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：

1. 比特币的脚本语言为保证安全性而限制了图灵完备性，无法像以太坊那样执行复杂的智能合约。
2. 比特币区块链的存储结构针对简单交易优化，不适合复杂的智能合约。
3. 比特币缺乏专门用于运行智能合约的虚拟机。

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：

1. 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。

2. 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。

3. 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。