詳解比特幣擴容解決方案 Stacks：引入智能合約來增強比特幣功能

2023-07-26 00:07:08

比特幣是最安全和最持久的區塊鏈，但它也面臨着可擴展性和功能性的挑战。比特幣的設計是簡約的，旨在保持不變。Stacks 是一個建立在比特幣之上的开源平臺，它通過引入智能合約和去中心化應用（DApps）來增強比特幣的功能。Stacks 是一個區塊鏈解決方案，它利用比特幣的安全性和共識機制，同時提供高吞吐量和低延遲的交易。Stacks 還實現了一個無需信任的雙向比特幣錨定機制，使得比特幣可以在 Stacks 層上自由流通和使用。Stacks 還採用了 Clarity 語言，一種安全、可判定的智能合約語言，可以響應比特幣交易並訪問比特幣狀態。本文將介紹 Stacks 的主要創新和優勢，以及它如何為比特幣提供一個完全可編程的資產層。

引言

比特幣是第一個成功的加密貨幣，它創造了一個去中心化、不可篡改、抗審查的價值網絡。比特幣具有獨特的安全性和穩定性，因為它擁有最大的算力和最廣泛的分布式節點。

然而，比特幣也存在一些限制，例如交易速度慢、交易費用高、功能單一等。這些限制阻礙了比特幣在更多場景中的應用，例如智能合約、去中心化金融（DeFi）、非同質化代幣（NFT）等。

為了解決這些問題，許多項目嘗試在比特幣之上或之外構建更多功能和更高效率的區塊鏈平臺。然而，這些項目通常需要犧牲一定程度的安全性或去中心化性，或者需要依賴第三方服務或中介來實現與比特幣的互操作性。這些方案都不能完全利用比特幣本身的優勢，也不能保證用戶和开發者的信任和自主。

Stacks 是一個不同於其他項目的區塊鏈平臺，它旨在成為比特幣的擴展解決方案。Stacks 不是試圖替代或改變比特幣，而是在比特幣之上增加了智能合約和 DApps 的能力，使得比特幣可以成為一個完全可編程的資產。Stacks 利用了比特幣本身的安全性和共識機制，同時提供了高吞吐量和低延遲的交易體驗。Stacks 還實現了一個無需信任的雙向比特幣錨定機制，使得比特幣可以在 Stacks 層上自由流通和使用。此外，Stacks 還採用了 Clarity 語言，一種安全、可判定的智能合約語言，可以響應比特幣交易並訪問比特幣狀態。

本文將介紹 Stacks 的主要創新和優勢，以及它如何為比特幣提供一個完全可編程的資產層。

Stacks 的主要創新

Stacks 是一個區塊鏈解決方案，它利用了比特幣的安全性和共識機制，同時提供了高吞吐量和低延遲的交易體驗。

Stacks 的主要創新和優勢可以用以下六個字母來概括：

S – 由比特幣的全部算力保護（比特幣終局性）。
T – 無需信任的比特幣錨定機制；向比特幣寫入。
A – 原子比特幣交換和由比特幣地址擁有的資產。
C – Clarity 語言，用於安全、可判定的智能合約。
K – 對比特幣完整狀態的了解；從比特幣讀取。
S – 可擴展、快速的交易，最終在比特幣上結算。

下面我們將逐一介紹這些創新和優勢。

S – 由比特幣的全部算力保護（終局性）

Stacks 不是在比特幣之外構建一個獨立的區塊鏈網絡，而是直接利用了比特幣本身的安全性和共識機制。

Stacks 使用了一種叫做共識橋接（consensus bridge）的技術，它可以將比特幣區塊鏈上發生的事件映射到 Stacks 區塊鏈上，從而實現兩個區塊鏈之間的互操作性。

具體來說，Stacks 使用了一種叫做證明轉移（proof-of-transfer, PoX）的共識算法，它可以讓 Stacks 節點通過向比特幣區塊鏈發送交易來參與 Stacks 區塊鏈的共識過程。這些交易包含了 Stacks 節點對下一個 Stacks 區塊的投票信息，以及用於激勵其他節點參與共識過程的獎勵信息。通過這種方式，Stacks 節點可以利用比特幣區塊鏈作為一個不可篡改、不可逆轉、不可預測的隨機數生成器，從而達成對下一個 Stacks 區塊的共識。

這種共識橋接技術使得 Stacks 區塊鏈可以繼承比特幣區塊鏈的安全性和終局性。任何想要攻擊或篡改 Stacks 區塊鏈的惡意節點必須同時攻擊或篡改比特幣區塊鏈，這在實際上是非常困難甚至不可能的。因此，Stacks 區塊鏈可以被認為是由比特幣的全部算力保護的。這也意味着 Stacks 區塊鏈上發生的任何事件都可以被視為具有與比特幣相同的終局性。換句話說，當一個 Stacks 交易被確認後，它就不可能被回滾或撤銷，除非同時回滾或撤銷相應的比特幣交易。

T – 無需信任的比特幣錨定機制

Stacks 不僅利用了比特幣作為自己的安全層和共識層，還實現了一個無需信任的雙向比特幣錨定機制，使得比特幣可以在 Stacks 層上自由流通和使用，這個錨定機制叫做棧式比特幣（stacked bitcoin, sBTC）。sBTC 交換的實現是基於 Stacks 和比特幣之間的互操作性，以及 Stacks 層上的智能合約邏輯。原子比特幣交換可以為用戶提供更高的效率和安全性，以及更多的選擇和靈活性。

由比特幣地址擁有的資產是指在 Stacks 層上發行或轉移的資產，其所有權是由比特幣地址而不是 Stacks 地址來確定的。這意味着用戶可以使用自己在比特幣層上已有的地址和私鑰來管理自己在 Stacks 層上擁有的資產，而不需要創建或導入新的地址或私鑰。這樣，用戶就可以享受到比特幣層上的安全性和隱私性，同時也可以訪問 Stacks 層上的功能性和多樣性。由比特幣地址擁有的資產的實現是基於 Stacks 和比特幣之間的地址映射，以及 Stacks 層上的智能合約邏輯。由比特幣地址擁有的資產可以為用戶提供更高的便利性和兼容性，以及更多的信任和自主。

C – Clarity 語言，安全、可判定

Stacks 支持智能合約和 DApps 的能力是通過一種叫做 Clarity 的智能合約語言實現的。Clarity 是一種專門為區塊鏈設計的語言，它具有以下幾個特點：

它是一種解釋型語言，即它不需要編譯成字節碼或虛擬機代碼，而是直接在區塊鏈上執行。這樣可以避免編譯器引入的錯誤或漏洞，以及虛擬機引入的开銷或不確定性。
它是一種可判定語言，即它可以在有限的時間和空間內確定地執行，並且可以預先計算出它的執行結果和消耗的資源。這樣可以避免無限循環或死鎖等問題，以及提供更精確和公平的費用模型。
它是一種非圖靈完備語言，即它不支持所有可能的計算，而只支持一些有限且必要的計算。這樣可以避免復雜度或不可預測性等問題，以及提供更高的安全性和可靠性。
它是一種透明語言，即它可以讓用戶和开發者清楚地看到智能合約的邏輯和狀態，並且可以對其進行驗證或分析。這樣可以避免隱藏或欺騙等問題，以及提供更多的信任和自主。

K – 對比特幣完整狀態的了解

Stacks 不僅可以向比特幣寫入信息，還可以從比特幣讀取信息。這是因為 Stacks 可以對比特幣的完整狀態進行跟蹤和存儲，包括比特幣區塊頭、交易、地址、余額等。這樣，Stacks 就可以利用比特幣作為一個不可篡改、不可逆轉、不可預測的數據源，從而實現更高級的功能，例如跨鏈合約、預言機、隱私保護等。

Stacks 對比特幣完整狀態的了解是通過一種叫做區塊鏈適配器（blockchain adapter）的技術實現的。區塊鏈適配器是一個由 Stacks 節點自愿參與的服務，它可以從比特幣網絡上獲取並驗證比特幣區塊鏈上發生的事件，並將其轉發給 Stacks 網絡上的其他節點。區塊鏈適配器的參與者可以通過向 Stacks 網絡提供有價值的信息來獲得一定比例的 Stacks 代幣（STX）獎勵。區塊鏈適配器的運行邏輯是完全透明和可驗證的，因此用戶不需要信任任何第三方或中介來從比特幣讀取信息。

S – 可擴展、快速的交易，最終結算

Stacks 不僅利用了比特幣作為自己的安全層和共識層，還提供了可擴展、快速的交易體驗。Stacks 使用了一種叫做微區塊（microblocks）的技術，它可以在兩個比特幣區塊之間快速確認和廣播大量的交易。微區塊是一種輕量級的區塊結構，它只包含交易數據，而不包含共識數據。微區塊由一個被稱為領導者（leader）的節點生成，並由其他節點驗證和轉發。領導者節點是通過 Stacks 共識算法中的一個組件選出來的，叫做排序服務（sorting service）。排序服務是一個由 Stacks 節點自愿參與的服務，它可以根據交易費用和其他因素來對交易進行排序，並將其打包成微區塊。

參與者可以通過向 Stacks 網絡提供有價值的服務來獲得一定比例的 Stacks 代幣（STX）獎勵。排序服務的運行邏輯是完全透明和可驗證的，因此用戶不需要信任任何第三方或中介來進行交易排序和打包。

重大升級

Stacks 即將發布一個重大的升級版本，叫做 Nakamoto 版本，它將進一步增強 Stacks 作為比特幣層的功能和性能。Nakamoto 版本是由一個叫做 sBTC 工作組的團隊提出的，該團隊由 Stacks 核心开發者、普林斯頓計算機科學家、Hiro、Trust Machines、Stacks 創始人 Muneeb Ali、Stacks 基金會、個人專家等組成。該團隊已經發布了兩篇相關的白皮書，分別介紹了 sBTC 和 Nakamoto 版本的設計和實現細節。

Nakamoto 版本的主要特點包括：

實現一個無需信任的雙向比特幣錨定機制，叫做棧式比特幣（sBTC），使得比特幣可以在 Stacks 層上自由流通和使用，同時也可以向比特幣層寫入信息。sBTC 是一種與原生比特幣（BTC）一比一錨定的代幣，它可以在 Stacks 層上進行智能合約和 DApps 的交互。sBTC 的錨定機制是通過 Stacks 共識算法中的一個組件實現的，叫做錨定池（anchor pool）。錨定池是一個由 Stacks 節點自愿參與的智能合約，它可以接收和發送比特幣，並根據比特幣交易的證明來發行或銷毀 sBTC。
實現交易由比特幣終局性保護，以及在兩個比特幣區塊之間快速確認和廣播大量交易的技術，叫做微區塊（microblocks）。微區塊的技術使得 Stacks 可以在兩個比特幣區塊之間快速確認和廣播大量的交易，從而提高了交易的吞吐量和降低了交易的延遲。微區塊的交易雖然可以被快速確認，但它們還沒有被最終結算，因為它們還沒有被寫入比特幣區塊鏈上。
為了實現最終結算，Stacks 還使用了一種叫做錨定區塊（anchor block）的技術，它可以將一系列的微區塊打包成一個完整的區塊，並將其寫入比特幣區塊鏈上。錨定區塊由一個被稱為提交者（committer）的節點生成，並由其他節點驗證和轉發。提交者節點是通過 Stacks 共識算法中的另一個組件選出來的，叫做提交服務（committing service）。提交服務是一個由 Stacks 節點自愿參與的服務，它可以根據微區塊的質量和其他因素來對微區塊進行篩選，並將其打包成錨定區塊。錨定區塊的技術使得 Stacks 可以將一系列的微區塊打包成一個完整的區塊，並將其寫入比特幣區塊鏈上，從而實現了交易的最終結算。

結論

W3C DAO 認為 Stacks 具有發展前景和潛力，因為它是一個建立在比特幣之上的开源平臺，它通過引入智能合約和 DApps 來增強比特幣的功能。Stacks 利用了比特幣本身的安全性和共識機制，同時提供了高吞吐量和低延遲的交易體驗。Stacks 還實現了一個無需信任的雙向比特幣錨定機制，使得比特幣可以在 Stacks 層上自由流通和使用。

Stacks 還採用了 Clarity 語言，一種安全、可判定、非圖靈完備、透明的智能合約語言，可以響應比特幣交易並訪問比特幣狀態。此外，Stacks 為比特幣提供了一個完全可編程的資產層，使得比特幣可以在更多場景中發揮其價值和潛力。不但如此，Stacks 也為用戶和开發者提供了一個安全、高效、靈活、透明的區塊鏈平臺，使得他們可以享受到比特幣的優勢，同時也可以訪問到更多的功能和多樣性。