比特币可编程性的新思路:UTXO绑定智能合约

比特币作为最具流动性和安全性的区块链,在铭文热潮后吸引了大量开发者。他们迅速关注到比特币的可编程性和扩容问题。通过引入ZK、DA、侧链、rollup、restaking等多种方案,比特币生态正迎来空前繁荣,成为当前牛市的主要焦点。

然而,这些设计中很多沿用了以太坊等智能合约公链的扩容经验,且往往依赖中心化跨链桥,存在潜在风险。真正基于比特币特性设计的方案并不多见,这与比特币开发体验不佳有关。比特币难以像以太坊那样运行智能合约,主要有以下原因:

1. 比特币脚本语言为保证安全性限制了图灵完备性,无法执行复杂智能合约。
2. 比特币区块链存储针对简单交易设计,未对复杂智能合约进行优化。
3. 比特币缺乏运行智能合约的虚拟机。

2017年隔离见证(SegWit)增加了区块大小限制;2021年Taproot升级实现批量签名验证,简化了交易处理。这些升级为比特币可编程性创造了条件。

2022年,一位开发者提出"Ordinal Theory",概述了聪的编号方案,实现在比特币交易中嵌入图像等任意数据。这为直接在比特币链上嵌入状态信息和元数据开辟了新的可能性,为智能合约等需要可访问和可验证状态数据的应用提供了新思路。

目前,大多数扩展比特币编程性的项目依赖二层网络(L2),用户必须信任跨链桥,这成为L2获取用户和流动性的挑战。此外,比特币缺乏原生虚拟机或可编程性,无法在无需额外信任假设的情况下实现L2与L1通信。

RGB、RGB++和Arch Network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能力:

1. RGB是一种通过链下客户端验证的智能合约方案,将智能合约状态变化记录在比特币UTXO中。虽具有隐私优势,但使用繁琐且缺乏合约可组合性,发展缓慢。

2. RGB++是另一种基于UTXO绑定的扩展路线,将链本身作为具备共识的客户端验证者,提供元数据资产跨链解决方案,支持任意UTXO结构链的转移。

3. Arch Network为比特币提供原生智能合约方案,创建ZK虚拟机和验证者节点网络,通过聚合交易将状态变化与资产记录在比特币交易中。

RGB:链下验证的智能合约方案

RGB是比特币社区早期智能合约扩展思路,通过UTXO封装记录状态数据,为后续比特币原生扩容提供重要思路。

RGB采用链下验证,将代币转移验证从比特币共识层移至链下,由特定交易相关客户端验证。这减少全网广播需求,增强隐私和效率。然而,这种隐私增强方式也是双刃剑。仅让特定交易相关节点参与验证虽增强隐私保护,但导致第三方不可见,使操作复杂且难以开发,用户体验较差。

RGB引入单次使用密封条概念。每个UTXO只能被花费一次,相当于创建UTXO时上锁,花费时解锁。智能合约状态通过UTXO封装并通过密封条管理,提供有效状态管理机制。

RGB++:利用图灵完备UTXO链

RGB++是另一种基于UTXO绑定的扩展路线。它利用图灵完备UTXO链(如CKB或其他链)处理链下数据和智能合约,进一步提升比特币可编程性,并通过同构绑定BTC保证安全性。

RGB++使用图灵完备UTXO链作影子链,处理链下数据和智能合约。这类链不仅可执行复杂智能合约,还能与比特币UTXO绑定,增加系统编程性和灵活性。比特币UTXO和影子链UTXO同构绑定,确保两链间状态和资产一致性,保证交易安全。

RGB++扩展至所有图灵完备UTXO链,提升跨链互操作性和资产流动性。多链支持允许RGB++与任何图灵完备UTXO链结合,增强系统灵活性。同时,通过UTXO同构绑定实现无桥跨链,避免"假币"问题,确保资产真实性和一致性。

通过影子链进行链上验证,RGB++简化客户端验证过程。用户只需检查影子链相关交易,即可验证RGB++状态计算正确性。这种链上验证方式简化验证过程,优化用户体验。使用图灵完备影子链,RGB++避免了RGB复杂的UTXO管理,提供更简化和用户友好的体验。

Arch Network:ZK虚拟机和验证网络

Arch Network主要由Arch zkVM和Arch验证节点网络组成,利用零知识证明(zk-proofs)和去中心化验证网络确保智能合约安全和隐私,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,由去中心化验证节点网络验证。该系统基于UTXO模型运行,将智能合约状态封装在State UTXOs中,提高安全性和效率。

Asset UTXOs用于代表比特币或其他代币,可通过委托方式管理。Arch验证网络通过随机选出的leader节点对ZKVM内容验证,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为比特币提供图灵完备虚拟机,能执行复杂智能合约。每次合约执行后,生成零知识证明,用于验证合约正确性和状态变化。

Arch也使用比特币UTXO模型,状态和资产封装在UTXO中,通过单次使用概念进行状态转换。智能合约状态数据记录为state UTXOs,原数据资产记录为Asset UTXOs。Arch确保每个UTXO只能被花费一次,提供安全状态管理。

Arch虽未创新区块链结构,但需要验证节点网络。每个Arch Epoch期间,系统根据权益随机选择Leader节点,负责将信息传播到网络内所有其他验证者节点。所有zk-proofs由去中心化验证节点网络验证,确保系统安全性和抗审查性,并生成签名给Leader节点。交易一旦由所需数量节点签署,即可在比特币网络广播。

总结

在比特币可编程性设计方面,RGB、RGB++和Arch Network各具特色,但都延续了绑定UTXO思路。UTXO的一次性使用鉴权属性更适合智能合约记录状态。

然而,这些方案也存在明显劣势,即用户体验欠佳,与比特币一致的确认延迟和低性能。它们仅扩展了功能,未提升性能,这在Arch和RGB中尤为明显。RGB++设计虽通过引入高性能UTXO链提供更佳用户体验,但也带来额外安全性假设。

随着更多开发者加入比特币社区,我们将看到更多扩容方案,如op-cat升级提案也在积极讨论中。契合比特币原生属性的方案值得重点关注。UTXO绑定方法是在不升级比特币网络前提下,扩展编程方式的最有效方法。只要能解决用户体验问题,将成为比特币智能合约的重大进步。