比特幣生態的智能合約擴展之路

比特幣作爲流動性最高且安全性最強的區塊鏈，在銘文興起後吸引了大量開發者。這些開發者迅速關注到比特幣的可編程性和擴容問題。通過引入零知識證明、數據可用性、側鏈、rollup和restaking等創新方案，比特幣生態正迎來前所未有的繁榮，成爲當前市場的焦點。

然而，許多擴容設計借鑑了以太坊等智能合約平台的經驗，往往依賴中心化跨鏈橋，這成爲系統的薄弱環節。很少有方案是基於比特幣本身特性設計的，這與比特幣較差的開發者體驗有關。比特幣由於一些限制無法像以太坊那樣運行智能合約：

1. 比特幣腳本語言爲保證安全性而犧牲了圖靈完備性，無法執行復雜的智能合約。
2. 比特幣區塊鏈存儲針對簡單交易優化，不適合復雜的智能合約。
3. 比特幣缺乏運行智能合約的虛擬機。

2017年的隔離見證和2021年的Taproot升級爲比特幣增加了可編程性。2022年，開發者Casey Rodarmor提出的"Ordinal Theory"爲在比特幣鏈上嵌入狀態信息和元數據開闢了新的可能性。

目前，大多數擴展比特幣編程性的項目依賴二層網路，這要求用戶信任跨鏈橋，成爲獲取用戶和流動性的障礙。此外，比特幣缺乏原生虛擬機或可編程性，無法在無需額外信任的情況下實現二層與一層的通信。

RGB、RGB++和Arch Network嘗試從比特幣原生屬性出發，增強其可編程性，通過不同方法提供智能合約和復雜交易能力：

1. RGB通過鏈下客戶端驗證實現智能合約，將狀態變化記錄在比特幣UTXO中。雖有隱私優勢，但使用繁瑣且缺乏合約可組合性，發展緩慢。

2. RGB++在RGB思路基礎上，利用圖靈完備UTXO鏈處理鏈下數據和智能合約，通過同構綁定BTC保證安全性。

3. Arch Network爲比特幣提供原生智能合約方案，創建ZK虛擬機和驗證者節點網路，通過聚合交易將狀態變化與資產記錄在比特幣交易中。

RGB

RGB是比特幣社區早期智能合約擴展思路，通過UTXO封裝記錄狀態數據，爲後續比特幣原生擴容提供重要思路。

RGB採用鏈下驗證，將代幣轉移驗證從比特幣共識層移至鏈下，由特定交易相關客戶端驗證。這減少了全網廣播需求，增強隱私和效率。然而，這種隱私增強方式是把雙刃劍。雖然增強了隱私保護，但導致第三方不可見，使操作復雜且難以開發，用戶體驗較差。

RGB引入單次使用密封條概念。每個UTXO只能被花費一次，相當於創建時上鎖，花費時解鎖。智能合約狀態通過UTXO封裝並由密封條管理，提供有效的狀態管理機制。

RGB++

RGB++是在RGB思路基礎上的另一擴展路線，仍基於UTXO綁定。

RGB++利用圖靈完備UTXO鏈處理鏈下數據和智能合約，進一步提升比特幣可編程性，並通過同構綁定BTC保證安全性。

RGB++採用圖靈完備UTXO鏈作爲影子鏈，可執行復雜智能合約並與比特幣UTXO綁定，增加系統編程性和靈活性。比特幣UTXO和影子鏈UTXO同構綁定，確保兩鏈間狀態和資產一致性，保證交易安全。

RGB++擴展到所有圖靈完備UTXO鏈，提升跨鏈互操作性和資產流動性。多鏈支持允許RGB++與任何圖靈完備UTXO鏈結合，增強系統靈活性。通過UTXO同構綁定實現無橋跨鏈，避免"假幣"問題，確保資產真實性和一致性。

影子鏈進行鏈上驗證簡化了客戶端驗證過程。用戶只需檢查影子鏈相關交易即可驗證RGB++狀態計算正確性。這種鏈上驗證簡化了過程，優化用戶體驗。使用圖靈完備影子鏈避免了RGB復雜的UTXO管理，提供更簡化和用戶友好的體驗。

Arch Network

Arch Network主要由Arch zkVM和驗證節點網路組成，利用零知識證明和去中心化驗證網路確保智能合約安全和隱私，比RGB更易用，且無需像RGB++那樣綁定另一UTXO鏈。

Arch zkVM使用RISC Zero ZKVM執行智能合約並生成零知識證明，由去中心化驗證節點網路驗證。系統基於UTXO模型運行，將智能合約狀態封裝在State UTXOs中，提高安全性和效率。

Asset UTXOs代表比特幣或其他代幣，可通過委托管理。Arch驗證網路隨機選出leader節點驗證ZKVM內容，使用FROST籤名方案聚合節點籤名，最終將交易廣播到比特幣網路。

Arch zkVM爲比特幣提供圖靈完備虛擬機，執行復雜智能合約。每次合約執行後生成零知識證明，用於驗證合約正確性和狀態變化。

Arch使用比特幣UTXO模型，狀態和資產封裝在UTXO中，通過單次使用概念進行狀態轉換。智能合約狀態數據記錄爲state UTXOs，原數據資產記錄爲Asset UTXOs。Arch確保每個UTXO只能被花費一次，提供安全狀態管理。

Arch雖未創新區塊鏈結構，但需要驗證節點網路。每個Arch Epoch期間，系統根據權益隨機選擇Leader節點，負責將信息傳播至網路內其他驗證者節點。所有零知識證明由去中心化驗證節點網路驗證，確保系統安全性和抗審查性，並生成籤名給Leader節點。交易一旦由所需數量節點簽署，即可在比特幣網路廣播。

總結

RGB、RGB++和Arch Network在比特幣可編程性設計方面各具特色，延續了綁定UTXO思路。UTXO的一次性使用鑑權屬性更適合智能合約記錄狀態。

然而，這些方案也存在明顯缺點，如用戶體驗差、與比特幣一致的確認延遲和低性能。Arch和RGB主要擴展功能而非提升性能；RGB++通過引入高性能UTXO鏈改善用戶體驗，但引入額外安全性假設。

隨着更多開發者加入比特幣社區，我們將看到更多擴容方案，如op-cat升級提案正在積極討論。符合比特幣原生屬性的方案值得關注，UTXO綁定方法是不升級比特幣網路前提下擴展編程方式的有效方法。只要解決好用戶體驗問題，將爲比特幣智能合約帶來重大進展。