Analyse des solutions d'extension de la Programmabilité de l'écosystème Bitcoin

Bitcoin, en tant que blockchain la plus liquide et la plus sécurisée, a récemment attiré l'attention d'un grand nombre de développeurs. Avec l'émergence de la technologie des inscriptions, la Programmabilité et les problèmes de scalabilité de Bitcoin sont devenus des sujets d'actualité. Les développeurs explorent diverses solutions innovantes, telles que les preuves à divulgation nulle de connaissance, la disponibilité des données, les chaînes latérales, les rollups et le restaking, pour promouvoir une prospérité accrue de l'écosystème Bitcoin.

Cependant, de nombreuses solutions d'extension existantes s'inspirent des expériences de plateformes de contrats intelligents comme Ethereum, nécessitant souvent de dépendre de ponts inter-chaînes centralisés, ce qui pourrait devenir un point de risque potentiel pour le système. En revanche, il existe relativement peu de solutions réellement conçues sur la base des caractéristiques intrinsèques de Bitcoin, ce qui est en partie lié à l'environnement de développement relativement complexe de Bitcoin. Bitcoin fait face à plusieurs limitations principales :

1. Afin de garantir la sécurité, le langage de script de Bitcoin limite la Programmabilité, ce qui rend difficile l'exécution de contrats intelligents complexes.
2. La structure de stockage de la blockchain de Bitcoin est principalement conçue pour les transactions simples, et n'est pas adaptée au stockage et au traitement de contrats intelligents complexes.
3. Bitcoin manque d'une machine virtuelle spécialement conçue pour exécuter des contrats intelligents.

Néanmoins, le réseau Bitcoin a continué à évoluer ces dernières années. La mise à niveau SegWit en 2017 a augmenté la limite de taille des blocs ; la mise à niveau Taproot en 2021 a optimisé le processus de validation des signatures, soutenant des fonctionnalités telles que les échanges atomiques, les portefeuilles multi-signatures et les paiements conditionnels. Ces mises à niveau ont créé davantage de possibilités pour la Programmabilité de Bitcoin.

En 2022, la "Théorie des Ordinals" proposée par le développeur Casey Rodarmor a ouvert de nouvelles voies pour l'intégration des données sur la chaîne Bitcoin, offrant de nouvelles perspectives pour les applications nécessitant l'accès et la vérification des données d'état.

Actuellement, la plupart des projets visant à améliorer la Programmabilité de Bitcoin sont construits sur des réseaux de deuxième couche (L2). Cette approche nécessite que les utilisateurs fassent confiance aux ponts inter-chaînes, ce qui constitue le principal obstacle à l'acquisition d'utilisateurs et de liquidités pour les solutions L2. De plus, Bitcoin manque d'une machine virtuelle native ou de Programmabilité, rendant difficile la réalisation d'une communication transparente entre L2 et L1 sans ajouter d'hypothèses de confiance supplémentaires.

Dans ce contexte, des projets comme RGB, RGB++ et Arch Network tentent de partir des caractéristiques natives de Bitcoin pour renforcer sa Programmabilité par différentes méthodes, afin de soutenir les contrats intelligents et les transactions complexes :

1. RGB adopte un schéma de contrat intelligent validé par un client hors chaîne, enregistrant les changements d'état du contrat dans les UTXO de Bitcoin. Bien que cette méthode présente certains avantages en matière de protection de la vie privée, elle est complexe à mettre en œuvre et le contrat manque de programmabilité, son développement est actuellement assez lent.

2. RGB++ est une solution d'extension développée par Nervos sur la base de l'idée RGB. Elle est également basée sur l'UTXO, mais en utilisant la blockchain elle-même comme validateur client consensuel, elle offre une solution pour les actifs de métadonnées inter-chaînes et prend en charge le transfert d'actifs sur n'importe quelle chaîne à structure UTXO.

3. Arch Network propose une solution de contrat intelligent natif pour Bitcoin. Il crée une machine virtuelle à connaissance nulle et un réseau de nœuds validateurs correspondants, en enregistrant les changements d'état et les étapes d'actifs dans les transactions Bitcoin par le biais d'agrégation des transactions.

Le schéma RGB utilise un mécanisme de validation hors chaîne, déplaçant la validation des transferts de jetons de la couche de consensus Bitcoin vers hors chaîne, effectuée par des clients spécifiques aux transactions. Cette méthode réduit le besoin de diffusion sur l'ensemble du réseau, améliorant ainsi la confidentialité et l'efficacité. Cependant, ce mécanisme d'amélioration de la confidentialité pose également certains défis. Bien que seuls les nœuds liés à des transactions spécifiques participant à la validation puissent renforcer la protection de la vie privée, cela rend également difficile pour les tiers de visualiser les transactions, rendant le processus opérationnel réel complexe, augmentant la difficulté de développement et affectant l'expérience utilisateur.

RGB a introduit le concept de scellé à usage unique, chaque UTXO ne peut être dépensé qu'une seule fois, ce qui équivaut à verrouiller lors de la création de l'UTXO et à déverrouiller lors de la dépense. L'état des contrats intelligents est encapsulé par les UTXO et géré par les scellés, offrant un mécanisme de gestion d'état efficace.

RGB++ est une autre solution d'extension basée sur l'idée RGB, également fondée sur le lien UTXO. Il utilise une chaîne UTXO Turing-complete (comme CKB ou d'autres chaînes) pour traiter les données hors chaîne et les contrats intelligents, améliorant ainsi la Programmabilité de Bitcoin, tout en garantissant la sécurité grâce à un lien isomorphe avec BTC.

RGB++ utilise une chaîne UTXO Turing-complete comme chaîne d'ombre, capable d'exécuter des contrats intelligents complexes et de s'associer aux UTXO de Bitcoin, augmentant ainsi la flexibilité de programmation du système. Les UTXO de Bitcoin et ceux de la chaîne d'ombre sont liés de manière isomorphe, garantissant la cohérence des états et des actifs entre les deux chaînes, ce qui assure la sécurité des transactions.

RGB++ s'étend à toutes les chaînes UTXO Turing-completes, ne se limitant plus à une seule chaîne, améliorant ainsi l'interopérabilité inter-chaînes et la liquidité des actifs. Ce support multi-chaînes permet à RGB++ de s'associer à n'importe quelle chaîne UTXO Turing-complete, renforçant la flexibilité du système. En même temps, RGB++ réalise une interopérabilité inter-chaînes sans pont grâce à un lien d'isomorphisme UTXO, évitant ainsi le problème des "faux jetons" que les ponts inter-chaînes traditionnels peuvent engendrer, garantissant l'authenticité et la cohérence des actifs.

La vérification en chaîne via les chaînes d'ombre simplifie le processus de vérification côté client avec RGB++. Les utilisateurs n'ont qu'à vérifier les transactions pertinentes sur la chaîne d'ombre pour valider si le calcul d'état de RGB++ est correct. Cette méthode de vérification en chaîne non seulement simplifie le processus de vérification, mais optimise également l'expérience utilisateur. Grâce à l'utilisation de chaînes d'ombre Turing-completes, RGB++ évite la gestion complexe des UTXO de RGB, offrant ainsi une expérience plus simple et conviviale.

Le réseau Arch est principalement composé d'Arch zkVM et du réseau de nœuds de validation Arch, utilisant des preuves à divulgation nulle de connaissance et un réseau de validation décentralisé pour garantir la sécurité et la confidentialité des contrats intelligents, plus facile à utiliser que RGB et ne nécessitant pas de dépendre d'une autre chaîne UTXO pour le binding comme RGB++.

Arch zkVM utilise RISC Zero ZKVM pour exécuter des contrats intelligents et générer des preuves à divulgation nulle de connaissance, vérifiées par un réseau décentralisé de nœuds de validation. Ce système fonctionne sur un modèle UTXO, encapsulant l'état des contrats intelligents dans des State UTXOs pour améliorer la sécurité et l'efficacité. Les Asset UTXOs représentent Bitcoin ou d'autres jetons et peuvent être gérés par le biais de délégation.

Le réseau de validation Arch vérifie le contenu de ZKVM par le biais de nœuds leaders choisis au hasard et utilise le schéma de signature FROST pour agréger les signatures des nœuds, diffusant finalement la transaction sur le réseau Bitcoin. Arch zkVM fournit à Bitcoin une machine virtuelle Turing complète capable d'exécuter des contrats intelligents complexes. À chaque exécution de contrat intelligent, Arch zkVM génère une preuve à divulgation nulle de connaissance pour valider l'exactitude du contrat et les changements d'état.

Arch utilise également le modèle UTXO de Bitcoin, où l'état et les actifs sont encapsulés dans des UTXO, permettant une transition d'état par le concept d'utilisation unique. Les données d'état des contrats intelligents sont enregistrées en tant qu'UTXOs d'état, tandis que les actifs de données d'origine sont enregistrés en tant qu'UTXOs d'actif. Arch garantit que chaque UTXO ne peut être dépensé qu'une seule fois, offrant ainsi une gestion sécurisée de l'état.

Bien qu'Arch n'innove pas dans la structure de la blockchain, il nécessite également un réseau de nœuds de validation. Pendant chaque Époque Arch, le système choisit aléatoirement un nœud Leader en fonction des droits, responsable de la diffusion des informations reçues à tous les autres nœuds de validation du réseau. Toutes les preuves à divulgation nulle sont vérifiées par un réseau décentralisé de nœuds de validation, garantissant la sécurité et la résistance à la censure du système, et générant des signatures pour le nœud Leader. Une fois qu'une transaction est signée par le nombre requis de nœuds, elle peut être diffusée sur le réseau Bitcoin.

Dans la conception de la Programmabilité de Bitcoin, RGB, RGB++ et Arch Network ont chacun leurs caractéristiques, mais continuent tous l'idée de lier UTXO. La caractéristique d'utilisation unique de l'UTXO est plus adaptée aux contrats intelligents pour enregistrer l'état.

Cependant, ces solutions présentent également certaines lacunes évidentes, principalement en ce qui concerne l'expérience utilisateur. Elles souffrent des problèmes de délai de confirmation et de faible performance associés à Bitcoin, particulièrement marqués dans Arch et RGB. Bien que ces solutions aient élargi les fonctionnalités, elles n'ont pas significativement amélioré la performance. Le design de RGB++ offre une meilleure expérience utilisateur grâce à l'introduction d'une chaîne UTXO plus performante, mais cela introduit également des hypothèses de sécurité supplémentaires.

Avec de plus en plus de développeurs rejoignant la communauté Bitcoin, nous verrons davantage de solutions innovantes d'extensibilité, comme la proposition de mise à niveau op-cat qui est actuellement en discussion active. Il convient de prêter une attention particulière aux solutions qui correspondent aux attributs natifs de Bitcoin. Sans mettre à niveau le réseau Bitcoin, la méthode de liaison UTXO est le moyen le plus efficace d'étendre la Programmabilité de Bitcoin. Tant que nous pouvons résoudre efficacement les problèmes d'expérience utilisateur, cela apportera une grande percée au développement des contrats intelligents Bitcoin.