Exploração da Programabilidade do ecossistema Bitcoin

Bitcoin, como a blockchain com a melhor liquidez e maior segurança, atraiu recentemente a atenção de muitos desenvolvedores. Com a explosão das inscrições, a programabilidade e os problemas de escalabilidade do ecossistema Bitcoin tornaram-se o foco. Os desenvolvedores estão impulsionando o ecossistema Bitcoin em direção a um novo pico de prosperidade, introduzindo soluções inovadoras como ZK, DA, sidechains, rollups e restaking, tornando-se o tema central deste mercado em alta.

No entanto, muitas das soluções de escalabilidade existentes se baseiam na experiência de plataformas de contratos inteligentes como o Ethereum, frequentemente dependendo de pontes cross-chain centralizadas, o que se torna uma fraqueza potencial do sistema. Existem relativamente poucas soluções projetadas com base nas próprias características do Bitcoin, o que está relacionado ao ambiente de desenvolvimento do Bitcoin não ser suficientemente amigável. O Bitcoin enfrenta várias limitações chave:

1. A linguagem de script limita a completude de Turing para garantir a segurança, não sendo capaz de executar contratos inteligentes complexos como o Ethereum.
2. A estrutura de armazenamento em blockchain é otimizada para transações simples, não sendo adequada para operações complexas de contratos inteligentes.
3. Falta uma máquina virtual especializada para executar contratos inteligentes.

Apesar disso, as atualizações na rede Bitcoin nos últimos anos estabeleceram uma base para melhorar a Programabilidade. O SegWit de 2017 ( aumentou o limite do tamanho do bloco, enquanto a atualização Taproot de 2021 permitiu a verificação de assinaturas em lote, simplificando operações como trocas atômicas, carteiras de múltiplas assinaturas e pagamentos condicionais.

Em 2022, o desenvolvedor Casey Rodarmor propôs a "Teoria Ordinal", que abriu novas vias para a incorporação de metadados na blockchain do Bitcoin, o que tem uma importância significativa para aplicações que necessitam de dados de estado acessíveis e verificáveis.

Atualmente, a maioria dos projetos que aumentam a programabilidade do Bitcoin depende de soluções de rede de segunda camada )L2(, o que exige que os usuários confiem em pontes entre cadeias, tornando-se o principal obstáculo para a obtenção de usuários e liquidez no L2. Além disso, o Bitcoin carece de uma máquina virtual nativa ou programabilidade, o que dificulta a comunicação direta entre L2 e L1 sem suposições de confiança adicionais.

Neste contexto, projetos como RGB, RGB++ e Arch Network tentam aprimorar a sua Programabilidade a partir das propriedades nativas do Bitcoin, utilizando diferentes métodos:

1. RGB implementa contratos inteligentes através da verificação de clientes fora da cadeia, registrando as mudanças de estado no UTXO do Bitcoin. Embora tenha vantagens de privacidade, a operação é complexa e carece de combinabilidade de contratos, desenvolvendo-se de forma relativamente lenta.

2. RGB++ melhorou o RGB, utilizando validadores de clientes com consenso para fornecer uma solução para a transferência de ativos de metadados entre cadeias, suportando a transferência de ativos de qualquer cadeia com estrutura UTXO.

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

![UTXO绑定：详解Bitcoin智能合约方案RGB、RGB++和Arch Network])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-fd3e0af827c9ddea86a297fe937aaa72.webp(

RGB: Tentativas iniciais de extensão de contratos inteligentes

RGB é uma importante proposta de extensão de contratos inteligentes explorada pela comunidade Bitcoin nos primórdios, que encapsula dados de estado através de UTXO, fornecendo uma ideia chave para a expansão nativa do Bitcoin.

RGB utiliza um mecanismo de verificação off-chain, transferindo a validação da transferência de tokens da camada de consenso do Bitcoin para off-chain, sendo executada por clientes específicos relacionados à transação. Este método diminui a necessidade de broadcast em toda a rede, melhorando a privacidade e a eficiência. No entanto, este aumento da privacidade também trouxe problemas como complexidade operacional e dificuldades de desenvolvimento, afetando a experiência do usuário.

RGB introduziu o conceito de selos de uso único, onde cada UTXO só pode ser gasto uma vez, equivalente a ser bloqueado na criação e desbloqueado no gasto. O estado do contrato inteligente é encapsulado por UTXOs e gerido por selos, oferecendo um mecanismo eficaz de gestão de estado.

![UTXO绑定：详解BTC智能合约方案RGB、RGB++和Arch Network])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-7fc8d82ac7da1ba2052256fc1d0476b2.webp(

RGB++: Solução de cross-chain baseada em UTXO

RGB++ é uma outra rota de extensão desenvolvida pela Nervos com base na ideia RGB, também baseada em UTXO. Ela 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 ligação homomórfica ao BTC.

RGB++ usa uma cadeia UTXO Turing-completa como cadeia sombra, sendo capaz de executar contratos inteligentes complexos e vincular-se ao UTXO do Bitcoin, aumentando a flexibilidade de programação do sistema. A ligação isomórfica entre o UTXO do Bitcoin e o UTXO da cadeia sombra garante a consistência de estado e ativos entre as duas cadeias, assegurando a segurança das transações.

A extensão RGB++ suporta todas as cadeias UTXO Turing-completas, melhorando a interoperabilidade entre cadeias e a liquidez dos ativos. Através da ligação homomórfica UTXO, é possível realizar a troca entre cadeias sem pontes, evitando o problema de "moeda falsa" das pontes tradicionais, garantindo a autenticidade e a consistência dos ativos.

A validação on-chain através da shadow chain simplificou o processo de verificação do cliente com RGB++, permitindo que os usuários verifiquem a correção do cálculo de estado apenas verificando as transações relevantes na shadow chain. Este método de validação on-chain otimiza a experiência do usuário e evita a gestão complexa de UTXO do RGB.

Arch Network: Solução de contrato inteligente baseada em ZK

A Arch Network é composta principalmente pelo Arch zkVM e pela rede de nós de validação, utilizando provas de conhecimento zero e uma rede de validação descentralizada para garantir a segurança e privacidade dos contratos inteligentes, sendo mais fácil de usar que o RGB, e não requerendo a vinculação de uma cadeia UTXO adicional 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 descentralizados. O sistema opera com base no modelo UTXO, encapsulando o estado do contrato inteligente em State UTXOs, aumentando a segurança e a eficiência.

Os UTXOs de ativos são utilizados para representar Bitcoin ou outras moedas, e podem ser geridos através de delegação. A rede de validação verifica o conteúdo do ZKVM através de nós leader escolhidos aleatoriamente, utilizando o esquema de assinatura FROST para agregar assinaturas de nós, e finalmente, a transação é transmitida para a rede Bitcoin.

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

Arch utiliza o modelo UTXO do Bitcoin, onde o estado e os ativos estão encapsulados em UTXOs, realizando a transição 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.

Embora o Arch não tenha uma estrutura de blockchain inovadora, é necessário um rede de nós de validação. Durante cada Epoch do Arch, o sistema seleciona aleatoriamente um nó líder com base na participação, responsável pela disseminação da informação. Todas as zk-proofs são validadas por uma rede descentralizada de nós de validação, garantindo a segurança e a resistência à censura do sistema, e gerando assinaturas para o nó líder. Após a obtenção de assinaturas de nós suficientes, a transação pode ser transmitida na rede Bitcoin.

![UTXO绑定：详解Bitcoin智能合约方案RGB、RGB++和Arch Network])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-0b0106c9ec7c79b2e266824525ff1721.webp(

Resumo

RGB, RGB++ e Arch Network têm características distintas no design da programabilidade do Bitcoin, todos mantendo a ideia de vinculação de UTXO. A natureza de uso único do UTXO é mais adequada para o registro de estados de contratos inteligentes.

No entanto, essas soluções também enfrentam desafios comuns: a experiência do usuário é insatisfatória e a melhoria de desempenho é limitada. Arch e RGB ampliaram principalmente as funcionalidades em vez de desempenho; RGB++ melhorou a experiência do usuário ao introduzir uma cadeia UTXO de alto desempenho, mas também introduziu suposições adicionais de segurança.

À medida que mais desenvolvedores se juntam à comunidade Bitcoin, veremos mais soluções inovadoras de escalabilidade, como a proposta de atualização op-cat que está em discussão. Soluções que se alinham com as propriedades nativas do Bitcoin merecem atenção especial. O método de vinculação UTXO é uma via eficaz para expandir a capacidade de programação do Bitcoin sem atualizar a rede. Se for possível resolver os problemas de experiência do usuário, isso trará um grande avanço para os contratos inteligentes do Bitcoin.