Análisis de las soluciones de expansión de la Programabilidad del ecosistema Bitcoin

Bitcoin, como la blockchain con mayor liquidez y seguridad, ha atraído recientemente la atención de numerosos desarrolladores. Con el auge de la tecnología de inscripciones, la programabilidad y los problemas de escalabilidad de Bitcoin se han convertido en temas candentes. Los desarrolladores están explorando diversas soluciones innovadoras, como pruebas de conocimiento cero, disponibilidad de datos, cadenas laterales, rollup y restaking, para impulsar la prosperidad adicional del ecosistema de Bitcoin.

Sin embargo, muchos de los esquemas de escalabilidad existentes han tomado prestadas las experiencias de plataformas de contratos inteligentes como Ethereum, a menudo requieren depender de puentes cross-chain centralizados, lo que puede convertirse en un punto de riesgo potencial para el sistema. En comparación, hay relativamente pocos esquemas diseñados verdaderamente basados en las características propias de Bitcoin, lo que está relacionado en cierta medida con el entorno de desarrollo relativamente complejo de Bitcoin. Bitcoin enfrenta varias limitaciones principales:

1. Para garantizar la seguridad, el lenguaje de script de Bitcoin limita la Programabilidad, lo que dificulta la ejecución de contratos inteligentes complejos.
2. La estructura de almacenamiento de la blockchain de Bitcoin está diseñada principalmente para transacciones simples, no es adecuada para almacenar y procesar contratos inteligentes complejos.
3. Bitcoin carece de una máquina virtual especializada para ejecutar contratos inteligentes.

A pesar de eso, la red Bitcoin ha estado mejorando continuamente en los últimos años. La actualización de SegWit en 2017 aumentó el límite del tamaño de bloque; la actualización de Taproot en 2021 optimizó el proceso de verificación de firmas, apoyando funciones como intercambios atómicos, billeteras de múltiples firmas y pagos condicionados. Estas actualizaciones han creado más posibilidades para la Programabilidad de Bitcoin.

En 2022, el desarrollador Casey Rodarmor propuso la "Teoría Ordinal" que abrió un nuevo camino para la incrustación de datos en la cadena de Bitcoin, lo que proporciona nuevas ideas para las aplicaciones que necesitan acceder y verificar datos de estado.

Actualmente, la mayoría de los proyectos que mejoran la programabilidad de Bitcoin se construyen sobre redes de segunda capa (L2). Este enfoque requiere que los usuarios confíen en los puentes entre cadenas, lo que se convierte en el principal obstáculo para que las soluciones L2 adquieran usuarios y liquidez. Además, Bitcoin carece de una máquina virtual nativa o programabilidad, lo que dificulta la comunicación sin problemas entre L2 y L1 sin aumentar supuestos de confianza adicionales.

En este contexto, proyectos como RGB, RGB++ y Arch Network intentan partir de las características nativas de Bitcoin para mejorar su Programabilidad mediante diferentes métodos, brindando soporte para contratos inteligentes y transacciones complejas:

1. RGB utiliza una solución de contrato inteligente validada por cliente fuera de la cadena, registrando los cambios en el estado del contrato en el UTXO de Bitcoin. Este método, aunque tiene ciertas ventajas en la protección de la privacidad, es complejo de operar y los contratos carecen de programabilidad, por lo que su desarrollo es relativamente lento.

2. RGB++ es una solución de expansión desarrollada por Nervos basada en la idea RGB. También se basa en el enlace UTXO, pero proporciona una solución de activos de metadatos entre cadenas al utilizar la propia cadena de bloques como un validador de cliente con consenso, y apoya la transferencia de activos en cualquier cadena con estructura UTXO.

3. Arch Network ofrece una solución nativa de contratos inteligentes para Bitcoin. Crea una máquina virtual de conocimiento cero y una red de nodos validador correspondientes, registrando cambios de estado y etapas de activos en las transacciones de Bitcoin a través de la agregación de transacciones.

El esquema RGB utiliza un mecanismo de verificación fuera de la cadena, trasladando la verificación de la transferencia de monedas desde la capa de consenso de Bitcoin a fuera de la cadena, realizada por clientes específicos relacionados con la transacción. Este enfoque reduce la necesidad de difusión en toda la red, mejorando la privacidad y la eficiencia. Sin embargo, este mecanismo de mejora de la privacidad también presenta algunos desafíos. Aunque la participación de solo nodos relacionados con transacciones específicas puede fortalecer la protección de la privacidad, también dificulta que terceros vean las transacciones, lo que complica el proceso operativo real, aumenta la dificultad de desarrollo y afecta la experiencia del usuario.

RGB ha introducido el concepto de sella de un solo uso, donde cada UTXO solo puede ser gastado una vez, lo que equivale a bloquearlo al crear el UTXO y desbloquearlo al gastarlo. El estado de los contratos inteligentes se encapsula a través de UTXO y se gestiona mediante la sella, proporcionando un mecanismo eficaz de gestión del estado.

RGB++ es otra solución de expansión basada en la idea de RGB, también vinculada a UTXO. Utiliza una cadena UTXO Turing completa (como CKB u otras cadenas) para procesar datos fuera de la cadena y contratos inteligentes, mejorando aún más la Programabilidad de Bitcoin y garantizando la seguridad a través de la vinculación homogénea de BTC.

RGB++ utiliza una cadena UTXO Turing-completa como cadena sombra, lo que permite ejecutar contratos inteligentes complejos y se vincula con los UTXO de Bitcoin, aumentando la flexibilidad de programación del sistema. Los UTXO de Bitcoin se vinculan de manera isomórfica con los UTXO de la cadena sombra, asegurando la consistencia del estado y los activos entre las dos cadenas, garantizando así la seguridad de las transacciones.

RGB++ se ha ampliado a todas las cadenas UTXO que son Turing completas, ya no se limita a una sola cadena, mejorando la interoperabilidad entre cadenas y la liquidez de los activos. Este soporte multicanal permite que RGB++ se combine con cualquier cadena UTXO Turing completa, aumentando la flexibilidad del sistema. Al mismo tiempo, RGB++ logra un cruce de cadenas sin puentes a través de un enlace isomórfico UTXO, evitando el problema de las "monedas falsas" que pueden surgir de los puentes tradicionales, garantizando la autenticidad y consistencia de los activos.

La verificación en la cadena a través de la cadena sombra simplifica el proceso de verificación del cliente en RGB++. Los usuarios solo necesitan verificar las transacciones relevantes en la cadena sombra para comprobar si el cálculo del estado de RGB++ es correcto. Este método de verificación en la cadena no solo simplifica el proceso de verificación, sino que también optimiza la experiencia del usuario. Al utilizar una cadena sombra Turing completa, RGB++ evita la compleja gestión de UTXO de RGB, proporcionando una experiencia más simplificada y amigable para el usuario.

Arch Network está compuesto principalmente por Arch zkVM y una red de nodos de validación Arch, que utilizan pruebas de cero conocimiento y una red de validación descentralizada para garantizar la seguridad y privacidad de los contratos inteligentes, siendo más fácil de usar que RGB y no requiriendo la dependencia de otra cadena UTXO como RGB++.

Arch zkVM utiliza RISC Zero ZKVM para ejecutar contratos inteligentes y generar pruebas de conocimiento cero, que son verificadas por una red de nodos de validación descentralizada. Este sistema funciona sobre el modelo UTXO, encapsulando el estado de los contratos inteligentes en State UTXOs para mejorar la seguridad y la eficiencia. Los Asset UTXOs se utilizan para representar Bitcoin o otras monedas, y pueden ser gestionados a través de un método de delegación.

La red de validación Arch verifica el contenido de ZKVM a través de nodos líderes seleccionados al azar y utiliza el esquema de firma FROST para agregar las firmas de los nodos, y finalmente transmite la transacción a la red Bitcoin. Arch zkVM proporciona a Bitcoin una máquina virtual Turing completa, capaz de ejecutar contratos inteligentes complejos. Cada vez que se ejecuta un contrato inteligente, Arch zkVM genera una prueba de conocimiento cero para verificar la corrección del contrato y los cambios de estado.

Arch también utiliza el modelo UTXO de Bitcoin, donde el estado y los activos se encapsulan en UTXOs, y la conversión del estado se realiza a través del concepto de uso único. Los datos de estado del contrato inteligente se registran como UTXOs de estado, mientras que los activos de datos originales se registran como UTXOs de activos. Arch asegura que cada UTXO solo se pueda gastar una vez, proporcionando así una gestión de estado segura.

Arch aunque no tiene una estructura de blockchain innovadora, también necesita una red de nodos de validación. Durante cada Epoch de Arch, el sistema selecciona aleatoriamente un nodo Leader basado en el stake, responsable de difundir la información recibida a todos los demás nodos de validación en la red. Todas las pruebas de conocimiento cero son verificadas por una red descentralizada de nodos de validación, asegurando la seguridad y resistencia a la censura del sistema, y generando firmas para el nodo Leader. Una vez que la transacción es firmada por la cantidad requerida de nodos, se puede difundir en la red de Bitcoin.

En el diseño de la programabilidad de Bitcoin, RGB, RGB++ y Arch Network tienen sus propias características, pero todos continúan con la idea de vincular UTXO. La característica de uso único de UTXO es más adecuada para que los contratos inteligentes registren estados.

Sin embargo, estos esquemas también presentan algunas deficiencias evidentes, principalmente en lo que respecta a la experiencia del usuario. Tienen problemas de retraso en la confirmación y bajo rendimiento que son consistentes con Bitcoin, especialmente destacados en Arch y RGB. Aunque estos esquemas han ampliado las funcionalidades, no han mejorado significativamente el rendimiento. El diseño de RGB++ ofrece una mejor experiencia de usuario al introducir una cadena UTXO de mayor rendimiento, pero también introduce supuestos adicionales de seguridad.

A medida que más desarrolladores se unan a la comunidad de Bitcoin, veremos más soluciones innovadoras de escalado, como la propuesta de actualización op-cat que se está discutiendo activamente. Es especialmente relevante prestar atención a aquellas soluciones que se alinean con las propiedades nativas de Bitcoin. Sin la necesidad de actualizar la red de Bitcoin, el método de vinculación UTXO es la forma más efectiva de ampliar la capacidad de programación de Bitcoin. Siempre que se puedan resolver eficazmente los problemas de experiencia del usuario, esto traerá un gran avance para el desarrollo de contratos inteligentes de Bitcoin.