,在花费时解锁。智能合约的状态通过UTXO封装并通过密封条管理,提供了有效的状态管理机制。
RGB++
RGB++是在RGB思路基础上的另一种扩展方案,仍基于UTXO绑定。
RGB++利用图灵完备的UTXO链(如CKB或其他链)处理链下数据和智能合约,进一步提升了比特币的可编程性,并通过同构绑定BTC来保证安全性。
RGB++采用图灵完备的UTXO链作为影子链,能够执行复杂的智能合约,并与比特币的UTXO进行绑定,增加了系统的编程性和灵活性。比特币的UTXO和影子链的UTXO同构绑定,确保了状态和资产在两条链之间的一致性,保证了交易安全性。
RGB++扩展到所有图灵完备的UTXO链,不再局限于CKB,提升了跨链互操作性和资产流动性。这种多链支持允许RGB++与任何图灵完备的UTXO链结合,增强了系统灵活性。同时,RGB++通过UTXO同构绑定实现无桥跨链,避免了"假币"问题,确保了资产的真实性和一致性。
通过影子链进行链上验证,RGB++简化了客户端验证过程。用户只需检查影子链上的相关交易,即可验证RGB++的状态计算是否正确。这种链上验证方式不仅简化了验证过程,还优化了用户体验。由于使用图灵完备的影子链,RGB++避免了RGB复杂的UTXO管理,提供了更加简化和用户友好的体验。
Arch Network
Arch Network主要由Arch zkVM和Arch验证节点网络组成,利用零知识证明和去中心化验证网络确保智能合约的安全和隐私,比RGB更易用,且无需像RGB++那样绑定另一条UTXO链。
Arch zkVM使用RISC Zero ZKVM执行智能合约并生成零知识证明,由去中心化的验证节点网络进行验证。该系统基于UTXO模型运行,将智能合约状态封装在State UTXOs中,以提高安全性和效率。
Asset UTXOs用于代表比特币或其他代币,并可通过委托方式进行管理。Arch验证网络通过随机选出的leader节点对ZKVM内容进行验证,并使用FROST签名方案聚合节点签名,最终将交易广播到比特币网络。
Arch zkVM为比特币提供了图灵完备的虚拟机,能够执行复杂的智能合约。每次智能合约执行后,Arch zkVM生成零知识证明,用于验证合约的正确性和状态变化。
Arch也使用了比特币的UTXO模型,状态和资产被封装在UTXO中,通过单次使用的概念进行状态转换。智能合约的状态数据被记录为state UTXOs,而原数据资产被记录为Asset UTXOs。Arch确保每个UTXO只能被花费一次,从而提供安全的状态管理。
虽然Arch没有创新区块链结构,但也需要验证节点网络。在每个Arch Epoch期间,系统会根据权益随机选择一个Leader节点,负责将收到的信息传播到网络内的所有其他验证者节点。所有零知识证明都由去中心化的验证节点网络进行验证,确保系统的安全性和抗审查性,并生成签名给Leader节点。一旦交易由所需数量的节点签署,就可以在比特币网络上广播。
结论
在比特币可编程性设计方面,RGB、RGB++和Arch Network各有特色,但都延续了绑定UTXO的思路,UTXO的一次性使用鉴权属性更适合智能合约用于记录状态。
然而,这些方案也存在明显的劣势,主要体现在用户体验方面。它们与比特币一致的确认延迟和低性能意味着只扩展了功能,但没有提升性能,这在Arch和RGB中较为明显。RGB++的设计虽然通过引入更高性能的UTXO链提供了更好的用户体验,但也引入了额外的安全性假设。
随着越来越多的开发者加入比特币社区,我们将看到更多的扩容方案,如op-cat升级提案正在积极讨论中。值得重点关注的是那些切合比特币原生属性的方案。UTXO绑定方法是在不升级比特币网络的前提下,扩展比特币编程方式的最有效方法。只要能解决好用户体验问题,这将是比特币智能合约发展的一大进步。