比特币上的可编程性：Sidechains、Rollups 与 BitVM

Sidechains：Liquid、Rootstock（RSK）与 Stacks（sBTC）

Sidechains 是与比特币并行运行的独立区块链，用于实现主链不具备的功能。它们通过锁定链上 BTC 并在 Sidechain 上发行等值资产的机制运作。此类系统通常拥有独立的共识规则、虚拟机和交易逻辑。

Liquid Network

Liquid Network 由 Blockstream 开发，是一个联邦制的 Sidechain，主要用于加快交易所间结算。用户可以将 BTC 锁定并在 Liquid 网络上获得等值的 L-BTC。Liquid 交易速度快（1 分钟出块）、具备保密性（使用 Confidential Transactions），并支持稳定币或证券等资产发行。Liquid 由一组 Functionaries 联邦签署区块并管理 peg-in/peg-out 操作。尽管性能和隐私性高，其安全性依赖于联邦成员的诚实性，而非比特币的工作量证明机制。

Rootstock

Rootstock（RSK）是一个与比特币挂钩的 Sidechain，完全兼容 EVM。它支持使用 Solidity 编写的智能合约，使开发者可以构建 DeFi 应用、Oracles、NFT 等，并以 BTC 作为底层资产。RSK 采用比特币联合挖矿（merge-mining），允许矿工同时验证比特币与 RSK 区块。但其锚定机制由联邦控制，因此 RSK 的安全性部分依赖于这一中介集合。

Stacks

Stacks（前称 Blockstack）采取不同策略，将比特币作为结算与锚定层，而在单独的链上执行计算。2023 年，Stacks 推出 sBTC，一种与真实 BTC 1:1 锚定的可编程资产。sBTC 允许开发者使用 Clarity 编程语言编写智能合约，这是一种可判定、非图灵完备的模型。Clarity 提供可预测的执行路径与清晰的逻辑结构，区别于以太坊的 gas 模型。Stacks 当前正在推进 Nakamoto 升级，引入更快的出块时间和新的共识层以提升响应性。

Rollups on Bitcoin

Rollups 是一种 Layer-2 协议，通过将大量交易打包成一个证明并提交至主链，以实现可扩展性。这种方式已在以太坊上广泛应用，推动了低成本、高吞吐量的 DeFi 生态发展。Rollup 将计算与存储搬至链下，而将结算与验证放在链上，从而保留部分主链安全性。

由于比特币脚本语言有限，且原生不支持 zk-SNARK 或 zk-STARK 等复杂证明机制，将 Rollup 模型移植至比特币一直具有挑战性。但在 2024–2025 年，多个项目已取得重大进展。

Citrea

Citrea 是由 Chainway 开发的首个专为比特币设计的零知识 Rollup。它利用 Taproot 升级，将 zk-proof 锚定至比特币链上，同时在 zkVM 中进行链下计算。Citrea 允许开发者构建可加密验证的智能合约及应用，但不要求比特币节点执行所有计算步骤。该设计重视完整性与模块化，目标是为 DeFi 应用提供支持，并以比特币区块进行结算。

BOB

BOB（Build on Bitcoin）是一个兼容 EVM 的混合 Rollup，结合 OP-stack 基础设施与原生 BTC 桥接，构建了连接比特币与以太坊工具链的应用层。开发者可以使用 Solidity 开发应用，并将最终性锚定至比特币。尽管具备多链互操作性优势，BOB 仍面临 BTC 桥接信任假设及验证者去中心化程度等挑战。

Botanix

Botanix 于 2025 年初推出，是另一个 EVM 兼容 Rollup 项目，采用创新架构将 EVM 交易锚定至比特币，同时在 Rollup 层保留高速执行。它提供 5 秒出块、集成钱包基础设施以及流动性支持工具。Botanix 的锚定机制可依赖联邦或智能合约托管，具体取决于部署方式，致力于为熟悉以太坊开发者提供比特币原生的开发环境。

目前，比特币 Rollup 领域仍处于早期阶段。现有实现尚无法提供以太坊式的无信任 peg-in/peg-out 机制，而是依赖混合模型，如第三方桥或时间锁赎回机制。比特币缺乏通用验证 opcode，使其难以原生支持 zk-proof 或 fraud-proof。但围绕 OP_CAT、OP_TAPLEAF_UPDATE_VERIFY 和 Covenants 等原语的研究，可能为更小信任假设的 Rollup 奠定基础。

BitVM

BitVM 是 2023 年提出的新框架，旨在在无需更改共识规则的前提下，在比特币上实现图灵完备计算。该方案利用 Prover 与 Verifier 间的挑战-响应协议，通过哈希承诺与条件脚本路径，模拟任意计算过程。BitVM 使用 Taproot 树与预签交易来确保博弈论层面的执行保障。

实际上，BitVM 允许任何可计算函数在链下执行，并在链上通过挑战协议进行验证，只需一方诚实即可保障安全性。这为零知识验证、BTC 原生桥接与 Rollup 验证等场景打开了新可能。

BitVM 不同于传统智能合约，其不在链上直接执行计算，而是将执行完全搬离主链，仅在有争议时触发链上仲裁，从而最大限度减少区块空间使用，保持比特币的保守设计。但这也带来高延迟与交互性强的问题，使其更适合用于结算验证、欺诈检测或条件解锁，而非面向终端用户的应用。

新一代比特币 Layer-2：Merlin、B² Network 与 Bitlayer

除 Citrea、Stacks 与 RSK 外，2025 年还出现了多种新型 Layer-2 方案，进一步推动比特币的可编程性与可扩展性。

• Merlin 是一个比特币原生 Layer-2，专为 DeFi 应用优化，提供快速结算、高吞吐量与开发者工具，试图复制以太坊 dApp 成功经验，同时实现价值与信任锚定于比特币。
• B² Network 推出面向比特币的 zk-rollup 框架，结合 EVM 兼容性与零知识证明系统，实现可扩展的验证机制。它使用递归 SNARKs 来压缩交易数据，但同样依赖 BTC 跨层桥接机制。
• Bitlayer 提供模块化 zkVM Layer-2 方案，允许开发者构建通用应用，利用比特币作为结算与数据可用性层。其支持智能合约灵活设计、跨链消息通信，并兼容 Remix 与 Hardhat 等以太坊开发工具。

这些项目标志着一个新趋势：比特币 Layer-2 不仅关注扩容，还在构建可编程、可组合的金融基础设施。各方案在安全性、性能与去中心化之间有所权衡，但共同传达出一个信号：比特币的未来可以承载复杂应用，而不违背其核心价值。

锚定模型、验证者集合与证明机制假设

所有可编程比特币 Layer-2 都需要在主链与二层之间实现资产转移。这一过程通常依赖 BTC 锚定机制，将 BTC 锁定在主链并在 Layer-2 上发行等值资产，其完整性对于用户信任和协议安全至关重要。

• 联邦制锚定 是最常见模型：一组签名者管理比特币上的多签钱包。用户将 BTC 发送至该地址并获得 Sidechain 资产（如 L-BTC 或 RBTC）；赎回时将资产返还，联邦返还 BTC。此模式简单、可扩展，但具备托管风险，联邦若合谋或遭攻击，用户资产可能被冻结或丢失。
• 智能合约或 HTLC 锚定 则尝试实现非托管桥接，但受限于比特币脚本能力。Rollup 常用一种单向锚定机制：BTC 被锁入合约，之后通过链下验证赎回。由于比特币无法原生验证 zk-proof 或 fraud-proof，此类系统仍依赖外部中继或验证服务器。

各系统的验证者机制亦不相同：

• RSK 使用合并挖矿，依赖比特币矿工的经济激励。
• 其他系统采用专属区块签名者、权威证明或权益证明机制。
• Layer-2 的安全性与抗审查能力，取决于验证者集合的去中心化程度与透明度。

证明系统方面：

• Rollup 使用 zk-proof（如 SNARKs）或 optimistic fraud-proof；
• BitVM 则基于交互式计算挑战协议，引入新型证明方法；
• 每种机制在速度、验证成本与用户信任方面均有不同权衡。

开发者生态与工具支持

可编程 Layer-2 的实用性最终取决于开发者能否便捷构建应用。截至 2025 年，比特币生态系统已出现一系列开发工具，支持智能合约、资产发行与钱包集成。

• Stacks 提供 Clarity 语言，具备可预测执行与与比特币区块原生集成能力。开发者可构建 DeFi、NFT 平台与 DAO 应用，并将合约锚定至比特币链。
• RSK 支持 Solidity 与 EVM 工具链，使以太坊开发者可在比特币基础设施上无缝开发。项目如 Sovryn 与 Tropykus 已借此将借贷、交易与稳定币引入比特币生态。
• Citrea 与 Botanix 正开发 Rollup SDK，允许开发者使用以太坊语言构建应用，支持 Remix 集成、Metamask 兼容与 subgraph 数据索引。
• BitVM 工具仍处早期阶段，但已出现编译器、争议解决引擎与链上验证器原型，这些工具对于构建基于交互式证明的实际应用至关重要。

基础设施提供商如 L2.watch、Chainway 与 BOB Studio 正在构建仪表盘、跨链桥与开发者门户，以支持比特币 Layer-2 活动。随着互操作性的提升，开发者将能够构建以 BTC 结算、却具备 Layer-2 智能合约与代币逻辑的跨链应用。