Exploração da Programabilidade do Ecossistema Bitcoin

Bitcoin, como a blockchain com a melhor liquidez e a maior segurança, atraiu muitos desenvolvedores após a onda de inscrições. Esses desenvolvedores rapidamente se concentraram na programabilidade e nos problemas de escalabilidade do Bitcoin. Com a introdução de diversas soluções como ZK, DA, sidechains, rollup e restaking, o ecossistema Bitcoin está entrando em um novo pico de prosperidade, tornando-se o tema central do atual mercado em alta.

No entanto, muitos desses designs continuam a experiência de escalabilidade de plataformas de contratos inteligentes como o Ethereum, e frequentemente dependem de pontes cross-chain centralizadas, o que se torna uma fraqueza potencial do sistema. Poucas soluções são projetadas com base nas características do Bitcoin em si, o que está relacionado à má experiência do desenvolvedor do Bitcoin. O Bitcoin não pode executar contratos inteligentes como o Ethereum por alguns motivos:

1. A linguagem de script do Bitcoin limita a completude de Turing para garantir a segurança, não conseguindo executar contratos inteligentes complexos.
2. A blockchain do Bitcoin é projetada para armazenamento de transações simples, não otimizada para contratos inteligentes complexos.
3. Bitcoin carece de uma máquina virtual para executar contratos inteligentes.

O testemunho de isolamento de 2017 ( SegWit ) ampliou o limite de tamanho do bloco do Bitcoin; a atualização Taproot de 2021 possibilitou a validação de assinaturas em lote, melhorando assim a eficiência do processamento de transações. Esses avanços estabeleceram as bases para a programabilidade do Bitcoin.

Em 2022, o desenvolvedor Casey Rodarmor propôs a "Teoria Ordinal", que descreveu o esquema de numeração de Satoshis, tornando possível incorporar dados arbitrários nas transações de Bitcoin. Isso abriu novas vias para a incorporação direta de informações de estado e metadados na cadeia de Bitcoin, oferecendo novas ideias para aplicativos que necessitam de dados de estado acessíveis e verificáveis.

Atualmente, a maioria dos projetos que expandem a Programabilidade do Bitcoin depende de redes de segunda camada (L2), o que exige que os usuários confiem em pontes entre cadeias, tornando isso o principal desafio para L2 obter usuários e liquidez. Além disso, o Bitcoin carece de uma máquina virtual nativa ou Programabilidade, não conseguindo realizar a comunicação entre L2 e L1 sem aumentar suposições de confiança adicionais.

RGB, RGB++ e Arch Network tentam partir das propriedades nativas do Bitcoin para aumentar sua Programabilidade, oferecendo capacidades de contratos inteligentes e transações complexas através de diferentes métodos:

1. RGB é uma solução de contrato inteligente validada por clientes fora da cadeia, que registra as mudanças de estado do contrato inteligente no UTXO do Bitcoin. Embora tenha certas vantagens de privacidade, é complicada de usar e carece de combinabilidade de contratos, desenvolvendo-se de forma bastante lenta.

2. RGB++ é uma outra rota de expansão baseada na ideia RGB da Nervos, ainda baseada na vinculação UTXO, mas utilizando a própria cadeia como um validador de cliente de consenso, fornecendo uma solução de ativos de metadados para transferência entre cadeias, suportando a transferência de qualquer cadeia com estrutura UTXO.

3. Arch Network oferece uma solução de contrato inteligente nativa para Bitcoin, criando uma máquina virtual ZK e uma rede de nós validadores, que registra as mudanças de estado e os ativos nas transações de Bitcoin através da agregação de transações.

RGB

RGB é uma abordagem de extensão de contratos inteligentes da comunidade Bitcoin nos primeiros dias, que encapsula dados de estado através de UTXO, fornecendo uma ideia importante para a expansão nativa do Bitcoin.

RGB utiliza um método de validação off-chain, transferindo a validação de transferências de tokens do nível de consenso do Bitcoin para fora da cadeia, sendo validado por clientes específicos relacionados às transações. Isso reduz a necessidade de broadcast na rede, melhorando a privacidade e a eficiência. No entanto, essa abordagem de aumento de privacidade também é uma espada de dois gumes. Embora ofereça uma proteção de privacidade melhorada, torna as operações invisíveis para terceiros, complicando a implementação e dificultando o desenvolvimento, resultando em uma experiência de usuário inferior.

RGB introduziu o conceito de selos de uso único. Cada UTXO pode ser gasto apenas uma vez, o que equivale a estar bloqueado no momento da criação e desbloqueado no momento do gasto. O estado do contrato inteligente é encapsulado por UTXO e gerido por selos, fornecendo um mecanismo eficaz de gestão de estado.

RGB++

RGB++ é uma outra rota de expansão da Nervos com base na ideia RGB, ainda baseada na ligação UTXO.

RGB++ utiliza uma cadeia UTXO Turing-completa (como CKB ou outras cadeias) para processar dados off-chain e contratos inteligentes, aumentando ainda mais a Programabilidade do Bitcoin e garantindo segurança através da vinculação isomórfica ao BTC.

RGB++ utiliza uma cadeia UTXO Turing-completa como cadeia sombra, capaz de executar contratos inteligentes complexos e vinculada ao UTXO do Bitcoin, aumentando a programabilidade e flexibilidade do sistema. O UTXO do Bitcoin e o UTXO da cadeia sombra estão vinculados de forma isomórfica, garantindo a consistência de estado e ativos entre as duas cadeias, assegurando a segurança das transações.

RGB++ estende-se a todas as cadeias UTXO Turing-completas, melhorando a interoperabilidade entre cadeias e a liquidez dos ativos. Este suporte multichain permite que o RGB++ se combine com qualquer cadeia UTXO Turing-completa, aumentando a flexibilidade do sistema. Ao mesmo tempo, a ligação homomórfica UTXO permite a interoperabilidade sem ponte, evitando o problema de "moedas falsas" e garantindo a autenticidade e consistência dos ativos.

A verificação on-chain através da shadow chain simplifica o processo de validação do cliente para o RGB++. Os usuários apenas precisam verificar as transações relacionadas à shadow chain para validar a correção do cálculo do estado do RGB++. Este método de verificação on-chain não só simplifica o processo de validação, mas também otimiza a experiência do usuário. O uso da shadow chain Turing completa evita a complexa gestão de UTXO do RGB, proporcionando uma experiência mais simplificada e amigável ao usuário.

Arch Network

A Arch Network é composta principalmente pela Arch zkVM e pela rede de nós de validação Arch, utilizando provas de conhecimento zero e uma rede de validação descentralizada para garantir a segurança e a privacidade dos contratos inteligentes, sendo mais fácil de usar do que o RGB e não necessitando de vinculação a outra cadeia UTXO como o RGB++.

Arch zkVM utiliza RISC Zero ZKVM para executar contratos inteligentes e gerar provas de conhecimento zero, verificadas por uma rede de nós de validação descentralizada. Este sistema opera com base no modelo UTXO, encapsulando o estado dos contratos inteligentes em State UTXOs para aumentar a segurança e a eficiência.

Os UTXOs de ativos são usados para representar Bitcoin ou outras moedas, podendo ser geridos através de delegação. A rede de validação Arch verifica o conteúdo do ZKVM através de nós líderes escolhidos aleatoriamente, usando o esquema de assinatura FROST para agregar as assinaturas dos nós, e, por fim, transmite a transação para a rede Bitcoin.

Arch zkVM fornece uma máquina virtual Turing completa para Bitcoin, capaz de executar contratos inteligentes complexos. Após cada execução de contrato, o Arch zkVM gera uma prova de conhecimento zero, para verificar a correção do contrato e as mudanças de estado.

Arch utiliza o modelo UTXO do Bitcoin, onde o estado e os ativos estão encapsulados nos UTXOs, realizando a transformação de estado através do conceito de uso único. Os dados de estado do contrato inteligente são registrados como UTXOs de estado, enquanto os ativos de dados originais são registrados como UTXOs de ativos. Arch garante que cada UTXO só pode ser gasto uma vez, oferecendo uma gestão de estado segura.

Embora o Arch não inove na estrutura da blockchain, é necessário validar a rede de nós. Durante cada Epoch do Arch, o sistema seleciona aleatoriamente um nó Líder com base nos direitos, responsável por disseminar informações para todos os outros nós validadores na rede. Todas as provas de conhecimento zero são validadas pela rede de nós validadores descentralizados, garantindo a segurança e resistência à censura do sistema, e gerando assinaturas para o nó Líder. Assim que a transação é assinada pelo número necessário de nós, pode ser transmitida na rede Bitcoin.

Resumo

Na design da programabilidade do Bitcoin, RGB, RGB++ e Arch Network têm características distintas, mas todos continuam a ideia de vinculação de UTXO, a propriedade de autenticação de uso único do UTXO é mais adequada para gravar o estado dos contratos inteligentes.

No entanto, as desvantagens dessas soluções também são evidentes, nomeadamente a experiência do utilizador insatisfatória, o atraso na confirmação consistente com o Bitcoin e o baixo desempenho. Elas apenas expandiram as funcionalidades, sem melhorar o desempenho, o que é mais evidente no Arch e no RGB. O design do RGB++, embora tenha introduzido uma cadeia UTXO de alto desempenho para proporcionar uma melhor experiência ao utilizador, também introduziu suposições adicionais de segurança.

Com a adesão de mais desenvolvedores à comunidade Bitcoin, veremos mais soluções de escalabilidade, como a proposta de atualização op-cat que está em discussão ativa. As soluções que se alinham com as propriedades nativas do Bitcoin merecem atenção especial, e o método de vinculação UTXO é a forma mais eficaz de expandir sua Programabilidade sem atualizar a rede Bitcoin. Desde que consiga resolver problemas de experiência do usuário, será um grande avanço para os contratos inteligentes do Bitcoin.