比特币生态的可编程性探索

比特币作为流动性最佳且安全性最高的区块链，近期吸引了大量开发者的关注。随着铭文的兴起，开发者们开始深入研究比特币的可编程性和扩容问题。通过引入ZK、DA、侧链、rollup和restaking等创新方案，比特币生态正迎来新的繁荣期，成为当前市场的焦点。

然而，许多扩容方案沿用了以太坊等智能合约平台的经验，并依赖中心化跨链桥，这可能成为系统的薄弱环节。很少有方案是基于比特币本身特性设计的，这与比特币的开发环境不够友好有关。比特币因以下原因难以像以太坊那样运行智能合约：

1. 比特币脚本语言为保证安全性而限制了图灵完备性，无法执行复杂的智能合约。
2. 比特币区块链的存储结构主要针对简单交易设计，未针对复杂智能合约进行优化。
3. 比特币缺乏专门用于运行智能合约的虚拟机。

2017年的隔离见证(SegWit)升级增加了比特币的区块大小限制；2021年的Taproot升级则使批量签名验证成为可能，简化了原子交换、多重签名钱包和条件付款等操作。这些升级为比特币的可编程性创造了条件。

2022年，开发者Casey Rodarmor提出的"Ordinal Theory"概念，为在比特币交易中嵌入图像等任意数据提供了方法，为智能合约等应用程序开辟了新的可能性。

目前，大多数增强比特币编程性的项目依赖于二层网络（L2），这要求用户信任跨链桥，成为L2获取用户和流动性的主要障碍。此外，比特币缺乏原生虚拟机或可编程性，无法在不增加信任假设的情况下实现L2与L1的直接通信。

RGB、RGB++和Arch Network等项目尝试从比特币原生属性出发，通过不同方法增强其可编程性，提供智能合约和复杂交易能力：

1. RGB通过链下客户端验证实现智能合约，将状态变化记录在比特币的UTXO中。虽然具有隐私优势，但操作复杂，缺乏合约可组合性，发展较为缓慢。

2. RGB++是Nervos基于RGB思路的扩展方案，仍基于UTXO绑定，但将链本身作为具备共识的客户端验证者，为元数据资产跨链提供了解决方案，支持任意UTXO结构链的资产转移。

3. Arch Network为比特币提供了原生智能合约方案，创建了ZK虚拟机和验证者节点网络，通过聚合交易将状态变化和资产记录在比特币交易中。

RGB

RGB是比特币社区早期的智能合约扩展方案，通过UTXO封装记录状态数据，为后续比特币原生扩容提供了重要思路。

RGB采用链下验证方式，将代币转移验证从比特币共识层移至链下，由特定交易相关的客户端进行验证。这种方法减少了全网广播需求，提高了隐私和效率。然而，这种隐私增强也带来了操作复杂、开发困难等问题，影响了用户体验。

RGB引入了单次使用密封条概念。每个UTXO只能被花费一次，相当于创建时上锁，花费时解锁。智能合约状态通过UTXO封装并由密封条管理，提供了有效的状态管理机制。

RGB++

RGB++是Nervos基于RGB思路的另一种扩展方案，仍然基于UTXO绑定。

RGB++利用图灵完备的UTXO链（如CKB或其他链）处理链下数据和智能合约，进一步提升了比特币的可编程性，并通过同构绑定BTC保证安全性。

RGB++采用图灵完备的UTXO链作为影子链，能够执行复杂智能合约，并与比特币UTXO绑定，增加了系统的编程灵活性。比特币UTXO和影子链UTXO的同构绑定确保了两链间状态和资产的一致性，保证了交易安全。

RGB++扩展到所有图灵完备的UTXO链，提升了跨链互操作性和资产流动性。这种多链支持增强了系统灵活性。同时，RGB++通过UTXO同构绑定实现无桥跨链，避免了"假币"问题，确保资产真实性和一致性。

通过影子链进行链上验证，RGB++简化了客户端验证过程。用户只需检查影子链上的相关交易即可验证RGB++状态计算的正确性。这种链上验证方式不仅简化了验证过程，还优化了用户体验。

Arch Network

Arch Network主要由Arch zkVM和Arch验证节点网络组成，利用零知识证明和去中心化验证网络确保智能合约的安全和隐私，比RGB更易用，且无需像RGB++那样绑定另一条UTXO链。

Arch zkVM使用RISC Zero ZKVM执行智能合约并生成零知识证明，由去中心化验证节点网络验证。系统基于UTXO模型运行，将智能合约状态封装在State UTXOs中，以提高安全性和效率。

Asset UTXOs用于代表比特币或其他代币，可通过委托方式管理。Arch验证网络通过随机选出的leader节点对ZKVM内容进行验证，使用FROST签名方案聚合节点签名，最终将交易广播到比特币网络。

Arch zkVM为比特币提供了图灵完备的虚拟机，能执行复杂智能合约。每次合约执行后，生成零知识证明用于验证合约正确性和状态变化。

Arch使用比特币的UTXO模型，状态和资产封装在UTXO中，通过单次使用概念进行状态转换。智能合约状态数据记录为state UTXOs，原数据资产记录为Asset UTXOs。Arch确保每个UTXO只能被花费一次，提供安全的状态管理。

Arch虽未创新区块链结构，但需要验证节点网络。每个Arch Epoch期间，系统根据权益随机选择Leader节点，负责信息传播。所有zk-proofs由去中心化验证节点网络验证，确保系统安全性和抗审查性，并生成签名给Leader节点。交易获得所需数量节点签署后，可在比特币网络广播。

总结

RGB、RGB++和Arch Network在BTC可编程性设计上各具特色，都延续了绑定UTXO的思路。UTXO的一次性使用属性更适合智能合约记录状态。

然而，这些方案也存在明显缺点，如用户体验欠佳，与BTC一致的确认延迟和低性能。Arch和RGB主要扩展了功能，但未提升性能；RGB++通过引入高性能UTXO链改善了用户体验，但增加了额外的安全性假设。

随着更多开发者加入BTC社区，我们将看到更多扩容方案，如op-cat升级提案正在积极讨论中。符合BTC原生属性的方案值得重点关注。UTXO绑定方法是在不升级BTC网络的前提下，扩展BTC编程方式的有效方法。只要能解决用户体验问题，将为BTC智能合约带来巨大进步。