Nervos Network：原生比特幣L2架構與RGB++資產發行協議

2024-07-07 00:07:05

一、項目背景及簡介

作為最大的加密貨幣，比特幣不斷獲得採用和認可。然而，它的成功也暴露出一些限制和挑战，特別是在可擴展性方面。例如，比特幣區塊鏈在 Segwit 升級之後，將區塊大小限制在 4 MB 以內，這限制了在給定時間內能處理的交易數量。隨着網絡的增長，這種限制導致了更長的確認時間和更高的交易費用，使得比特幣在處理大規模交易量時效率下降。與其他區塊鏈相比，除了價值轉移，比特幣的腳本語言目前還缺乏开發復雜智能合約所需的靈活性和表現力。為了解決這些限制，人們提出了多種 Layer 2(L2) 解決方案，如支付通道、側鏈和 Rollup。它們大多旨在通過在鏈下處理交易來擴展比特幣，試圖在不影響基礎層安全性的情況下提高交易吞吐量。例如，閃電網絡創建了一個二層支付通道網絡，允許近乎即時的小額支付。另一種方法是側鏈— — 與比特幣主鏈相連的獨立區塊鏈，擁有更大的腳本可能性和更快的交易。然而，這些解決方案往往有所取舍，如增加了復雜性、信任假設和潛在的安全漏洞。

Nervos Network 是比特幣可擴展性解決方案之一，它採用了更原生的方式，修改了支撐比特幣的 UTXO 模型。它改進了 RGB 協議，在無需跨鏈橋的情況下為比特幣提供圖靈完備的合約能力。Nervos Network 由 Terry Tai、Kevin Wang、Cipher Wang 和 Daniel Lv 於 2018 年第一季度立項，是一個旨在提高可擴展性的 Layer 1 區塊鏈。為了推動網絡的开發，項目團隊從種子輪、私募輪和公募中籌集了超過 1 億美元的資金。2019 年 11 月，Nervos Network 的 Layer 1 區塊鏈 — — Common Knowledge Base（共同知識庫，簡稱 CKB）上线。2024 年 2 月，由 Nervos 聯合創始人 Cipher Wang 領導的 CELL Studio 推出了比特幣一層資產發行協議 RGB++。受 RGB 協議的啓發，RGB++ 協議使用 CKB 作為數據可用性和執行層，為比特幣實現了智能合約能力和資產發行。自 2024 年 4 月 RGB++上线主網以來，利用 RGB++ 在比特幣上發行資產的項目數量不斷增加。截至 2024 年 6 月，現有的 15+ 個生態項目使 CKB 的鏈上活動重新活躍起來。

二、技術架構及特點

來源：Nervos Network

Nervos Network 採用分層架構，包括一個可通過支付通道和 RGB++進行擴展的L1 區塊鏈（Common Knowledge Base，簡稱 CKB）。Cell 模型是比特幣 UTXO 記账模型的改進版，CKB-VM 是一種定制虛擬機，它們支持了網絡的分層設計。CKB-VM 為在網絡上發起交易或構建應用提供了靈活的執行環境。這種設計可以讓網絡通過在每一層運行專用組件來進行垂直擴展，類似於模塊化區塊鏈。

Common Knowledge Base：CKB 是 Nervos Network 的底層 L1 區塊鏈，其運行方式與比特幣類似，採用工作量證明（PoW）共識機制。它使用比特幣算法的升級版 NC-MAX，通過加快交易確認時間和降低孤塊率來提高網絡效率和響應速度。比特幣以 10 分鐘的區塊間隔為目標，大約每兩周調整一次挖礦難度。而 CKB 會根據網絡活動的變化動態調整區塊間隔（大約每四小時一次），從而優化性能。

CKB 使用了 Eaglesong 函數來確保網絡的安全，這是一種 ASIC 中立的定制型哈希函數，可替代廣泛使用的 SHA 256 哈希函數。Eaglesong 是一種海綿函數，對多個加密元素進行了優化，可提供與其他工作量證明（PoW）哈希函數同等級別的安全性，同時專門為 Nervos Network 量身定制。

來源：Nervos Network

Cell 模型：Cell 模型是 CKB 數據結構的核心，可以在鏈上存儲和驗證任何數據。比特幣原始的腳本語言和 UTXO 模型限制了其執行智能合約所需的復雜計算的能力。相比之下，CKB 對 UTXO 模型進行了一般化處理，允許更靈活的數據存儲和驗證。與使用單一腳本驗證交易的比特幣不同，CKB 在其 Cell 模型中引入了雙腳本：

Lock Script（鎖定腳本）確保只有授權用戶可以訪問和使用 Cell 中的內容，與比特幣類似。

Type Script（類型腳本）是可選的腳本，用於設定在未來交易中如何使用或更改 Cell 的規則。

與比特幣的有限選項相比，這一系統使 CKB 能夠支持更多的功能，使其更適合各種應用。CKB 中的每個 Cell 都是一個可編程 Cell ，可以保存不同的數據類型，如代幣、智能合約和特定的應用狀態。它還可以運行復雜的類似於圖靈完備語言中的腳本。Cell 獨立運行，這意味着它們可以在不影響區塊鏈其他部分的情況下進行更新或引用，通過並行的方式提高可擴展性。

CKB-VM：CKB-VM 是 CKB 的執行引擎，用於運行智能合約和去中心化應用程序。該虛擬機使用 RISC-V 指令集，這是一種靈活、簡單的开源硬件架構集（ISA），支持多種編程語言，包括 C 和 Rust 等流行語言。這種廣泛的兼容性使 CKB-VM 有別於通常僅限於特定語言的其他區塊鏈的虛擬機，向更廣泛的开發者社區开放。CKB 網絡還支持 JavaScript、Rust、Go 和 Java 等主流語言的 SDK，方便开發者使用熟悉的工具進行开發。這使得开發人員更容易使用熟悉的編程語言創建復雜的去中心化應用。

此外，CKB-VM 的架構提供了可預測的 gas 費用、安全的執行以及與 Cell 模型的高效集成，有助於有效管理狀態和驗證交易。可預測的 gas 費用模型避免了意外費用，提升了用戶體驗，並簡化了合約开發。

RGB++ 協議

來源：Nervos Network

CKB 利用 RGB++協議擴展比特幣，該協議是一種資產發行標准，可在 CKB 上擴展比特幣的功能。RGB++ 協議可實現復雜的智能合約和資產管理操作，而這在比特幣網絡上通常是不可能實現的。最初的 RGB 協議是一個 L2 解決方案，目的是在不改變比特幣主網的情況下，為比特幣實現智能合約和資產發行。它通過將資產綁定到特定的比特幣 UTXO，使這些資產可以隨着 UTXO 本身的轉移而轉移。RGB 協議主要依賴客戶端驗證，交易在鏈下處理和驗證，從而減少了比特幣網絡的負載。然而，這種方法也有局限性，比如數據可用性方面的潛在問題 — — 由於數據不存儲在鏈上，因此在需要時可能無法隨時訪問。此外，對客戶端驗證的依賴增加了復雜性，可能會影響用戶體驗。

Nervos Network 通過 RGB++協議解決了這些限制，該協議通過使用 CKB 作為比特幣的數據可用性和執行層，擴展並增強了原始 RGB 協議背後的原理。RGB++ 通過同構綁定技術，將比特幣 UTXO 映射到 CKB 的 Cell 上，實現了與 CKB 圖靈完備智能合約的無縫集成。這是通過利用 CKB 的分層架構和 Cell 模型實現的，允許比特幣資產與 CKB 上的 dApp 進行交互。通過使用 RGB++，CKB 可以為比特幣執行更復雜的智能合約，而這在最初的 RGB 協議中是不可能實現的。RGB++ 還引入了關鍵交易元素的鏈上驗證，提高了安全性和數據可用性。此外，RGB++ 協議還能實現交易折疊、共享狀態的無主合約以及非交互式轉账，且無需跨鏈橋即可實現比特幣的跨鏈轉移。

支付通道：作為底層公鏈，CKB 可以通過支付通道進行擴展，比如 Polycrypt 开發的支付通道框架 Perun。通過在鏈下處理交易和鏈上結算，這些支付通道可以支持從小額支付到支付網關等多種應用，從而提高 CKB 的性能。Perun 利用了 CKB 的 Cell 模型，其中 Cell 攜帶了 capacity、Lock Script、Type Script 和數據來管理通道的狀態。通道的其中一個實現（PerunLockScript）可以管理通道實時 Cell 的訪問權限，而另一個實現（PerunTypeScript）可以處理狀態轉換的驗證邏輯。從通道獲得資金到關閉，這些轉換都是自動管理的。截至發稿時，Perun 仍在測試中，尚未在 CKB 主網上线。Nervos 核心开發人員還在努力將 CKB 連接到比特幣的閃電網絡，使用戶能夠在不依賴第三方的情況下交換 BTC 和 CKB。

三、代幣經濟模型

Nervos Network 的原生代幣 CKByte（CKB）在維護網絡安全和激勵有效存儲方面發揮着重要作用。CKB 在網絡中的主要作用包括：

授予代幣持有者數據存儲權。

作為鏈上交易的手續費。

作為區塊獎勵發放給礦工，以確保網絡安全。

此外，CKB 代幣有三個來源：（1）創世區塊；（2）基礎發行；（3）二級發行。

創世區塊： 2019 年 11 月主網啓動時，創世區塊鑄造了 336 億枚 CKB 代幣，其中 84 億枚 CKB 代幣（佔初始發行的 25% ）被立即銷毀。在銷毀的這 84 億枚 CKB 中， 50.4 億枚代幣被用於鏈上存儲（”佔用鏈上空間”），剩余的 33.6 億枚代幣處於流動狀態（”流動性”）。對這些被銷毀的代幣進行相應的狀態分配，目的是為了讓礦工在最初時至少能獲得二級發行的 15% ，而國庫基金至少能獲得 10% 。值得注意的是，目前分配給的國庫基金的 CKB 代幣全部被銷毀，只有通過網絡硬分叉才能更改此設定。

創世區塊中的 CKB 分配如下：

公募（~ 21.50% ）：創世區塊的最大部分在 2018 年提供給了公募投資者，並在 2019 年 11 月主網啓動時全部釋放。

生態基金（17.00% ）：生態基金將支持 Nervos 生態系統內的第三方开發者。在創世區塊的計劃中，這筆撥款的 3% 主網啓動時已經到位，其余部分將在兩年內發放，到 2022 年 12 月結束。

團隊（15% ）：預留給項目團隊，在 2022 年 5 月結束四年的鎖定期。

私募（14% ）：於 2018 年 7 月提供給私募投資者。其中 66.60% 在主網啓動時釋放，其余部分在 2020 年結束兩年的鎖定期。

合作夥伴（5% ）：這筆撥款是為幫助建立 Nervos Network 的战略合作夥伴預留的，鎖定期是四年。

測試網獎勵（0.5% ）：這些獎勵在主網啓動時全部分配給測試網和漏洞賞金計劃的參與者。

銷毀（25% ）：在創世區塊中，這部分直接銷毀，以保證礦工和國庫基金持續獲得二級發行。

基礎發行：CKB 基礎發行（一級發行）的目標是在網絡的早期發展階段提升網絡的安全性。每個 Epoch 的 CKB 基礎發行量固定，全部獎勵給礦工，獎勵他們處理網絡上的交易。基礎發行的上限為 336 億枚 CKB 代幣，並遵循與比特幣類似的通脹時間表，即每四年減半一次，直至達到供應量的上限。2023 年 11 月，CKB 經歷了首次減半事件，基礎發行的年發行量從 42 億枚 CKB 降至 21 億枚。

二級發行：CKB 通過兩種方法管理狀態爆炸。首先，要在鏈上存儲數據，用戶必須鎖定 CKB 代幣。CKB 並不直接向鎖定 CKB 代幣的用戶收取費用來支付狀態租金，而是通過一種稱為二級發行的通脹機制間接收取費用。每年， 13.44 億枚 CKB 代幣通過二級發行被鑄造出來，並分配給礦工、Nervos DAO 儲戶以及國庫基金。因此，二級發行針對存儲數據的用戶引入了通貨膨脹，因為鎖定的 CKB 代幣會自動面臨價值稀釋，這是支付狀態租金的一種間接方式。截至寫文，已有超過 6 億枚 CKB 代幣作為狀態租金分配給了礦工，約 11.5 億枚 CKB 代幣獎勵給 Nervos DAO 儲戶，分配給國庫基金的超過 42.7 億枚 CKB 代幣被直接銷毀。

Nervos DAO：通過 Nervos DAO，CKB 代幣持有者可以原生地避免被二級發行所稀釋。通過將持有的 CKB 代幣鎖定到 Nervos DAO 智能合約中，用戶可以從二級發行中獲得代幣獎勵，確保其持有的代幣免受通貨膨脹的影響。Nervos DAO 儲戶獲得的收益率與二級發行的通脹率相同，隨着總供應量的增加，APR 也會繼續下降。用戶可以隨時往 Nervos DAO 存款，最低金額為 102 CKB，但取款只能在 30 天存款周期結束後才能進行。CKB 的存入流通比為 20.84% ，在過去兩年中一直呈下降趨勢。這種下降趨勢可能是因為 CKB 上的未花費 Cell 數量不斷增加。

四、網絡活動

在過去的一年裏，CKB 網絡持續活躍。截至目前，CKB 的日均交易量為 43, 600 筆。與 2023 年第四季度的日均 20, 800 筆相比，增長了 110% 。在新增地址方面， 4 月份的鏈上活動明顯增加。4 月份創建了 387, 600 個新地址，與 3 月份相比，環比增長了 181% 。自 4 月份以來，CKB 上的 Cell 活動一直在穩步增加，部分原因是 RGB++ 協議的推出。Cell 活動分為未花費 Cell 和已花費 Cell。未花費 Cell 可用於未來的交易、智能合約執行和數據存儲，反映了網絡活動和採用率的提高。已花費 Cell 雖然不再用作交易輸入，但仍包含可訪問和引用的有價值數據，有助於區塊鏈的歷史和數據可追溯性。截至 2024 年 5 月 15 日，共有 170 萬個未花費 Cell ，與第一季度末相比增長了 13% 。至於已花費 Cell ，截至發稿時，CKB 上共有 5760 萬個已花費 Cell 。

自 RGB++ 協議於 2024 年 4 月 3 日上线以來，已有超過 13, 200 筆交易和 4, 400 個獨立地址使用該協議。整個 5 月和 6 月的網絡活動呈下降趨勢，但利用 RGB++ 的更多生態項目應該有助於扭轉這一趨勢。

五、安全性與去中心化

作為 PoW 網絡，礦工通過解決加密難題來驗證交易並向區塊鏈添加新區塊，從而確保 CKB 的安全。每挖出一個區塊，礦工就能獲得該區塊的全部 “基礎發行” 獎勵和部分 “二級發行” 獎勵。礦工還可以從處理網絡交易的交易費中獲得提案獎勵或提交獎勵。為了在不降低性能的情況下管理網絡活動的變化，CKB 定制的 NC-MAX 共識協議大約每四個小時根據網絡的孤塊率調整一次挖礦難度。這樣，網絡可以優化出塊時間，同時降低區塊重組的可能性，因為區塊重組可能會破壞網絡的穩定性。

算力是對 PoW 區塊鏈礦工基礎計算能力的衡量標准。因此，算力代表着 CKB 網絡的安全性。2024 年，CKB 全網算力不斷刷新歷史新高。4 月 27 日，CKB 的全網算力達到 397.5 PH/s，是 CKB 網絡有史以來的最高算力值。算力上升的部分原因是 Binance 於 2024 年 4 月 18 日开啓了 CKB 礦池。與算力類似， 2024 年的平均挖礦難度也創下了歷史新高（4 月 21 日該值為 3.96 E）。

六、生態系統

Nervos Network 繼續通過資金、基礎設施和工具支持來促進生態系統的發展。在 2019 年 11 月主網上线時，約 57 億 CKB（佔創世區塊 CKB 分配額的 17% — 寫文時為 6240 萬美元）被預留用於生態基金。多年來，生態基金已為多個生態發展計劃提供了種子資金，以推動網絡的發展計劃。其中之一是 CKB Eco Fund（前身為 InNervation），該生態基金專注於孵化和投資使用 RGB++ 連接 CKB 和比特幣的早期和種子輪項目。CKB Eco Fund 支持生態項目建設關鍵的基礎設施和跨領域的去中心化應用，包括 DeFi、遊戲、工具、NFT 市場等。2024 年 1 月，CKB Eco Fund 推出了 BTCKB 計劃，旨在通過 PoW 共識機制和 UTXO 模型加強比特幣和 CKB 區塊鏈之間的集成。BTCKB 計劃引入新的智能合約功能，將 BTC、Taproot Assets 和 RGB++ 資產納入到 CKB 區塊鏈中，從而增強比特幣區塊鏈的功能。作為該計劃的一部分，CKB Eco Fund 還孵化了 CELL Studio，這是一家由 Nervos 聯合創始人 Cipher Wang 領導的區塊鏈軟件公司，也是 BTCKB 計劃的牽頭者。CELL Studio 开發基礎設施和應用程序，以增強和擴展 Nervos 生態系統，它與 ConsenSys 為以太坊开發 Infura 和 MetaMask 等基礎工具的方式類似。截至目前，CELL studio 开發的知名生態系統工具包括：

CoTA：CKB 上 fungible 和 non-fungible token 的聚合協議。

ForceBridge：連接 CKB 和其他區塊鏈網絡的跨鏈互操作性協議，目前支持以太坊和 BNB 智能鏈。

Spore：由 CKB 支持的鏈上數碼物（DOBs）協議。

自 2024 年 4 月 RGB++主網上线以來，已經有超過 15 個現有生態項目利用該協議進行資產發行。值得重視的生態項目包括：

UTXO Stack：基於 RGB++ 協議的比特幣 L2 “OP Stack”。

JoyID：非托管錢包，利用生物識別技術進行用戶身份驗證，支持多個網絡，包括以太坊、比特幣和 RGB++ 資產。

HueHub：去中心化交易平臺和 launchpad，支持比特幣上的 RGB++ 資產。

Stable++：去中心化的穩定幣協議，支持 CKB 和 BTC。

World 3: 基於 RGB++ 協議和 DOB 的自主世界遊戲。

Nervape：基於比特幣的多鏈可組合數碼物，其 “基礎資產” 在比特幣上發行，“附屬資產” 在 CKB 上發行。

Haste：RGB++ 資產管理解決方案。

d.id：比特幣生態的去中心化身份協議。

CELL Studio 發布的 RGB++开發路线圖強調了 2024 年內要完成的重要計劃包括：

發布一個跨 UTXO 鏈發行 RGB++ 資產的跨鏈協議。

通過 RGB++ 協議將 Atomicals、Orderals 和其它基於 UTXO 的資產無橋跨鏈到 CKB。

提出並實施支持多網絡的 RGB++ 擴展解決方案。

將 RGB++ 與 CKB 閃電網絡連接起來。

作為 BTCKB 計劃的一部分，CKB Eco Fund 還打算推出連接 BTC 和 CKB 的跨鏈橋和基於 UTXO 的 DEX。此外，還會利用 RGB++ 協議為 CKB 开發了一個支付通道網絡，相關的概念驗證已完成。該支付通道網絡將連接到閃電網絡，使 CKB 更具可擴展性，適合各種區塊鏈應用。

七、競品分析

作為比特幣 L2，Nervos Network 擴展比特幣的方法主要是通過 RGB++ 協議來增強比特幣的功能。像 Stacks 這樣的競品提供了定制的執行環境和編程語言，而 Rootstock 則對兩條鏈之間的交易進行掛鉤。相比之下，Nervos 的目標是在不增加復雜性或損害去中心化的情況下增強原生的比特幣體驗。借助 RGB++ 協議，CKB 可以為比特幣提供與比特幣原始 UTXO 模型緊密結合的智能合約執行環境。這種設計可能會為 Nervos Network 帶來優勢，吸引那些對偏離比特幣核心理念 ——去中心化和安全性 — — 的解決方案持懷疑態度的用戶

與閃電網絡這樣的擴展解決方案相比，CKB 的智能合約提供了更廣泛的功能，可為开發者在比特幣上構建更復雜的應用程序提供服務。雖然閃電網絡能有效促進快速、低成本的交易，但它並不支持復雜的去中心化應用。與此同時，Liquid Network、Merlin Chain 和 Bouncebit 等平臺需要信任半中心化的聯盟來管理側鏈與比特幣主網之間的跨鏈橋。CKB 使用鏈下計算和鏈上結算的方法，避免了這種程度的中心化。

盡管如此，Nervos 利用 RGB++ 協議擴展比特幣的方法並非沒有局限性。在數據可用性和資產發行方面對外部網絡（特別是 CKB 區塊鏈）的依賴，為比特幣帶來了額外的復雜性和潛在的延遲。此外，由於缺乏全面的开發工具和多方交互解決方案，限制了該協議有效支持去中心化應用的能力。最後，CKB 區塊鏈上交易的透明性損害了 RGB 協議最初提供的隱私優勢。

八、總結

隨着人們對比特幣原有功能之外的可擴展性和功能的需求不斷增長，比特幣 L2 市場也在持續發展。各種 L2 解決方案，如閃電網絡、側鏈和 Rollup，旨在通過將交易移出主鏈來解決這些問題，從而在不影響安全性的情況下提高比特幣的吞吐量。然而，這些解決方案往往會帶來新的復雜性和安全挑战。Nervos 的與衆不同之處在於通過 RGB++ 擴展了 RGB 協議。RGB++ 為比特幣提供了原生擴展，集成了與比特幣 UTXO 模型直接相關的更深層次的智能合約功能。這些功能反過來又促進了比特幣實用性更加無感、更加安全的擴展。此外，將支付通道網絡與閃電網絡連接在一起的工作正在進行中，這將使 CKB 更具可擴展性，適用於許多區塊鏈應用。

最終，Nervos 的目標是通過簡化用戶和开發者體驗來加強其在比特幣 L2 領域的地位。此外，Nervos 還可以優先為更廣泛的資產類型和復雜應用提供 RGB++ 支持，從而提高其在比特幣生態系統中的實用性。通過這樣做，Nervos 可以在比特幣作為去中心化應用和智能合約平臺的更廣泛採用和功能性方面發揮關鍵作用。