捍衛無需許可的比特幣：比特幣L2生態與前景分析

2024-01-26 20:01:09

原文在深圳： Mohamed Fouda ，Alliance DAO

原文編譯：深潮 TechFlow

比特幣現貨 ETF 在過去幾周內成為熱議話題。隨着這些討論的平息，社區的注意力又回到了比特幣的建設上。這意味着要回答一個問題：「如何提高比特幣的可編程性？」

目前，比特幣的 L2 是對這個問題最有希望的答案。本文將比特幣 L2 與早期的工作進行了比較，並討論了一些最有前景的比特幣 L2 項目。然後，本文討論了與比特幣 L2 相關的有趣的創業機會。

捍衛無需許可的比特幣

由於許多投資者現在可以通過受監管的產品投資比特幣，他們可以在傳統金融 (TradFi) 產品中交易 BTC，例如槓杆交易、抵押貸款等。然而，這些產品並不使用原生的 BTC。相反，他們使用由發行者控制的 TradeFi 版本的 BTC，而原生 BTC 則由托管人鎖定。隨着時間的推移，TradeFi 版本的 BTC 可能成為持有和使用 BTC 的主要方式，將其從一個去中心化的無需許可資產轉變為另一個由華爾街控制的資產。比特幣原生的無需許可性是抵抗舊金融系統對比特幣控制的唯一途徑。

構建比特幣原生產品

L1 應用

开發者曾多次嘗試在 L1 上實現其他功能。這些努力集中在利用比特幣交易攜帶任意數據的能力上。這些任意數據可用於實現額外功能，例如發行和轉移資產以及 NFT。然而，這些功能並不是作為比特幣協議的一部分構建的，而是需要額外的軟件來解釋這些數據字段並對其進行操作。

這些努力包括 Colored Coins、Omni 協議、Counterparty 和最近的 Ordinals。Omni 最初用於在比特幣 L1 上發行和轉移 USDT，後來擴展到其他鏈上。Counterparty 是比特幣 Stamps 和 SRC-20 代幣的底層技術。Ordinals 目前是使用銘文在比特幣上發行 NFT 和 BRC-20 代幣的標准。

Ordinals 自推出以來取得了巨大成功，產生的費用超過 2 億美元。盡管取得了成功，Ordinals 僅限於資產發行和轉移。Ordinals 無法用於在 L1 上實現應用程序。由於比特幣原生編程語言 Bitcoin Script 的限制，更復雜的應用程序（例如 AMM 和借貸）幾乎不可能構建。

BitVM

擴展比特幣 L1 功能的一個嘗試是 BitVM。這個概念建立在比特幣的 Taproot 升級之上。BitVM 的概念是通過程序的鏈外執行來擴展比特幣的功能，並保證程序的執行可以通過欺詐證明在鏈上受到質疑。盡管 BitVM 似乎可以用來在鏈下實現任意邏輯，但實際上，L1 上執行欺詐證明的成本隨着鏈下程序的大小而迅速增長。這個問題限制了 BitVM 在特定問題上的應用性，例如信任最小化的 BTC 橋接。許多即將推出的比特幣 L2 利用 BitVM 實現橋接。

BitVM 操作的簡化圖

側鏈

解決比特幣有限可編程性的另一種方法是使用側鏈。側鏈是獨立的、完全可編程的區塊鏈，與 EVM 兼容，它們試圖與比特幣社區保持一致，並為這個社區提供服務。Rootstock、Blocksteam 的 Liquid 和 Stacks V1 是這些側鏈的例子。

比特幣側鏈已經存在多年，但在吸引比特幣用戶方面總體上取得有限的成績。例如，Liquid 側鏈上橋接的 BTC 不到 4500 個。然而，這些鏈上構建的一些 DeFi 應用已經取得了不錯的成績，例如 Rootstock 上的 Sovryn 和 Stacks 上的 Alex。

比特幣 L2

比特幣 L2 正在成為構建基於 BTC 的無需許可應用程序的焦點。它們可以提供與側鏈相同的優勢，但具有源自比特幣基礎層的安全保證。關於什么才是真正的比特幣 L2，人們一直爭論不休。在本文中，我們將避免這種爭論，而是討論如何使 L2 與 L1 充分耦合的主要考慮因素，並討論一些有前途的 L2 項目。

比特幣 L2 的要求

L1 的安全性

比特幣 L2 最重要的要求是從 L1 的安全性中獲得其安全性。比特幣是最安全的鏈，用戶希望這種安全延伸到 L2。例如，閃電網絡（Lightning Network）已經實現了這一點。

這就是側鏈被歸類為側鏈的原因，它們有自己的安全性。例如，Stacks V1 依賴於 STX 代幣來確保其安全。

實踐中實現安全要求極具挑战性。為了確保 L1 能夠安全地支持 L2，L1 需要能夠執行某些計算以驗證 L2 的行為。例如，以太坊的 rollup 從 L1 獲得安全性，因為以太坊 L1 可以驗證零知識證明（zk rollup）或驗證欺詐證明（optimistic rollup）。目前比特幣的基礎層缺乏執行這些操作的計算能力。有提案建議向比特幣添加新的操作碼，以便基礎層驗證 rollups 提交的 ZKP。此外，像 BitVM 這樣的提案嘗試實現無需更改 L1 的欺詐證明方式。BitVM 面臨的挑战是，欺詐證明的成本可能極高（數百個 L1 交易），限制了其實際應用。

為了實現 L2 達到 L1 級別的安全性，L1 需要有 L2 交易的不可變記錄。這被稱為數據可用性（DA）要求。它允許僅監控 L1 鏈的觀察者驗證 L2 狀態。通過銘文，可以將 L2 交易記錄嵌入到比特幣 L1 中。然而，這又帶來了另一個問題，即可擴展性。由於比特幣 L1 的區塊時間限制為每 10 分鐘 4 MB，其數據吞吐量限制為約 1.1 KB/s。即使將 L2 交易高度壓縮至大約 10 字節 / 交易，假設所有 L1 交易都用於存儲 L2 數據，L1 也只能支持約每秒 100 筆交易的 L2 吞吐量。

L1 到 L2 的信任最小化橋接

在以太坊 L2 中，與 L2 之間的橋接由 L1 控制。橋接到 L2，即 Peg-in，實際上意味着在 L1 上鎖定資產並在 L2 上鑄造這些資產的副本。在以太坊中，這是通過 L2 原生橋接智能合約實現的。該智能合約存儲了所有橋接到 L2 的資產。智能合約的安全性來自 L1 驗證者。這使得到 L2 的橋接安全且最大程度減少了信任。

在比特幣中，無法實現由整個 L1 礦工集合保護的橋接。相反，最好的選擇是使用多籤錢包來存儲 L2 資產。因此，L2 橋接的安全性取決於多籤安全性，即籤名者的數量、身份以及如何保護 Peg-in 和 Peg-out 操作。提高 L2 橋接安全性的一種方法是使用多個多籤錢包，而不是單個多籤錢包來保存所有 L2 橋接資產。這方面的例子包括 TBTC，多籤籤名者需要提供可被削減的抵押品。類似地，建議的 BitVM 橋接要求多籤籤名者提供安全保證金。然而，在這種多籤中，任何籤名者都可以發起 Peg-out 交易。Peg-out 交互受到 BitVM 欺詐證明的保護。如果籤名者有惡意行為，其他籤名者（驗證者）可以在 L1 提交欺詐證明，導致惡意籤名者被削減。

比特幣 L2 現狀

比特幣 L2 項目的總結對比

Chainway

Chainway 正在比特幣之上構建一個 zk rollup。Chainway rollup 使用比特幣 L1 作為 DA 層來存儲 rollup 的 ZKP 和狀態差異。此外，rollup 利用證明遞歸，使每個新證明聚合在先前 L1 區塊上發布的證明。證明還聚合了「強制交易」，這些是在 L1 上廣播的與 L2 相關的交易，以強制將它們包含在 L2 中。這種設計有幾個優點：

強制交易保證了 rollup 的排序器無法審查 L2 交易，並賦予用戶通過在 L1 上廣播這些交易來包含這些交易的能力
使用證明遞歸意味着每個區塊的證明者都必須驗證前一個證明。這創建了一條信任鏈並保證了無效證明不能包含在 L1 中。

Chainway 團隊還討論了使用 BitVM 來保證證明驗證和 Peg-in/out 交易正確執行。使用 BitVM 驗證橋接交易，可以將橋接多重籤名的信任假設降低到誠實的少數人。

Botanix

Botanix 正在為比特幣構建一個 EVM L2。為了提高與比特幣的一致性，Botanix L2 使用比特幣作為 PoS 資產來實現共識。L2 驗證者從在 L2 上執行的交易中賺取費用。此外，L2 使用銘文將所有 L2 交易的 Merkle 樹根存儲在 L1 上。這為 L2 交易提供了部分安全性，因為 L2 交易日志不能被更改，但並不保證這些交易的 DA。

Botanix 通過名為 Spiderchain 的去中心化多籤系統網絡處理從 L1 到 L2 的橋接。多籤的籤名者是從一組協調者中隨機選出的。協調者在 L1 上鎖定用戶資金並籤署聲明，以鑄造等量的 BTC 在 L2 上。協調者發布安全保證金以獲得這一角色。如果出現惡意行為，安全保證金將被削減。

Botanix 已經啓動了公共測試網，主網計劃於 2024 年上半年推出。

Bison Network

Bison 採用主權 rollup 風格來實現其比特幣 L2。Bison 實現了使用 STARKs 的 zk rollup，並使用 Ordinals 作為機制將生成的 ZKP 和交易數據存儲到 L1 中。由於比特幣無法在 L1 上驗證這些證明，驗證被委托給用戶，他們在自己的設備上驗證 ZKP。從這個意義上說，Bison 更像是一個 Optimistic Rollup，但沒有欺詐證明。

對於比特幣在 L2 的橋接操作，Bison 使用了離散對數合約（DLC）。DLC 由 L1 保障，但依賴於外部預言機。這個預言機讀取 L2 網絡的狀態，並將信息傳遞給比特幣的 L1 網絡。如果這個預言機是中心化的，預言機可能惡意使用鎖定在 L1 網絡上的資產。因此，對於 Bison 來說，最終轉向去中心化的 DLC 預言機是非常重要的。

目前，Bison 還不支持特定的虛擬機（VM）。Bison 操作系統實現了一些合約，例如代幣合約，這些合約可以通過 Bison 證明者進行證明。

Stacks V2

Stacks 是最早專注於擴展比特幣可編程性的項目之一。 Stacks 正在進行改造，以更好地與比特幣 L1 保持一致。本文討論的重點是預計將於 2024 年 4 月在主網上线的即將到來的 Stacks V2。Stacks V2 實現了兩個新概念，這些概念正在改進與 L1 的一致性。第一個版本是 Nakamoto 版本，它更新了 Stacks 的共識，以便遵循比特幣區塊和最終確定性。第二個是改進的比特幣橋接技術，稱為 sBTC。

在 Nakamoto 中，Stacks 的區塊由礦工挖掘，這些礦工在 L1 網絡上提交比特幣作為保證金。當 Stacks 礦工創建一個區塊時，這些區塊會被錨定在比特幣的 L1 網絡上，並從 L1 網絡的工作量證明（PoW）礦工那裏獲得確認。當一個區塊獲得 150 個 L1 網絡確認後，該區塊被認為是最終確定的，且無法在不分叉比特幣 L1 網絡的情況下進行分叉。此時，挖出該區塊的 Stacks 礦工會獲得 STX 獎勵，他們的 BTC 保證金將分配給網絡的 Stackers。這樣，任何比 150 個區塊更舊的 Stacks 區塊（大約 1 天前的區塊）都依賴於比特幣 L1 網絡的安全性。對於較新的區塊（< 150 個確認），只有當 70% 的 Stackers 支持分叉時，Stacks 鏈才能分叉。

Stacks 的另一個升級是 sBTC，它提供了一種更安全的方式將 BTC 橋接到 Stacks。為了將資產橋接到 Stacks，用戶將他們的 BTC 存入由 L2 網絡的 Stackers 控制的 L1 網絡地址。當存款交易得到確認後，在 L2 網絡上就會鑄造 sBTC。為了確保橋接 BTC 的安全性，Stackers 必須鎖定超過橋接 BTC 價值的 STX 作為保證金。Stackers 還負責執行來自 L2 網絡的贖回請求。贖回請求以 L1 網絡交易的形式廣播。確認後，Stackers 會在 L2 網絡上銷毀 sBTC，並協作籤署一個 L1 交易，釋放用戶在一層網絡上的 BTC。對於這項工作，Stackers 獲得了之前討論的礦工保證金作為獎勵。這種機制被稱為轉移證明（PoX）。

Stacks 通過要求許多重要的 L2 交易，例如礦工 PoX 保證金、贖回交易等，作為 L1 網絡交易來執行，從而與比特幣對齊。這一要求確實提高了橋接 BTC 的對齊和安全性，但由於 L1 的波動性和高費用，可能導致用戶體驗下降。總的來說，升級後的 Stacks 設計解決了 V1 中的許多問題，但仍存在一些弱點。這包括在 L2 中使用 STX 作為原生資產，以及 L2 的數據可用性，即只有交易和智能合約代碼的哈希在 L1 網絡上可用。

BOB

Bulid-on-Bitcoin（BOB）是一個旨在與比特幣對齊的以太坊 L2。BOB 作為以太坊上的 Optimistic rollup 運行，並使用 EVM 執行環境來實現智能合約。

BOB 最初接受不同類型的橋接 BTC（WBTC，TBTC V2），但計劃未來採用更安全的雙向橋接技術，使用 BitVM。

為了與也支持 WBTC 和 TBTC 的其他以太坊 L2 區分开來，BOB 正在構建允許用戶直接與比特幣 L1 進行交互的功能。BOB SDK 提供了一系列智能合約庫，允許用戶在比特幣 L1 上籤署交易。這些交易在 L1 上的執行由比特幣輕客戶端監控。輕客戶端將比特幣區塊的哈希添加到 BOB，以便進行簡單的驗證（SPV），確認提交的交易已在 L1 上執行並包含在區塊中。另一個特色是獨立的 zkVM，允許开發人員為比特幣 L1 編寫 Rust 應用程序。可以在 BOB rollup 上驗證正確執行的證明。

BOB 目前的設計更像是側鏈而不是比特幣 L2。這主要是因為 BOB 的安全性取決於以太坊 L1，而不是比特幣的安全性。

SatoshiVM

SatoshiVM 是另一個計劃推出 zkEVM 比特幣 L2 的項目。該項目在 1 月初突然出現並啓動了測試網。關於這個項目的技術細節信息很少，目前還不清楚項目背後的开發者是誰。SatoshiVM 的少量技術文檔提到了使用比特幣 L1 進行數據可用性 D）、通過支持在 L1 上廣播交易來抵抗審查，並使用類似 BitVM 的欺詐證明來驗證 L2 的零知識證明。

由於其匿名性質，這個項目周圍存在很多爭議。一些調查顯示，該項目與 Bool Network 有關聯，後者是一個較早的比特幣 L2 項目。

比特幣 L2 中的創業機會

比特幣 L2 領域為創業提供了多個機會。除了構建最佳比特幣 L2 的機會外，還有其他幾個創業機會。

比特幣 DA 層

許多即將到來的 L2 旨在增加它們與 L1 的一致性。一種方法是將 L1 用於 DA。然而，鑑於比特幣區塊大小的嚴格限制和 L1 區塊之間的長時間延遲，L1 無法存儲所有 L2 交易。這為特定於比特幣的 DA 層創造了機會。現有網絡，例如 Celestia，可以擴展以填補這一空白。但是，創建一個依賴於比特幣安全性或 BTC 抵押的鏈下 DA 解決方案，可以提高與比特幣生態系統的一致性。

MEV 提取

除了使用比特幣 L1 進行 DA 外，一些 L2 可能會選擇將 L2 交易排序委托給綁定 BTC 的排序器，甚至委托給 L1 礦工。這意味着任何 MEV 提取都將委托給這些實體。鑑於比特幣礦工不適合執行此任務，因此存在一個類似 Flashbots 的公司專注於比特幣 L2 的 MEV 提取和私人訂單流的機會。MEV 提取通常與所使用的虛擬機（VM）密切相關，考慮到比特幣 L2 尚無公認的 VM，可能會有多個參與者出現在該領域。每個參與者專注於不同的比特幣 L2。