比特幣作為第一種成功的去中心化數字貨幣，自 2009 年誕生以來一直處於加密貨幣領域的核心。作為一種創新的支付手段和價值存儲工具，比特幣引發了全球範圍內對加密貨幣和區塊鏈技術的廣泛關注。然而，隨着比特幣生態系統的不斷成熟和擴展，它面臨着各種挑战，包括交易速度、可擴展性、安全性和監管問題。

最近，由 BRC20 主導的腳本生態系統風靡市場，各種腳本經歷了百倍以上的增長。比特幣的鏈上交易嚴重擁堵，平均 Gas 達到了 300 sat/vB 以上。與此同時，來自 Nostr Assets 的空投進一步吸引了市場關注，而像 BitVM 和 BitStream 這樣的協議設計白皮書的提出表明比特幣生態系統具有蓬勃的潛力。

Aqua Labs 研究團隊通過對比特幣生態系統的當前狀態進行全面審查，涵蓋技術進步、市場動態、法規等方面，對比特幣技術進行深入分析並研究市場趨勢。我們旨在提供對比特幣發展的全景視角。文章首先回顧比特幣的基本原則和發展歷史，然後深入探討比特幣網絡的技術創新，如閃電網絡和隔離見證，並對其未來發展趨勢進行預測。

資產發行：從 Colored Coins 开始

腳本生態系統的本質在於為普通個體提供低門檻的資產發行權，伴隨着簡便、公平和便利。腳本協議在比特幣上的出現可以追溯到 2023 年，但早在 2012 年，就已經存在了利用比特幣進行資產發行的概念，被稱為 Colored Coins。

Colored Coins: 早期嘗試

Colored Coins 是指一組利用比特幣系統記錄除比特幣以外資產的創建、所有權和轉移的技術。這項技術可用於追蹤第三方持有的數字資產和有形資產，通過 Colored Coins 促進所有權交易。術語“Colored ”指的是向比特幣的未使用交易輸出（UTXOs）添加特定信息，使其與其他比特幣的 UTXOs 有所區別，從而在同質比特幣中引入異質性。通過 Colored Coins 技術，發行的資產具有與比特幣相同的許多特性，包括防止雙重花費、隱私、安全、透明度和抗審查性，確保交易的可靠性。

值得注意的是，Colored Coins 定義的協議並未由典型的比特幣軟件實施。需要專門的軟件來識別與 Colored Coins 相關的交易。顯然，只有在承認 Colored Coins 協議的社區中，Colored Coins 才有價值；否則，異質 Colored Coins 的有色屬性將喪失，回歸為純粹的聰。一方面，被小規模社區認可的 Colored Coins 可以利用比特幣的許多優勢進行資產發行和流通。另一方面，通過軟分叉將 Colored Coins 協議合並到最大的共識比特幣核心軟件中幾乎是不可能的。

开放資產

在 2013 年末，弗拉維安·夏爾隆（Flavien Charlon）推出了开放資產協議作為 Colored Coins 的一種實現方式。資產發行者使用非對稱加密來計算資產 ID，確保只有擁有資產 ID 私鑰的用戶才能發行相同的資產。對於資產元數據，使用 OP_RETURN 操作碼將元數據存儲在腳本中，稱為“標記輸出”（marker output），該輸出存儲有色信息而不會污染 UTXOs。由於它利用了比特幣的公鑰私鑰加密工具，因此可以通過多重籤名機制執行資產發行。

EPOBC

2014 年，ChromaWay 推出了 EPOBC 協議，全稱為 Enhanced, Padded, Order-Based Coloring（增強型、填充式、基於順序的着色）。該協議包括兩種操作：創始和轉移。創始操作用於發行資產，而轉移操作則促進資產的轉移。資產類型無法顯式編碼或區分，每個創始交易都會發行一種新資產，在發行過程中確定其總數量。EPOBC 資產必須使用轉移操作進行轉移，如果將 EPOBC 資產用作非轉移操作交易中的輸入，則該資產將丟失。

有關 EPOBC 資產的其他信息存儲在比特幣交易的 nSequence 字段中。nSequence 字段是比特幣交易中的保留字段，由 32 位組成。其最低的六位用於確定交易類型，而第 6 至 12 位用於填充，以滿足比特幣協議的反塵攻擊要求。使用 nSequence 字段存儲元數據信息的優勢在於不需要額外的存儲空間。由於沒有資產 ID 進行識別，涉及 EPOBC 資產的每個交易都必須追溯到創始交易，以確定其類別和合法性。

Mastercoin/Omni Layer

與前述的協議相比，Mastercoin 在商業實施方面取得了更為成功的成果。2013 年，Mastercoin 進行了有史以來第一次 ICO，籌集了 5000 BTC，开啓了一個新時代。廣受知名的 USDT 最初是在比特幣區塊鏈上發行的，通過 Omni Layer 引入。

Mastercoin 對比特幣的依賴程度較低，選擇在鏈外維護其大部分狀態，僅在鏈上存儲最少量的信息。Mastercoin 本質上將比特幣視為分散式日志系統，利用任何比特幣交易來廣播資產操作的變化。交易有效性的驗證涉及不斷掃描比特幣區塊鏈並維護鏈外資產數據庫。該數據庫保留了地址與資產之間的映射關系，地址重用了比特幣地址系統。

早期的 Colored Coins 主要使用腳本中的 OP_RETURN 操作碼來存儲有關資產的元數據。在 SegWit 和 Taproot 升級之後，新的衍生協議擁有更多選擇。

SegWit，即隔離見證，主要是將見證（交易輸入腳本）從交易中分離出來。這種分離的主要原因是防止通過修改輸入腳本進行攻擊。然而，它也帶來一個好處：有效增加區塊容量，允許更多的見證數據存儲。

Taproot 引入了一個重要的功能，稱為 MAST，使开發人員能夠使用 Merkle 樹在輸出中包含任何資產的元數據。它利用 Schnorr 籤名增強了可替代性和可擴展性，並通過閃電網絡支持多跳交易。

序數和 BRC20 以及模擬交易：一場宏偉的社會實驗 

廣義上，序數由四個組成部分構成

·用於對 sats 進行排序的 BIP

·使用比特幣核心節點追蹤所有 satoshi 位置（序數）的索引器

·處理與序數相關的交易的錢包

·用於識別與序數相關交易的區塊瀏覽器

當然，核心是 BIP/協議本身。序數定義了一種排序方案（從 0 开始，基於它們被挖掘的順序），為比特幣中的最小單位 Satoshis 分配數字。這為原本同質的 Satoshis 引入了異質性，引入了稀缺性。

它可以重復使用 BTC 的基礎設施，包括單一籤名、多重籤名、時間鎖定、高度鎖定等，無需顯式創建序數。它提供了良好的匿名性，並且不留下顯式的鏈上足跡。然而，缺點也是顯而易見的，因為大量的小額未使用的 UTXO 可能會增加 UTXO 集的大小，潛在地導致所謂的灰塵攻擊。此外，索引佔用的空間很大，每次花費特定的 satoshi 都需要特定的信息：

·區塊鏈頭部

·到創建該 satoshi 的 coinbase 交易的默克爾路徑

·創建該 satoshi 的 coinbase 交易

為了證明特定的 satoshi 包含在特定的輸出中。

在這個上下文中，銘刻是將任意內容刻在 sats 上。具體的方法涉及將內容放置到 Taproot 腳本路徑支出腳本中，完全在鏈上。銘刻的內容按照 HTTP 響應格式進行序列化，推送到支出腳本中的不可執行腳本，稱為“信封”。具體而言，銘刻涉及在條件語句之前添加 OP_FALSE，將銘刻的內容放置在以 JSON 格式呈現的不可執行條件語句中。銘刻內容的大小由 Taproot 腳本限制，總計不超過 520 字節。

由於 Taproot 支出腳本要求存在的 Taproot 輸出進行支出，銘刻需要兩個步驟：承諾和揭示。在第一步中，創建了一個承諾銘刻內容的 Taproot 輸出。在第二步中，使用銘刻內容和相應的 Merkle 路徑來支出前一步中的 Taproot 輸出，從而在鏈上揭示銘刻內容。

銘刻最初的目的是將非同質代幣（NFTs）引入比特幣。然而，新的开發者創建了 BRC20，在其基礎上模擬了 ERC20，使得能夠在序數中發行同質資產。BRC20 包括 Deploy、Mint、Transfer 等操作，每個操作都需要進行承諾和揭示兩個步驟。交易過程更為復雜，成本更高。

以實際數據為例：

所選部分是銘刻的內容，反序列化後的結果如下：

源自 Atomicals 的 ARC20 協議的目標是通過將每個 ARC20 代幣單位綁定到 satoshi 來簡化交易，重復使用比特幣交易系統。通過承諾和揭示步驟發行資產後，ARC20 代幣之間的轉移可以通過直接轉移相應的 satoshi 來實現。ARC20 的設計更符合有色硬幣的字面定義——向現有代幣添加新內容以創建新代幣，其中新代幣的價值不低於原代幣，類似於黃金和白銀首飾。

客戶端驗證（CSV）和下一代資產協議

客戶端驗證，由 Peter Todd 於 2017 年提出，涉及鏈下數據存儲、鏈上承諾和客戶端驗證。目前支持客戶端驗證的資產協議包括 RGB 和 Taproot 資產（Taro）。

RGB

除了客戶端驗證之外，RGB 使用 Pedersen 哈希作為承諾機制，並支持輸出脫敏。在請求支付時，接收代幣的 UTXO 無需公开披露；相反，發送哈希值，增強了隱私和抗審查性。在支出代幣時，需要向收款方揭示脫敏值以驗證交易歷史。

此外，RGB 引入了 AluVM 以增加可編程性。在客戶端驗證期間，用戶不僅驗證傳入的支付信息，還從支付方接收所有的交易歷史，追溯到資產的創世交易以獲得最終確定性。驗證所有交易歷史確保接收到的資產的有效性。

Taproot 資產

由閃電實驗室开發，Taproot 資產實現了在閃電網絡上即時、高頻、低成本地轉移已發行資產。完全圍繞 Taproot 協議設計，提升了隱私和可擴展性。

見證數據存儲在鏈下，鏈上進行驗證，可以存在於本地或稱為“宇宙”（類似於 Git 倉庫）的信息存儲庫中。見證驗證需要來自資產發行的所有歷史數據，通過 Taproot 資產八卦層傳播。客戶端可以使用本地區塊鏈副本進行交叉驗證。

Taproot 資產使用稀疏 Merkle Sum Tree 存儲資產的全局狀態，帶來了較高的存儲成本，但提供了高效的驗證。包含/不包含的證明允許在不回溯資產交易歷史的情況下驗證交易。

可擴展性：比特幣的永恆主張

盡管比特幣擁有最高的市值、安全性和穩定性，但它偏離了最初構想的“點對點的電子現金系統”的愿景。有限的區塊容量使比特幣無法處理大量和頻繁的交易，因此在過去的十年中出現了各種協議來解決這個問題。

支付通道和閃電網絡：比特幣的正統解決方案

閃電網絡通過建立支付通道來運作。用戶可以在任意兩方之間創建支付通道，連接通道以形成更廣泛的支付通道網絡，甚至在沒有直接通道的情況下間接地進行用戶之間的支付。例如，如果 Alice 和 Bob 希望進行多筆交易而不在比特幣區塊鏈上記錄每一筆，他們可以在它們之間打开一個支付通道。他們可以在此通道內執行多筆交易，只需要兩次區塊鏈記錄：一次是在打开通道時，另一次是在關閉通道時。這顯著減少了等待區塊鏈確認的時間，並減輕了對區塊鏈的負擔。

目前，閃電網絡擁有超過 14,000 個節點、60,000 個通道和總容量超過 5000 BTC。

側鏈：比特幣中的以太坊方法

Stacks

Stacks 定位自己為比特幣的智能合約層，使用其本地代幣作為 Gas 代幣。Stacks 採用微塊機制，與比特幣同步演進，它們的區塊同時得到確認。在 Stacks 中，這被稱為“錨定塊”（anchored block）。每個 Stacks 事務塊對應於一筆比特幣交易，實現更高的交易吞吐量。由於區塊同時生成，比特幣充當創建 Stacks 區塊的速率限制器，防止對其對等網絡進行拒絕服務攻擊。

Stacks 通過轉移證明（PoX）的雙螺旋機制實現共識。礦工將 BTC 發送到 STX 持有者以爭奪挖掘區塊的權利，成功挖掘區塊後，成功的礦工將獲得 STX 獎勵。在這個過程中，STX 持有者收到礦工發送的 BTC 的相應比例。Stacks 旨在通過發行本地代幣來激勵礦工維護歷史總账，盡管在沒有本地代幣的情況下仍然可以實現激勵（正如在 RSK 中所見）。

對於 Stacks 區塊鏈中的交易數據，交易數據的哈希值被存儲在比特幣交易腳本中，使用了 OP_RETURN 字節碼。通過 Clarity 的內置功能，Stacks 節點可以檢索存儲在比特幣交易中的 Stacks 交易數據哈希。

Stacks 可以被看作是比特幣的幾乎第二層鏈；然而，在跨境資產移動方面仍然存在一些缺陷。在 Nakamoto 升級之後，Stacks 支持發送比特幣交易以完成資產的轉移，但由於交易的復雜性，這些交易無法在比特幣鏈上驗證。資產的轉移只能通過多重籤名委員會進行驗證。

RSK

RSK 利用了一種合並挖礦的算法，比特幣礦工可以幾乎零成本地協助 RSK 進行區塊生產，並獲得額外的獎勵。RSK 沒有本地代幣，繼續使用 BTC（RBTC）作為 Gas Token。RSK 擁有與以太坊虛擬機（EVM）兼容的執行引擎。

Liquid

Liquid 是比特幣的聯邦側鏈，具有受控的節點訪問權限，由負責區塊生產的 15 個成員監督。資產使用鎖定和鑄造機制進行轉移，其中資產通過使用 BTC 發送到 Liquid 上的多重籤名地址，使資產能夠進入 Liquid 側鏈。要退出，L-BTC 被發送到 Liquid 鏈上的多重籤名地址。多重籤名地址的安全性設置為 15 中的 11。

Liquid 專注於金融應用，並為开發人員提供與金融服務相關的軟件开發工具包（SDK）。Liquid 網絡上的總鎖定價值（TVL）目前約為 3000 BTC。

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