什么是Stacks？BTC二層網絡Stacks可能面臨哪些挑战

作者：@EatonAshton2，Beosin安全研究員。

自2023年2月Ordinals協議推出後，BTC NFT的鑄造與BRC-20代幣的熱潮導致BTC網絡高度活躍。隨之而來的是BTC網絡手續費飆升，網絡堵塞。此外，BTC網絡不支持智能合約的特性限制了更復雜的生態業務發展。市場开始將注意力聚焦在BTC二層網絡與應用，以期望捕獲BTC生態增長的收益。

本文我們將為大家解讀BTC二層網絡Stacks，我們將從其架構設計講到其生態部分，以及面臨的挑战問題。

Stacks是什么？

Stacks由Muneeb Ali基於其博士論文創建，該論文仔細介紹了一個圍繞BTC構建的互聯網框架。早期該項目被稱為Blockstack，2020年正式改名為Stacks。它將自己定義為BTC的智能合約層。

架構設計：

Stacks在自己的區塊鏈上執行用Clarity編寫的智能合約並在BTC上最終結算交易。兩條鏈通過Proof of Transfer機制交互（具體內容在共識機制介紹），從而利用BTC網絡的安全性確保交易安全。

Source: Beosin

由於Stacks的交易數據需要由BTC網絡確認，而BTC網絡大約每10分鐘產生一個新區塊，那么Stacks如何擴容和提速呢？

首先，Stacks設計了一種特殊機制， 允許Stacks鏈上產生稱為微區塊流(microblock stream)的多個小區塊，讓負責確認Stacks當前區塊的礦工充分利用BTC網絡產生兩個區塊的時間間隔，處理更多交易。當比特幣確認當前區塊時，這些微區塊也將實現最終確認，並且下一個Stacks區塊會鏈接到當前最後一個微區塊。 如下圖所示：

Source: Dystopia Labs, Beosin

Mechanism Detail：https://github.com/stacksgov/sips/blob/main/sips/sip-001/sip-001-burn-election.md#operation-as-a-leader

Stacks設定確認微區塊的礦工將獲得這些微區塊手續費的60%，而產生這些微區塊的節點將獲得手續費的40%，以鼓勵礦工打包微區塊和避免微區塊的濫用。

其次，Stacks目前已推出Hiro HyperChains，可以將其理解為Stacks的Layer2，為开發者提供高性能的區塊鏈开發平臺，以滿足低延時，高TPS的應用場景。當然，其它種類的子網也將可以構建在Stacks上以應對各種需求。這些子網都會先在Stacks網絡確認交易，然後在BTC網絡確認最終的狀態。

共識機制：Proof of Transfer(PoX)

Stacks採用了一種稱為Proof of Transfer(PoX)的共識機制。PoX是兩條區塊鏈之間的共識算法，可以看作是Proof of Work + Proof of Burn。與 PoW 一樣，PoX 要求礦工花費已有的資源(BTC)，以競爭鑄造下一個 Stacks 區塊的機會；與 PoB 類似，PoX 要求礦工“燃燒”掉BTC獲得STX代幣獎勵。

PoX 的一個特點是礦工花費的比特幣不會被銷毀，而是轉移給已鎖定STX代幣的STX代幣持有者，這稱為Stacking。通過PoX機制，礦工花費BTC競爭Stacks的出塊權力，獲得STX代幣獎勵和該區塊的交易手續費；STX持有者通過鎖定STX代幣，獲得BTC獎勵，目前APY約9%。

Source: https://docs.stacks.co/docs/stacks-academy/proof-of-transfer

Stacks網絡會使用一個可驗證隨機函數VRF隨機選擇出塊者（花費的BTC越多，被選中的概率越大）。當礦工獲得Stacks出塊權力後，他們會开始打包新的Stacks區塊。每個Stacks區塊都包含一個指向前一個Stacks區塊的哈希指針與指向對應BTC區塊的哈希指針，從而將Stacks網絡和BTC網絡連接起來。

Stacks下一個重要升級Nakamoto會帶來哪些變化？

Nakamoto是Stacks下一個重要升級，預計在2023年Q4完成。該升級將優化Clarity語言，引入子網和sBTC。這一升級將為下一次BTC生態的爆發提供比較完善的基礎條件。

子網：

Stacks將會引入支持其它編程語言和執行環境的子網，如EVM子網。這會將以太坊上的項目更容易遷移到Stacks網絡上，讓Stacks捕獲EVM鏈的資金和流量。同時這些智能合約都可以使用比特幣作為其資產，並最終在比特幣網絡上結算。

子網是Stacks的擴容解決方案，通過犧牲一定的去中心化提高網絡性能。子網可以選擇高網絡帶寬的礦工節點或是屬於子網白名單的礦工節點來處理子網的交易，以確保高性能。

sBTC：

sBTC是Stacks在Nakamoto升級中推出的去中心化的BTC錨定方案。sBTC的引入將解決BTC二層網絡如何使用BTC資產的問題，在Stacks和Stacks子網上的智能合約能夠使用sBTC开展借貸，兌換，鑄造穩定幣等各種DeFi業務，增加BTC生態的TVL。

目前市場上已有很多種BTC錨定資產，如將BTC引入以太坊的Wrapped BTC(wBTC)，RenBTC和tBTC；將BTC引入BTC二層RSK網絡的RBTC。錨定原理大致相同：先在BTC網絡上鎖定BTC，然後在目標網絡上鑄造相同數目的錨定BTC；在目標網絡上銷毀錨定BTC，然後在BTC網絡解鎖相同數目的BTC。但關鍵在於鎖定BTC資產的中心化程度，比如wBTC是由加密貨幣托管服務商持有用戶鎖定的BTC，中心化風險較高。之前3AC和Alameda就是wBTC的合作經銷商，他們的破產導致一些用戶無法順利將wBTC換回BTC。RBTC採用BTC網絡的多重籤名地址負責鎖定BTC，使用Powpeg機制確保BTC鎖定的信息正確傳遞到RSK網絡並執行籤名，進一步降低了中心化風險。

sBTC在BTC網絡中使用門限籤名錢包管理鎖定的BTC，在Stacks網絡中通過智能合約鑄造BTC，從而實現非托管，去中心化的BTC錨定。要執行peg-out操作解鎖BTC必須獲得有效的籤名：至少獲得70%stackers（鎖定STX代幣在PoX中獲得BTC獎勵的用戶）的籤名權力。這樣大大降低了資產托管的中心化風險。

Source: https://stx.is/sbtc-pdf

Stacks的優勢

生態優勢：

Stacks是目前最活躍的BTC二層網絡。在Ordinals協議推出後，市場對BTC NFT的興趣逐漸增加，Stacks上的NFT活動也开始活躍。據Muneeb Ali的說法，Stacks網絡已鑄造價值超65萬美元的NFT。

此外，Stacks的DeFi項目Alex在今年上半年TVL上漲500%，當前TVL達$24.61M。Alex是Stacks的頭部Dex，產品構建非常完善，提供交易，借貸，打新，永續合約等功能。隨着Stacks的升級和BTC生態的增長，Alex還有更大的發展空間。

Stacks生態的Arkadiko項目類似MakerDAO，專注於超額抵押資產鑄造去中心化穩定幣USDA，提高Stacks網絡的資產流動性。雖然該協議還未爆發，但我們可以期待sBTC引入Stacks網絡後它的表現。

Source: https://twitter.com/muneeb/status/1456007656305479684

Citycoin：

CityCoin是一個構建在Stacks上的協議，允許社區通過花費STX代幣來獲得Citycoin的獎勵，從而為城市的財政做出貢獻。參與者花費STX代幣成為“礦工”挖Citycoin，花費的STX代幣中的30%會存放在城市金庫中，剩余的70%作為CityCoin Stackers的獎勵。如果你理解了上文的PoX機制，Citycoin的激勵設計幾乎與其相同。

source: https://docs.citycoins.co/core-protocol/mining-citycoins

邁阿密是第一個加入該項目的城市，推出了MiamiCoin(MIA)。邁阿密城市金庫錢包的總價值已超過2000萬美元，約佔邁阿密市公共預算的2%，這些資金將會用於回饋當地社區。紐約隨後也加入了該計劃，推出了NYCCoin。這讓更多公衆接觸並使用數字資產和錢包，為區域的公共服務籌集資金，也幫助Stacks的品牌樹立了良好形象。

Stacks可能面臨的挑战

PoX的設計風險：

PoX需要BTC礦工花費BTC參與Stacks出塊的競爭，從而獲得STX代幣獎勵。目前BTC礦工之間競爭的較小，收益豐厚（1000 STX/區塊，每4年獎勵減半，最後降至125 STX/區塊），礦工有很大動力參與Stacks出塊的競爭。從下圖數據可以看到，參與7278次競爭的礦工花費了約3.56個BTC，獲得了1337000個STX代幣（當前約為29.4個BTC）

Statistics: https://app.onstacks.com/

如果未來Stacks獎勵減少，而參與競爭的礦工人數增加，礦工獲得的STX代幣獎勵小於其花費的BTC，那么礦工還會繼續參與PoX嗎？根據Onstacks的數據，目前參與PoX的活躍礦工僅6位。後續Stacks繼續發展，假設礦工數只增加10倍，而STX獎勵再過一年左右的時間即將減半到500 STX/區塊，那么STX/BTC匯率需要再翻2.5倍才能保證礦工有利可圖，從而有動力參與PoX。因此，要么STX的價值能繼續提升，要么參與競爭的礦工人數有上限，才能保證Stacks的網絡繼續運行。Stacks能像BTC一樣即使經歷礦工“關機”也可以重新復蘇嗎？

PoX的合約漏洞：

2023年4月19日，Stacks發現其pox-2合約中的stacks-increase函數存在漏洞，導致bc1qpyjutel6d4gj50dscphjrqcp29ljtfjel7ccap地址獲得了比理論計算上更多的BTC獎勵。 該計算錯誤是因為stacks-increase函數將諸如數據庫修改的操作與決定狀態更改的邏輯混在一起，然後使用reward-cycle-total-stacked作為全局變量在連續迭代中保存狀態。 目前Stacks團隊暫時將Stacks切換到PoB共識，後續將pox-2替換為pox-3合約，然後Stacks恢復採用PoX共識。社區中有开發者呼籲將Clarity改良為函數式，表達式導向的开發語言，以方便靜態分析和進行形式化驗證，避免在未來主網上再次出現此類漏洞。

總結

Stacks 無疑是BTC二層網絡的頭部項目，有持續發展的生態和優質的品牌效應，而且即將迎來重大升級：可靠、無需信任的 BTC 橋，sBTC，子網和Clarity語言的優化，為BTC生態的爆發提供基礎條件。 但同時PoX機制的復雜性在目前已給Stacks團隊帶來了一些難題，後續子網的引入更會使得整個網絡的復雜性陡增。如何確保Stacks網絡正確運行，順利完成Nakamoto升級是Stacks團隊需要努力解決的挑战。