比特幣，作為第一個成功的去中心化數(shù)字貨幣，自2009年問世以來，一直是數(shù)字貨幣領(lǐng)域的核心。作為一種創(chuàng)新的支付方式和價值存儲手段，比特幣引發(fā)了全球范圍內(nèi)對加密貨幣和區(qū)塊鏈技術(shù)的廣泛關(guān)注。然而，隨著比特幣生態(tài)的不斷成熟和擴展，它也面臨著多種挑戰(zhàn)，包括交易速度、擴展性、安全性以及監(jiān)管問題。
近期，以BRC20為首的銘文生態(tài)率先引爆市場，多款銘文實現(xiàn)超百倍漲幅，比特幣鏈上交易嚴重堵塞，平均Gas最高超過300sat/vB。于此同時，Nostr Assets的空投進一步吸引市場關(guān)注，BitVM、BitStream等協(xié)議設(shè)計白皮書被提出，比特幣生態(tài)方興未艾，暗藏爆發(fā)之勢。
CGV research團隊通過全面盤點比特幣生態(tài)的當前狀態(tài)，涵蓋技術(shù)進展、市場動態(tài)、法律法規(guī)等，對比特幣技術(shù)進行深入分析和，審視市場趨勢，我們希望提供一個關(guān)于比特幣發(fā)展的全景視角。文章首先回顧了比特幣的基本原理和發(fā)展歷程，隨后深入探討了比特幣網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)創(chuàng)新，如閃電網(wǎng)絡(luò)、隔離見證等，同時對其未來的發(fā)展趨勢進行預(yù)測。
資產(chǎn)發(fā)行：從染色幣說起
銘文之火，本質(zhì)在于其為普通人提供了一種低門檻發(fā)行資產(chǎn)的權(quán)利，同時享有簡單性、公平性與便利性。比特幣上銘文協(xié)議的產(chǎn)生在2023年，但是早在2012年，就存在利用比特幣實現(xiàn)資產(chǎn)發(fā)行的設(shè)想，稱之為染色幣(Colored Coin)。
染色幣：早期嘗試
染色幣是指一組使用比特幣系統(tǒng)來記錄除比特幣以外資產(chǎn)的創(chuàng)建、所有權(quán)和轉(zhuǎn)讓的類似技術(shù)，可以用于追蹤數(shù)字資產(chǎn)以及第三方持有的有形資產(chǎn)，并通過染色幣進行所有權(quán)交易。所謂染色，指的是對比特幣UTXO中添加特定的信息，使其與其他比特幣UTXO進行區(qū)分，這樣就為同質(zhì)化的比特幣之間帶來了異質(zhì)性。通過染色幣技術(shù)，發(fā)行的資產(chǎn)具備眾多和比特幣相同的特性，包括防止雙花、隱私性、安全性、透明性與抗審查性，保證交易的可靠。
值得注意的是，染色幣所定義的協(xié)議，并不會被一般的比特幣軟件所實現(xiàn)，因此需要使用特定的軟件才能夠?qū)θ旧珟畔嚓P(guān)交易進行識別。很顯然，只有在認同染色幣協(xié)議的群體中，染色幣才具備價值，否則，異質(zhì)化的染色幣將失去其上色的屬性，回退到純粹的satoshi。一方面，小規(guī)模社區(qū)所共同認可的染色幣可以借助比特幣的眾多優(yōu)點進行資產(chǎn)發(fā)行與流通;另一方面，染色幣協(xié)議想要通過軟分叉合并進最大共識的Bitcoin-Core軟件幾乎是不可能的。
Open Assets
2013年底，F(xiàn)lavien Charlon提出Open Assets Protocol，作為染色幣的一種實現(xiàn)。資產(chǎn)發(fā)行者利用非對稱密碼學計算資產(chǎn)ID，保證只有持有資產(chǎn)ID私鑰的用戶才能發(fā)行相同的資產(chǎn)。對于資產(chǎn)的元數(shù)據(jù)，利用OP_RETURN操作碼存儲到腳本中，稱元數(shù)據(jù)為marker output，在不污染UTXO的前提下存儲了染色信息。由于利用了比特幣的公私鑰密碼學工具，資產(chǎn)發(fā)行可以由多簽進行。
EPOBC
2014年，ChromaWay提出EPOBC(enhanced, padded, order-based coloring)協(xié)議，協(xié)議包含兩類操作，genesis與transfer，genesis用于資產(chǎn)的發(fā)行，transfer用于資產(chǎn)的轉(zhuǎn)移。資產(chǎn)的類型無法顯示編碼區(qū)分，每一次genesis交易就發(fā)行一個新的資產(chǎn)，發(fā)行時就確定總量。EPOBC資產(chǎn)必須通過transfer操作轉(zhuǎn)移，如果EPOBC資產(chǎn)作為非transfer操作交易的輸入，資產(chǎn)會發(fā)生丟失。
關(guān)于EPOBC資產(chǎn)的額外信息，是通過比特幣交易中的nSequence字段進行存儲的。nSequence是比特幣交易中的保留字段，由32bit組成，其最低六位用于確定交易類型，低6-12位用于確定padding(用于滿足比特幣協(xié)議的抗粉塵攻擊要求)。使用nSequence存儲元數(shù)據(jù)信息的優(yōu)勢在于其不增加額外的存儲。由于沒有資產(chǎn)ID進行標識，每個EPOBC資產(chǎn)的交易必須追溯到genesis交易以確定其類別及合法性。
Mastercoin/Omni Layer
和上述協(xié)議相比，Mastercoin的商業(yè)落地更加成功。2013年，Mastercoin進行了歷史上第一個ICO，籌集5000BTC，開啟了新的時代。現(xiàn)在人們所熟知的USDT，最初是通過Omni Layer發(fā)行在比特幣上的。
Mastercoin對比特幣的依賴程度更低，更多地選擇在鏈下維護狀態(tài)，鏈上只保存最小化的信息。可以認為，Mastercoin將比特幣視為一個去中心化的日志系統(tǒng)，通過任意的比特幣交易發(fā)布資產(chǎn)的變動操作。而對于交易有效性的驗證，是通過持續(xù)掃描比特幣區(qū)塊，維護一個鏈下的資產(chǎn)數(shù)據(jù)庫來進行的，該數(shù)據(jù)庫保存著地址與資產(chǎn)的映射關(guān)系，其中地址復(fù)用了比特幣的地址體系。
早期的染色幣，基本使用腳本的OP_RETURN操作碼來存儲關(guān)于資產(chǎn)的元數(shù)據(jù)，在SegWit與Taproot升級后，新的衍生協(xié)議有了更多的選擇。
SegWit是Segregated Witness的縮寫，簡單而言，就是將Witness(交易中的input scipt)從交易中分離。分離的主要原因在于防止節(jié)點通過修改input script來進行攻擊，但同時也附帶了一個好處，變相增大了區(qū)塊的容量，可以存放更多的witness數(shù)據(jù)。
Taproot的一個重要特性是MAST，讓開發(fā)者能夠利用Merkle Tree在輸出中包含任意資產(chǎn)的metadata，用Schnorr簽名提升間接性、可拓展性，并且能夠通過閃電網(wǎng)絡(luò)進行多跳交易。
Ordinals&BRC20及仿盤：盛大的社會實驗
從廣義的角度來說，Ordinals包含四個組成：
1、一個BIP，為sats定序
2、一個inDEXer，利用Bitcoin Core Node來追蹤所有satoshi的位置(序號)
3、一個錢包，進行ordinal相關(guān)交易
4、一個block explorer，識別ordinal相關(guān)交易
當然，核心還是BIP/協(xié)議。
Ordinals通過定義一套排序方案(根據(jù)被挖出的順序從0開始排序)，為Bitcoin中的最小單位Satoshi賦予了序號，令原本同質(zhì)化的Satoshi擁有了異質(zhì)屬性，帶來了稀缺性。
可以復(fù)用BTC的基礎(chǔ)設(shè)施，單簽、多錢、時間鎖、高度鎖等，并且無需顯式創(chuàng)建ordinal numbers，匿名性好，沒有顯式的鏈上足跡。缺點同樣明顯，大量的小額且不使用的UTXO會增加UTXO集合的大小，更嚴重的說法可以稱之為粉塵攻擊。此外，索引所占的空間很大，每次花費特定sat需要提供：
1、區(qū)塊鏈頭
2、到創(chuàng)建該sat的Coinbase交易的Merkle path
3、創(chuàng)建該sat的coinbase交易
以證明特定的sat被包含在特定的output中。
銘文，就是對sats銘刻任意內(nèi)容，具體方式是將內(nèi)容放到taproot script-path spend scripts中，完全上鏈。銘刻內(nèi)容根據(jù)http response格式序列化，被OP_PUSH放進spend scripts的無法執(zhí)行的腳本中，被稱為”envelopes“信封。具體而言，銘刻是在條件語句前添加OP_FALSE，將銘刻內(nèi)容以json格式放進無法進入的條件語句中。銘刻內(nèi)容的大小被taproot腳本所限制，總共不能超過520bytes。
由于taproot支付腳本要求現(xiàn)存的taproot輸出才能使用，銘文需要commit&reveal兩步操作才能完成。第一步，創(chuàng)建一個承諾銘文內(nèi)容的taproot輸出;第二步，利用銘文內(nèi)容和對應(yīng)Merkle Path來花費上一步的taproot輸出，在鏈上reveal銘文內(nèi)容。
銘文最初的目的是為BTC引入非同質(zhì)化代幣NFT，然而新的開發(fā)者在其基礎(chǔ)上模仿ERC20創(chuàng)造了BRC20，為Ordinals帶來了發(fā)行同質(zhì)化資產(chǎn)的能力。BRC20具備Deploy、Mint、Transfer等操作，而每次操作都需要commit&reveal兩步執(zhí)行，交易流程更繁瑣，成本更高。
Atomicals協(xié)議衍生的ARC20從設(shè)計上降低了交易的復(fù)雜度，將每單位的ARC20代幣與satoshi進行綁定，復(fù)用比特幣的交易體系。通過commit&reveal兩步發(fā)行資產(chǎn)后，ARC20代幣之間的轉(zhuǎn)移可以直接通過轉(zhuǎn)移對應(yīng)的satoshi完成。ARC20的設(shè)計可能更符合染色幣的字面定義，在原有的代幣上添加新的內(nèi)容，使其具備成為新的代幣，新代幣的價值不會低于原有代幣，類似于金銀首飾。
客戶端驗證與下一代資產(chǎn)協(xié)議
客戶端驗證(client-side validation，CSV)是Peter Todd在2017年提出的概念，與其同時提出的還有一次性密封條(single-use-seals)的概念。簡單來講，CSV機制就是鏈下數(shù)據(jù)存儲、鏈上承諾、客戶端驗證。其中的思想，在之前的資產(chǎn)協(xié)議中也有部分體現(xiàn)。當前客戶端驗證的資產(chǎn)協(xié)議有RGB與Taproot Assets(Taro)。
RGB
除了客戶端驗證的特點之外，RGB采用Perdersen哈希作為承諾機制，還支持輸出盲化，發(fā)送支付請求的時候無需公開接收代幣的 UTXO，而是發(fā)送一條哈希值，提供更強的隱私性與抗審查行。當然，在代幣被花費時，盲化的密值需要向接收方公開，以便其驗證交易歷史。
此外，RGB添加了AluVM來實現(xiàn)更強的可編程性。當用戶進行客戶端驗證時，除了驗證發(fā)來的支付信息，還需要從支付者處接收該代幣所有交易歷史，一直追溯到該資產(chǎn)發(fā)行的創(chuàng)世交易，才能確保交易的終局性。驗證所有的交易歷史，才能夠保證所收到資產(chǎn)的有效性。
Taproot Assets
Taproot Assets是閃電網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)團隊Lightning Labs開發(fā)的又一項目，發(fā)行的資產(chǎn)可以在閃電網(wǎng)絡(luò)上即時、大量、低成本轉(zhuǎn)移。Taproot Asset完全以Taproot協(xié)議為中心進行設(shè)計，提升了隱私/拓展性。
witness數(shù)據(jù)鏈下存儲，鏈上驗證，鏈下存儲可以存在本地，或者在信息倉庫中(稱為“Universes”，類似git倉庫)。對witness的驗證需要從資產(chǎn)發(fā)行起的所有歷史數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)通過Taproot Assets gossip層進行傳播。客戶端可以通過本地區(qū)塊鏈的拷貝進行交叉驗證。
Taproot Assets采用Sparse Merkle Sum Tree來存儲資產(chǎn)的全局狀態(tài)，存儲開銷大，但是驗證效率高，通過proof of inclusion/non-inclusion能夠驗證交易，而無需回溯資產(chǎn)的交易歷史。
擴容：比特幣的永恒命題
盡管比特幣擁有著最高的市值，最高的安全性與最高的穩(wěn)定性，但是其離最初的設(shè)想“一種點對點的電子現(xiàn)金系統(tǒng)”卻越來越遠。由于區(qū)塊的容量有限，交易的TPS、費用以及確認時間使得比特幣無法處理大量且頻繁的交易，十余年來有多種協(xié)議試圖解決該問題。
支付通道與閃電網(wǎng)絡(luò)：比特幣原教旨主義方案
閃電網(wǎng)絡(luò)的工作原理是通過建立支付通道來實現(xiàn)的。任意兩個用戶之間可以建立支付通道，支付通道之間可以彼此連接，構(gòu)成連通性更強的支付通道網(wǎng)絡(luò)，不直接具備通道的兩個用戶之間也可以通過多次跳轉(zhuǎn)來進行支付。
例如，如果 Alice 和 Bob 想要進行多次交易，而不是每次都在比特幣區(qū)塊鏈上記錄，他們可以在他們之間打開一個支付通道。他們可以在這個通道中進行無數(shù)次交易，而整個過程只需要在區(qū)塊鏈上記錄兩次：一次是在打開通道時，另一次是在關(guān)閉通道時。這大大減少了等待區(qū)塊鏈確認的時間，也減輕了區(qū)塊鏈的負擔。
當前閃電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點超14000，通道數(shù)超60000，網(wǎng)絡(luò)中總?cè)萘砍^5000BTC。
Stacks
Stacks對自己的定位是比特幣的智能合約層，使用自己發(fā)行的Token作為Gas token。Stacks使用微塊機制，比特幣和Stacks以同步的方式發(fā)展，它們的區(qū)塊同時被確認。在Stacks中，這被稱為“錨定塊”。整個Stacks交易塊對應(yīng)于一個單獨的比特幣交易，實現(xiàn)了更高的交易吞吐量。由于同時產(chǎn)生區(qū)塊，比特幣充當了創(chuàng)建Stacks區(qū)塊的速率限制器，從而防止其對等網(wǎng)絡(luò)遭受拒絕服務(wù)攻擊。
Stacks通過PoX的雙重螺旋機制實現(xiàn)共識，礦工發(fā)送BTC給STX質(zhì)押者以競爭出塊資格，成功贏得出塊資格的礦工在順利完成出塊后能夠獲得STX獎勵。在這個過程中STX的質(zhì)押者能夠按照比例獲得礦工發(fā)送的BTC。Stacks希望通過發(fā)行原生token來激勵礦工維護歷史賬本，但實際上沒有原生token也能實現(xiàn)激勵(見RSK)。
對于Stacks區(qū)塊鏈中的交易數(shù)據(jù)，通過OP_RETURN字節(jié)碼將交易數(shù)據(jù)的哈希保存至比特幣交易的腳本中，Stacks節(jié)點可以通過Clarity的內(nèi)置功能讀取比特幣中存儲的Stacks交易數(shù)據(jù)哈希。
Stacks幾乎可以算得上是一條比特幣的Layer2鏈，然而，資產(chǎn)的跨入跨出還存在一些瑕疵。在Nakamoto升級之后，Stacks支持發(fā)送Bitcoin交易完成資產(chǎn)的跨出，但是交易的復(fù)雜性導致比特幣鏈上無法進行驗證，只能通過多簽委員會來進行資產(chǎn)跨出的驗證。
RSK
RSK采用融合挖礦(Merge-Mine)算法，比特幣礦工可以幾乎無成本地幫助RSK進行出塊，獲取額外獎勵。RSK中沒有原生的token，仍采用BTC(RBTC)作為Gas Token。RSK有自己的執(zhí)行引擎，對EVM兼容。
Liquid
Liquid是比特幣的一條聯(lián)盟側(cè)鏈，節(jié)點準入為許可制，由十五個成員負責出塊。資產(chǎn)采取lock&mint的方式，通過發(fā)送資產(chǎn)到BTC上Liquid的多簽地址，資產(chǎn)跨入Liquid側(cè)鏈;跨出時將L-BTC發(fā)送到Liquid鏈上的多簽地址即可。多簽地址的安全性為11/15。
Liquid專注于金融應(yīng)用，為開發(fā)者提供了與金融服務(wù)相關(guān)的SDK。當前Liquid網(wǎng)絡(luò)TVL為約3000BTC。
Nostr Assets：中心化的進一步加強
Nostr Assets最初項目名為NostrSwap，是一個BRC20的交易平臺。2023-08-03，升級為Nostr Assets Protocol，支持Nostr生態(tài)系統(tǒng)中的所有資產(chǎn)轉(zhuǎn)移，資產(chǎn)的結(jié)算和安全性由Lightning Network處理。
Nostr Assets使得Nostr用戶可以用Nostr公私鑰來發(fā)送和接受閃電網(wǎng)絡(luò)資產(chǎn)，除了deposit和withdrawl，Nostr Assets協(xié)議上的交易都是0 gas且加密的，交易細節(jié)保存在Nostr Protocol的relay上，用IPFS進行快速和高效的存取，同時支持自然語言交互，不需要復(fù)雜頁面。
Nostr Assets為用戶提供了一種簡單、便捷的資產(chǎn)轉(zhuǎn)移、交易方式，結(jié)合Nostr社交協(xié)議的流量效應(yīng)，未來可能有很大的應(yīng)用場景。然而，從本質(zhì)上來看，只是一種用 Nostr 消息來控制(托管)錢包的方法。用戶通過在閃電網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)賬將資產(chǎn)存入Nostr Assets的Relay，相當于將資產(chǎn)存入了中心化交易所。當用戶間想要在Nostr Assets中進行資產(chǎn)的轉(zhuǎn)移和交易時，將使用Nostr密鑰對簽名的消息發(fā)送至服務(wù)端，服務(wù)端通過驗證后只需在內(nèi)部賬本上進行記錄，不需要在閃電網(wǎng)絡(luò)或是主網(wǎng)真正執(zhí)行，所以能夠?qū)崿F(xiàn)零Gas與高TPS。
BitVM：可編程性與無限擴容
BitVM由ZeroSync創(chuàng)始人Robin Linus提出，運用Bitcoin現(xiàn)有的OP Code(OP_BOOLEAN, OP_NOT)組成與非門電路，把程序分解成原始的與非門電路組合，將復(fù)雜程序的spend script root放進Taproot交易中，以較低成本鏈上存儲。根據(jù)計算理論，所有計算邏輯都能使用與非門電路構(gòu)建，所以理論上BitVM能夠在Bitcoin實現(xiàn)圖靈完備，進行所有計算，但是在實際中還有許多限制。
BitVM仍然采取P2P的運行模式，借鑒OP Rollup的思路，存在兩個角色，prover和verifier，每次prover和verifier之間共同構(gòu)建一個交易，存入保證金，prover給出結(jié)果，verifier如果計算得出不同結(jié)果，向鏈上提交fraud proof，以罰沒prover的資金。
BitVM提供了更好地可編程性，但是怎么與擴容聯(lián)系起來?實際上，BitVM從一開始就是為了鏈下計算、鏈上驗證的擴容而服務(wù)的，從prover、verifier這些命名也能夠看出端倪。
BitVM的最佳用例，實際上是最小化信任的橋與ZKP擴容(ZK Rollup)。BitVM的提出其實也是無奈之舉，想在比特幣社區(qū)中獲得支持，通過提案增加OP_CODE的難度太高，所以只能退而求其次利用現(xiàn)有的OP_CODE實現(xiàn)新的功能。
BitVM提出了擴容的新范式，但是在現(xiàn)實中存在許多挑戰(zhàn)。
1、過于早期：EVM有一整套VM架構(gòu)，BitVM卻只有一個能驗證字符串是0還是1的函數(shù)。
2、存儲開銷：用NAND門構(gòu)建程序需要也許幾百MB的數(shù)據(jù)，十億級的taptree leaves
3、P2P：當前仍是兩方交互，prover-challenger架構(gòu)存在激勵問題，正在考慮擴展到1-N或者N-N，像理想中的OP Rollup一樣(單個誠實假設(shè))。
結(jié)語
通過全文的盤點不難看出，由于主網(wǎng)處理能力的限制與計算能力的缺乏，比特幣如果想要培育更加繁榮多樣的生態(tài)，必須將計算轉(zhuǎn)移到鏈下。
一方面，鏈下計算、鏈下驗證的客戶端驗證方案，利用比特幣交易中的某些字段存儲關(guān)鍵信息，將比特幣主網(wǎng)視為分布式的日志系統(tǒng)，利用其抗審查性與可靠性確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)的可用，從某種意義上說類似于主權(quán)Rollup。這種方案不需要修改比特幣的協(xié)議層，可以自由構(gòu)建自己所需的協(xié)議，在當前可行性更高，但是不能完全繼承比特幣的安全性。
另一方面，也有人在推進鏈上驗證的工作，嘗試著利用現(xiàn)有的工具，實現(xiàn)在比特幣上的任意計算，進而利用零知識證明技術(shù)實現(xiàn)高效的擴容。但是當前方案仍然非常早期，計算成本過高，預(yù)計短期無法落地。
當然有人會問，以太坊為首的一眾區(qū)塊鏈都擁有高速的計算能力，為什么不轉(zhuǎn)向以太坊，而一定要在比特幣上把事情重新做一遍?因為這是比特幣。
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