比特幣生態的可編程性探索

比特幣作爲當前流動性最佳且最安全的區塊鏈，近期吸引了大量開發者的關注。隨着銘文技術的興起，開發者們開始深入研究比特幣的可編程性和擴容問題。通過引入零知識證明、數據可用性、側鏈、rollup和重質押等創新方案，比特幣生態正迎來新的繁榮期，成爲本輪牛市的核心焦點。

然而，許多現有的設計方案沿用了以太坊等智能合約平台的擴容經驗，往往依賴中心化的跨鏈橋，這成爲系統的潛在弱點。較少有方案是基於比特幣本身特性設計的，這與比特幣的開發環境不夠友好有關。比特幣存在一些限制，使其難以像以太坊那樣執行智能合約：

1. 比特幣的腳本語言爲保證安全性而限制了圖靈完備性，無法像以太坊那樣執行復雜的智能合約。
2. 比特幣區塊鏈的存儲結構針對簡單交易優化，不適合復雜的智能合約。
3. 比特幣缺乏專門用於運行智能合約的虛擬機。

近年來，比特幣網路經歷了一些重要升級。2017年的隔離見證（SegWit）提高了區塊大小限制；2021年的Taproot升級使得批量籤名驗證成爲可能，簡化了原子交換、多重籤名錢包和條件付款等操作。這些升級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"，引入了聰的編號方案，使得在比特幣交易中嵌入圖像等任意數據成爲可能。這爲直接在比特幣鏈上存儲狀態信息和元數據開闢了新的途徑，爲需要可訪問和可驗證狀態數據的智能合約應用提供了新的思路。

目前，大多數擴展比特幣編程性的項目依賴於二層網路（L2），這要求用戶信任跨鏈橋，成爲L2獲取用戶和流動性的一大障礙。此外，比特幣缺乏原生的虛擬機或可編程性，難以在無需額外信任假設的情況下實現L2與L1的通信。

RGB、RGB++和Arch Network等項目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的能力：

1. RGB是一種通過鏈下客戶端驗證的智能合約方案，將合約狀態變化記錄在比特幣的UTXO中。雖然具有一定的隱私優勢，但使用復雜，缺乏合約的可組合性，發展較爲緩慢。

2. RGB++是在RGB思路基礎上的另一種擴展方案，仍基於UTXO綁定，但通過將鏈本身作爲具備共識的客戶端驗證者，提供了元數據資產跨鏈的解決方案，支持任意UTXO結構鏈的資產轉移。

3. Arch Network爲比特幣提供了原生的智能合約方案，創建了ZK虛擬機和對應的驗證者節點網路，通過聚合交易將狀態變化與資產轉移記錄在比特幣交易中。

RGB

RGB是比特幣社區早期的智能合約擴展思路，通過UTXO封裝方式記錄狀態數據，爲後續比特幣原生擴容提供了重要思路。

RGB採用鏈下驗證方式，將代幣轉移的驗證從比特幣的共識層移到鏈下，由特定交易相關的客戶端進行驗證。這種方式減少了全網廣播需求，增強了隱私和效率。然而，這種隱私增強方式也是把雙刃劍。雖然增強了隱私保護，但也導致第三方不可見，使得實際操作過程復雜且難以開發，用戶體驗較差。

RGB引入了單次使用密封條的概念。每個UTXO只能被花費一次，相當於在創建UTXO時上鎖，在花費時解鎖。智能合約的狀態通過UTXO封裝並通過密封條管理，提供了有效的狀態管理機制。

RGB++

RGB++是在RGB思路基礎上的另一種擴展方案，仍基於UTXO綁定。

RGB++利用圖靈完備的UTXO鏈（如CKB或其他鏈）處理鏈下數據和智能合約，進一步提升了比特幣的可編程性，並通過同構綁定BTC來保證安全性。

RGB++採用圖靈完備的UTXO鏈作爲影子鏈，能夠執行復雜的智能合約，並與比特幣的UTXO進行綁定，增加了系統的編程性和靈活性。比特幣的UTXO和影子鏈的UTXO同構綁定，確保了狀態和資產在兩條鏈之間的一致性，保證了交易安全性。

RGB++擴展到所有圖靈完備的UTXO鏈，不再局限於CKB，提升了跨鏈互操作性和資產流動性。這種多鏈支持允許RGB++與任何圖靈完備的UTXO鏈結合，增強了系統靈活性。同時，RGB++通過UTXO同構綁定實現無橋跨鏈，避免了"假幣"問題，確保了資產的真實性和一致性。

通過影子鏈進行鏈上驗證，RGB++簡化了客戶端驗證過程。用戶只需檢查影子鏈上的相關交易，即可驗證RGB++的狀態計算是否正確。這種鏈上驗證方式不僅簡化了驗證過程，還優化了用戶體驗。由於使用圖靈完備的影子鏈，RGB++避免了RGB復雜的UTXO管理，提供了更加簡化和用戶友好的體驗。

Arch Network

Arch Network主要由Arch zkVM和Arch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的安全和隱私，比RGB更易用，且無需像RGB++那樣綁定另一條UTXO鏈。

Arch zkVM使用RISC Zero ZKVM執行智能合約並生成零知識證明，由去中心化的驗證節點網路進行驗證。該系統基於UTXO模型運行，將智能合約狀態封裝在State UTXOs中，以提高安全性和效率。

Asset UTXOs用於代表比特幣或其他代幣，並可通過委托方式進行管理。Arch驗證網路通過隨機選出的leader節點對ZKVM內容進行驗證，並使用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爲比特幣提供了圖靈完備的虛擬機，能夠執行復雜的智能合約。每次智能合約執行後，Arch zkVM生成零知識證明，用於驗證合約的正確性和狀態變化。

Arch也使用了比特幣的UTXO模型，狀態和資產被封裝在UTXO中，通過單次使用的概念進行狀態轉換。智能合約的狀態數據被記錄爲state UTXOs，而原數據資產被記錄爲Asset UTXOs。Arch確保每個UTXO只能被花費一次，從而提供安全的狀態管理。

雖然Arch沒有創新區塊鏈結構，但也需要驗證節點網路。在每個Arch Epoch期間，系統會根據權益隨機選擇一個Leader節點，負責將收到的信息傳播到網路內的所有其他驗證者節點。所有零知識證明都由去中心化的驗證節點網路進行驗證，確保系統的安全性和抗審查性，並生成籤名給Leader節點。一旦交易由所需數量的節點簽署，就可以在比特幣網路上廣播。

結論

在比特幣可編程性設計方面，RGB、RGB++和Arch Network各有特色，但都延續了綁定UTXO的思路，UTXO的一次性使用鑑權屬性更適合智能合約用於記錄狀態。

然而，這些方案也存在明顯的劣勢，主要體現在用戶體驗方面。它們與比特幣一致的確認延遲和低性能意味着只擴展了功能，但沒有提升性能，這在Arch和RGB中較爲明顯。RGB++的設計雖然通過引入更高性能的UTXO鏈提供了更好的用戶體驗，但也引入了額外的安全性假設。

隨着越來越多的開發者加入比特幣社區，我們將看到更多的擴容方案，如op-cat升級提案正在積極討論中。值得重點關注的是那些切合比特幣原生屬性的方案。UTXO綁定方法是在不升級比特幣網路的前提下，擴展比特幣編程方式的最有效方法。只要能解決好用戶體驗問題，這將是比特幣智能合約發展的一大進步。