数字黄金新征程:比特币生态多元化探索与协议创新

23-10-28 13:00
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原文标题:《数字黄金新征程:比特币生态多元化探索与协议创新》
原文来源:@YBBCapital  Researcher Ac-Core


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前言


比特币(Bitcoin)的概念最初由中本聪在 2008 年 11 月 1 日提出,2009 年 1 月 3 日比特币正式诞生。经过数十年的行业发展,Bitcoin 一直在价值存储和数字黄金的道路上冲刺,其价值也由过去一万枚比特币换取一张披萨涨到了现如今的市值$664.22B。但从目前 BTC 生态发展来看这只是一些小小的尝试,除了 BTC 自身的价值外,对于未来,我们仍需要更耐心地去探索,本文将为 BTC 的其他应用程序生态系统做出解析。


BTC 概述


2009 年,一位叫中本聪的密码学家发表了一篇名为《比特币:一种点对点的电子现金系统》的论文,文中讲述了一种通过点对点技术实现的电子货币系统,它使得在线支付能够直接由一方发起并支付给另外一方,中间不需要通过任何的金融机构。随后比特币逐渐在全球传播,并受到了广泛的关注。其至少具有技术、社会学和金融三方面属性。


● 技术属性:


从比特币的技术逻辑角度出发,比特币的网络协议是一种去中心、点对点的传输协议,可简要理解为它是一个不由任何第三方操纵且不可篡改的庞大公共记账系统,而它依托区块链技术记录全网数据库的所有交易行为,以此确保不会发生重复或虚假支付情况;


● 社会学属性:


相比于现如今的互联网,区块链本身采用分布式账本技术,通过网络共享的数字交易记录,具有去中心化、不可篡改、不可变更的特征,使其互联网属性所带来的信息自由化思潮也在影响着每一个人。而比特币这种完全去中心化的电子货币,它不依赖任何单一权力机构发行,并在跨境、跨币种转账过程中能够不通过银行体系实现价值传递,其信息自由化和支付跨境赋予了它更多的社会学属性;


● 金融属性:


从金融角度来讲,比特币可被当作数字黄金的投资品或全球性的标准性化的数字资产,相比于黄金,其因为具有总量恒定,易于携带,交易成本低,受众群体年轻化等特性,使得越来越多的投资者及传统投资机构相信其投资价值。因它依托于互联网全球流通,在某些特定场景中(如跨境支付和虚拟经济传递媒介)可作为一种高效、低成本的流通支付工具和流通手段。比如 2015 年 1 月在纽约证券交易所,纳斯达克首次涉足比特币领域,以及近期灰度基金、贝莱德(BlackRock)等均开始布局比特币相关 ETF。


纵观当前整个区块链发展,比特币的繁荣程度与以太坊相比,其生态项目可谓是寥寥无几,2019 年推出的闪电网络呈现出了一种新的发展趋势,除此之外 21 年推出的 Stacks,以及前不久 Lightning Labs 发布的 Taproot Assets 主网,实现图灵完备的比特币合约 BitVM 等也成为了比特币生态中位数不多的亮点。


BTC 比特币生态新格局 BitVM

 图源:BitVM 白皮书


近期 ZeroSync 项目负责人 Robin Linus 发表了一篇名为:《BitVM:Compute Anything On Bitcoin》的白皮书引发了大家的热议,BitVM 是「比特币虚拟机 Bitcoin Virtual Machine」的缩写。它提出了一种在不改变比特币网络共识的情况下可实现图灵完备的比特币合约解决方案,使任何可计算的函数都可以在比特币上进行验证,允许开发者在比特币上运行复杂的合约,而无需改变比特币基本规则。


不过我们熟知比特币的可编程性非常有限,区块链存在一个经典的不可能三角问题:去中心化、安全性、可扩展性,而比特币在设计上只兼顾了去中心化和安全性,一定程度上摒弃了可扩展性。因它只提供了三种输入脚本的形式:支付到公钥(Pay to Publish Key)、支付到公钥哈希(Pay to Publish Key Hash)、多重签名脚本(Pay to Script Hash)。


● 支付到公钥(Pay to Publish Key):该合约被用来把比特币发送到比特币地址;


● 支付到公钥哈希(Pay to Publish Key Hash):该合约被用来把比特币发送到比特币地址;


● 多重签名脚本(Pay to Script Hash):多重签名的一种应用形式。


比特币编程能力非常有限的原因也是它仅在 Script 脚本上支持简单的逻辑和有限的操作码,因此无法在比特币网络上开发复杂的智能合约,也正是因为比特币脚本的图灵不完整性无法执行任意计算或循环以此大幅确保安全性。而 BitVM 与直接在比特币上执行计算不同的是,它只对计算进行验证(这与在不破坏原生比特币系统的众多扩展方案类似),且从白皮书中表述主要通过 OP-Rollup、欺诈证明和 Taproot Leaf 和 Bitcoin Script 来实现。


 图源:BitVM 白皮书

 

比特币在设计之初对于复杂计算和智能合约就存在诸多限制,而 BitVM 用它独特的方案来做此扩展,其主要包含的角色有:


● 证明者和验证者:前者会利用某一系统输入的信息来创建证明,后者验证这个证明的计算结果,但却无法得知信息的具体内容,以此确保计算结果准确;


● 链下计算和链上证明:在不改变比特币共识的情况下 BitVM 毋庸置疑需要将大量的计算和扩展转移到链下完成,以此提升灵活度。而饱受争议的链上证明,严重者和证明者之间会出现一个类似 Optimistic Rollup 采用的一种数据有效性的欺诈证明的验证方式来确保安全。而 BitVM 特别之处是通过 Taproot 地址矩阵或 Taptree 实现了类似二进制电路的各类程序指令,相互组合以完整合约执行【1】。


图源:BitVM 白皮书




但饱受争议是:


BitVM 即在 Taproot 地址的 Script 脚本中写入「简单的代」,并把它当成 UTXO(见下文解释)花费条件指令来执行。Script 是比特币网络自身支持的基础脚本,虽然它也是 Output 的一种,但 BitVM 提到的智能合约只是用 Output 的自定义「脚本」之后再以中心化的形式解析,区别在于一个是比特币网络下一个的区块解析,一个是谁在定义谁去解析,BitVM 为实现智能合约的正常运行只能利用 Output 而不是 Script,这里是否存在中心化的运行方式值得思考。


闪电网络 Taproot AssetsTaproot Assets:



2023 年 10 月 18 日 Lightning Labs 发布了基于 UTXO 的 Taproot Assets 主网 Alpha 版本,随着主网版本的完成,比特币闪电网络将成为一个正直的多链资产网络,主要面向机构和资产发行,可通过闪电网络创建即时、低费用且大容量的交易应用协议。


在萨尔瓦多于 2021 年将比特币定为法定货币的背景下,闪电社区经历了爆炸式增长,世界各地的用户都在享受即时结算、低费用、无金融中介的点对点比特币交易。闪电实验室不断从为用户提供服务,让他们能够使用比特币基础设施将稳定币添加到他们的应用程序中。此外,开发者们还在尝试使用黄金、美国国债、公司债券等现实世界中的资产进行程序化票息支付。而在 Taproot Assets 中存在着两个关键因素即:闪电网络和 Taproot。


 图源:Lightning Labs 官网



闪电网络:



目前,比特币系统中的比特币交易速度上限设定为每 10 分钟确认一次,每次确认能够处理的交易数量为 2500 笔。这个数量是由比特币社区和开发者们共同讨论确定的,设定速度上限的主要目的是为了保护比特币系统的去中心化性和安全性,从而一定程度上舍弃了可扩展性。


闪电网络 (Lightning Network) 最初由 Joseph Poon 和 Thaddeus Dryja 于 2015 年 2 月首次提出,并于 2018 年 3 月发布,是比特币的 Layer2 扩展方案。它允许相关参与者在比特币链下 (off-chain) 创建智能合约,主要解决比特币的可扩展性和手续费高问题,让交易几乎不收取任何费用。


闪电网络的核心思路非常简单:它允许所有参与者将资金存入一个链下的共同钱包地址 (智能合约),然后在付款完成即时将资金发送给同一合约上的另一个参与者,只有最终的交易结果才在链上确认。闪电网络是比特币协议的重大升级,但它也带来了一个新问题,即参与者中资金接收方的流动性问题。

 

图源:CSDN@mutourend



Taproot



比特币出现创新的核心原因归结于 2017 年的隔离见证(SegWit)升级和 2021 年的 Taproot 升级,SegWit 通过引入一个区块字段来保存「证明数据」,即比特币交易的签名和公钥,帮助扩大比特币的吞吐量,但潜在的漏洞迫使开发者对该数据的大小进行限制,而 Taproot 升级主要有两个明显变化:MAST+Schnorr 签名,以此解决了这些安全问题使之允许删除旧的 SegWit 限制【5】。


Taproot Assets 的核心功能点:


1. 发行稳定币:全球份额第一的支付应用 Paypal,在成为一个非常普及的支付通道后,发行了自己的美元稳定币 PYUSD,本质就是从支付通道拓展到价值传输载体本身。而 Taproot Assets 也有相同的目标,即借助比特币自身价值在无国界的金融世界中为用户提供稳定币,好比可以使用它创建一个新的稳定币 taUSD,并且可以使用单个 Bitcoin 交易将 BTC 和 taUSD 转入 Lightning Network 通道,从而进行 DeFi 操作,同时这也是 Taproot Assets 在闪电网络运行的核心;


2. 多重 Universe 模式:Universes 是存储库,保存了 Taproot Asset 钱包初始化和同步特定 Taproot Asset 状态所需的所有信息。所以即使发行商的服务器崩溃,也可以通过多个 Universe 服务器验证资产的合法有效性,不需过度依赖第三方在链下存储的数据;


3. 资产发行和赎回 API:与公司债券类似,可将这些销毁交易的证明上传到链上,让每位用户在比特币上交易各类资产就像在现实世界中投资股票、债券一样容易,以此映射到现实世界资产的发行,从而展开对 RWA 赛道的想象。在不同时间铸造多套资产,保持可替代性,资产销毁 API 则方便资产发行者赎回;


4. 异步接收功能:为开发者提供向链上地址添加统一资源标识符(URI)工具;


5. 可扩展性:新功能 build-loadtest 命令,以允许开发者对软件进行压力测试,或许 Lightning 并不是比特币的最终扩展方案,但与 Lightning Network 的直接集成完成快速交易在无国界的金融世界中为用户提供稳定币支持具有非常广阔的想象空间。


RGB 协议:



RGB 是 LNP/BP 标准协会(Lightning Network Protocol / Bitcoin Protocol:比特币协议/闪电网络协议),该协会是一个监督比特币各层开发的非营利组织,覆盖了比特币协议、闪电网络协议和 RGB 等智能合约。RGB 协议适用于可扩展且具备隐私性的比特币和闪电网络智能合约系统,其目的是在 UTXO 上运行复杂的智能合约以此引入到比特币生态当中。官方说明是:用于比特币和闪电网络的可扩展和保密智能合约协议套件,可用于发行和转移资产以及更广义的权利。该协议是基于 Peter Todd 在 2016 年提出的客户端验证和一次性密封的概念,并在比特币的第二层或链下运行的客户端验证和智能合约系统。理解 RGB 协议需理解以下四个关键内容:


一次性密封(single-use-seals):


简单来说如同字面意思,是给需要保护的对象加上一层一次性密封条来让它只有打开和关闭两种状态,以此确保内容仅被使用一次达到防止双重支付的目的。与以太坊账户相比,比特币的网络中只有钱包地址,其中未花费交易输出(Unspent Transaction Output , 简称 UTXO)可以作为密封条。


所以理解一次性密封前需了解什么是 UTXO,它是一种账本模型,在每笔交易中都会产生输入(Input)和输出(Output),其中转账交易的输出就是接收方的比特币地址和转账金额,而这些输出则被存储在 UTXO 集合中用于记录未花费的交易输出,同时一个输入指向的是前面区块的某个输出,因而这些交易是可以被追溯的,所以这里比特币的交易输出就可以当作一次性密封条来使用。


根据 RGB 官方文档的解释,一个 UTXO 就可以被视为一个密封条:在创建它的时候,密封条锁上;在花费它的时候,密封条打开。根据比特币的共识规则,一个输出只能被花费一次。因此,如果我们拿它作为密封条,那么确保比特币共识规则得到执行的激励因素,将同样保证这样的密封条只能开启一次【2】;


 

图源:RGB Docs 中文官方


客户端验证及确定性的比特币承诺:


客户端验证是由 Peter Todd 在 2016 年提出的范式,在比特币的 PoW 共识中,状态验证不需要所有参与去中心化协议的各方全局执行而是需要特定转换的各方面进行验证,而是通过使用密码哈希函数等方式转化为一个简短的确定性比特币承诺,该承诺需某种「出版证明(Proof-of-Publication)」并具备收据证明、非发布证明、成员资格证明这三个主要特点。总而言之,可以将 OpenTimeStamps 视为该领域的第一个协议,而 RGB 则是第二个协议,其他协议也可以利用和使用这些主题,并为这些协议形成一个客户端验证协议系列【3】。


RGB 利用了比特币区块链来防止双花问题(重复花费),通过承诺 RGB 状态转换,在特定的比特币交易中花费当前正持有要被转移权利的 UTXO 来实现。以此达到多次状态转换可承诺到单笔比特币交易和每次状态转换都只能被承诺进行比特币交易一次的目的(否则会出现双花问题);


图源:RGB Docs 中文官方


闪电网络的兼容性:


在 RGB 网站中当一次状态转换被承诺到一笔比特币交易中时,这样的交易并不需要立即在区块链上结算,因为它可以成为一条闪电网络支付通道的一部分,然后从中获得安全性,同时借用闪电网络的支付通道为 RGB 带来很多的数字资产的流通;


 

图源:RGB Docs 中文官方 


RGB v0.10 版本的更新:


根据 Waterdrip Capital 的解读,其升级改动主要体现在其灵活性和安全性的升级,并列举出如下汇总:


 图源:Waterdrip Capital


RGB 的概念早在 2016 年就被提出,但经过数年的发展历程仍没有得到广泛的关注和应用,其主要原因可能是早期版本的功能相对有限和开发者的高学习门槛导致,随着 RGB v0.1 的到来,未来 RGB 能否带给我们更多的想象空间值得我们期待。


比特币的侧链 Stacks、Liquid、RSK、Drivechain



2016 年,Blockstream 提出将挂钩的侧链作为扩展比特币的可能途径,而侧链经常是指信任最小化的区块链,允许以外来加密资产(另一区块链的原生资产)进行支付,通过侧链可以实现的最有意义的益处是用户资产发行、支持 DeFi 解决方案的有状态的智能合约、承诺链扩展、更快的结算终结和更高的隐私性。


Stacks:

 图源:Stacks 中文官方



基本工作原理:


首先介绍 Stacks,虽然它并没有直接将自己称之为侧链,但是否能将它归集到侧链仍饱受争议,旨在通过其独特的「转账证明」共识机制 Proof of Transfer(PoX)将其自身与比特币链相链接,从而实现高度去中心化与可扩展性并且无需增加额外的环境影响。


Stacks 是一个开源的比特币二层区块链,将智能合约和去中心化应用引入比特币,Stacks 最初名为 Blockstack,其基础工作早在 2013 年就已开始。Stacks 的技术架构包括核心层和子网,开发人员和用户可以在两者之间进行选择,其区别在于主网高度去中心化但吞吐量低,而子网去中心化程度较低但吞吐量较高。


 
图源:Stacks 白皮书


Stacks 核心层基于 PoX 机制与比特币层进行交互。PoX 是一个类似于 PoS 的 Staking 系统,是燃烧证明(PoB)的一种变体,它赋予 Stacks 矿工通过 "燃烧 "其代币(原生资产或其他加密货币)的一部分来挖掘区块的权利。通过 "燃烧",Stacks 矿工可以挖掘出更多区块,并通过帮助确保网络安全来赚取 BTC 奖励。它们的交互过程如下:


在 Stacks 中转账证明要求矿工向其他 Stacks 网络参与者发送比特币(是在比特币网络上,而不是在烧录地址),由于 Stacks 可以读取比特币网络状态,因此可以验证这些比特币交易,随后 Stacks 协议会随机选择该区块的获胜矿工,并用 Stacks 的本地代币 STX 进行奖励。


在 Stacks 与比特币进行交互时,也无需修改其基础层协议,因为 Stacks 交易被捆绑在一起,比特币只是充当 Stacks 的最终结算层,随后发送到比特币上进行验证和确认。其中 Stacks 区块的历史将永远被记录在比特币区块链上。


 图源:Stacks 白皮书


Clarity 智能合约:


Stacks 使用一种名为 "Clarity" 【4】的编码语言创建智能合约,它专为 Stacks 设计,以此针对可预测性和安全性进行优化,同时 Clarity 有意被设计为图灵不完备,从而避免了「图灵复杂性」。其智能合约代码是公开的,可在链上直接访问,允许开发人员在运行任何智能合约之前测试代码,这意味着开发人员可以构建受益于比特币安全性和稳定性的去中心化应用程序,同时添加新的功能和特性。在 Clarity 的加持下我们可以在 Stacks 创新什么内容并存在着哪些优劣势?


可以做什么:

1. 在比特币上构建去中心化应用程序并将 DeFi 板块进行迁移;

2. 可在 Stacks 上创建原生资产。


优势

1. 安全性:集成了比特币强大的安全属性,拥有较强的安全和抗攻击能性;

2. 可交互性:第一层智能合约可以与其他区块链进行通信;

3. 可扩展性:PoX 共识机制利用比特币实现更快的交易确定和更高的可扩展性。


劣势

1. 其独有设计架构对于开发者而言有一定的学习成本和门槛,能否在其爆发挥潜力前从以太坊生态及 MOVE 系生态吸引更多的开发者建设也尤为重要;

2. 其 STX 挖矿和 Stacking 为监管带来的不确定性是否会影响到二层网络的开发和运营也值得思考。


Liquid:

 图源:LBTC 官方


话题来到 Liquid,它不仅是一个比特币的侧链,更是一个交易所的结算网络,可将各地的加密货币交易所和机构联系在一起,其核心功能包括:快速结算、强隐私性、数字资产发行及与比特币锚定,从而实现更快的比特币交易和数字资产发行,让会员可以对法定货币、证券甚至其他加密货币进行代币化。


Liquid 与 RSK 相同的是两者都依赖于联盟多重签名以锁定在侧链中以侧链原生货币形式发行的比特币,但实际的挂钩设计仍有较大差别。两种侧链目前有 15 个正在运作的职能机构,Liquid 需要 11 个签名才能发行比特币,而 RSK 需要 8 个。Liquid 似乎优先考虑安全性而非可用性,而 RSK 优先考虑可用性而非安全性。


总的来说 Liquid 是一种侧链平台,旨在为交易所提供共享流动性,它侧重于协议简便性、安全性和隐私。


RSK:

 

图源:Mt Pelerin 官方


RSK 是同样也是一种侧链其原生代币为 RBTC,旨在成为金融包容性的基石,专注于去中心化金融(DeFi)。RSK 是由比特币挖掘者担保的有状态智能合约平台,它通过扩大比特币货币的使用来提升比特币生态系统的价值。去中心化应用程序可以使用 Solidity 编译器和 Web3 标准库编写,从而实现以太坊兼容性。此外,它还可以通过 RIF Lumino 支付渠道网络提供的更多链上空间和链外交易来扩展比特币支付。


RSK 的目的是解决更广泛的用例集,通过采用有状态的 VM 来提高开放性和可编程性,与以太坊兼容将以太坊的 dApp 和工具移植到 RSK,而 Liquid 专注于成为一项极其高效的工具。


Drivechain


Drivechain 是一个比特币开放式侧链协议,可根据不同需求定制不同类型的侧链,BIP-300/301 提出了「允许开发人员在不实际修改比特币核心代码的情况下为比特币世界添加特性和功能」的理念。通过创建一条由比特币矿工来保障安全的比特币 Sidechain,在以比特币作为安全性的 Layer1 保障的前提下,在 Sidechain 实现 Layer2 的各种扩展性用例。需要说明的是 BIP-300「哈希率托管」(Hashrate Escrows)通过「Container UTXOs」将 3–6 个月的交易数据压缩成 32 字节,BIP-301「联合盲挖」(Blind Merged Mining)和 RSK 一样,网络的安全性也通过联合挖矿的方式来维持。


通过 sidechains 来创建出符合自身应用场景需求的区块链应用程序,且于 Drivechain 将 sidechains 视为第二层来完成扩展,从而避免比特币区块 1MB 大小的限制。当前已经有 7 条基于 BIP-300 的 Sidechain 在推进之中且在持续吸引更多的比特币社区和爱好者的加入,分别为(为简述仅做例句,详情见【6】):


● EVM 侧链:EthSide

● 数字资产/有色币/NFT 侧链:BitAssets

● 高交易吞吐量侧链:Thunder Network

● 预测市场侧链:Hivemind

● 隐私侧链:zSide

● 分布式 DNS 侧链:BitNames

● 存储侧链:Filecoin

 

 图源:LayerTwo Labs 亚洲社区


Ordinals 协议与 BRC-20:



UniSat Wallet 是一款比特币生态中的热门 Chrome 插件钱包,可帮助用户实现存储、铸造和传输 BRC-20 代币等目的,提供的比特币生态服务包括买卖 BTC、NFT、域名等。


简述 BRC-20 的由来


如上文解释 UTXO 部分的计算方式,会让每笔交易产生无数个输入和输出(余额增多或减少的变化,因为每一枚比特币是由最小单位:一亿个聪(Satoshis)(1 BTC = 10 ^ 8)构成,而这些 sat 每一个都有唯一标识且无法分割,以此根据比特币里 sat 的序数(ordinal) 来赋予每个聪特定的含义。如 50 BTC 在网络中可以表示为:4,999,999,999 sats.


 图源 : 十四君


虽然 Ordinals 协议与自称的 BRC-20 有着过于中心化和缺乏验证机制的相关特征,但不可否认的是因市场的火热而为比特币生态及二层带来了更多的关注,一定程度上将大众的视野目光再一次拉回到了比特币中来。


小结



比特币在设计之初便舍弃了可扩展性的属性,以此来大幅加强自身网络的去中心化和安全性,关于相关扩容问题,比特币作为区块链最成功的网络所带来的绝对碾压性的安全也为众多极客开发者们带来了巨大的想象空间。


所以比特币生态的支持者也大致分为了保守派和激进派两派,保守派认为比特币必须保持其纯粹的货币性质,仅用作价值存储,是纯粹的数字黄金,它不需要其他形式的可扩展性;激进派认为比特币需要扩容,以此拥抱更多的原生态应用,将比特币的交易属性发挥到极致,有利于比特币的长期发展。或许我们可以将这个重要的问题交给未来,时间会告诉我们答案。


解释文献:

【1】https://twitter.com/tmel0211/status/1715627595004543032
【2】https://docs.rgb.info/v/zh/she-ji
【3】https://blackpaper.rgb.tech/consensus-layer/3.-client-side-validation
【4】https://clarity-lang.org/
【5】https://www.odaily.news/post/5169725
【6】https://layertwolabsasia.medium.com/seven-sidechains-overview-538e76352e6c


参考文章:

(1)https://www.weiyangx.com/139964.htm
(2)https://research.web3caff.com/zh/archives/11414?ref=0&ref=416
(3)https://blog.rootstock.io/zh-hans/noticia/the-cutting-edge-of-sidechains-liquid-and-rsk/
(4)https://www.bitget.com/zh-CN/news/detail/12560603822363


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