Análise das soluções de expansão da Programabilidade do ecossistema Bitcoin

Bitcoin como a blockchain com maior liquidez e segurança atraiu a atenção de muitos desenvolvedores recentemente. Com o surgimento da tecnologia de inscrições, a programabilidade e os problemas de escalabilidade do Bitcoin tornaram-se tópicos quentes. Os desenvolvedores estão explorando várias soluções inovadoras, como provas de conhecimento zero, disponibilidade de dados, sidechains, rollup e restaking, para promover a prosperidade adicional do ecossistema Bitcoin.

No entanto, muitas das soluções de escalabilidade existentes se baseiam na experiência de plataformas de contratos inteligentes como o Ethereum, frequentemente dependendo de pontes de cross-chain centralizadas, o que pode se tornar um ponto de risco potencial para o sistema. Em comparação, as soluções realmente projetadas com base nas próprias características do Bitcoin são relativamente escassas, o que está, em certa medida, relacionado ao ambiente de desenvolvimento mais complexo do Bitcoin. O Bitcoin enfrenta várias limitações principais:

1. Para garantir a segurança, a linguagem de script do Bitcoin limita a programabilidade, tornando difícil a execução de contratos inteligentes complexos.
2. A estrutura de armazenamento da blockchain do Bitcoin é principalmente projetada para transações simples, não sendo adequada para armazenar e processar contratos inteligentes complexos.
3. O Bitcoin carece de uma máquina virtual especializada para executar contratos inteligentes.

Apesar disso, a rede Bitcoin tem vindo a melhorar constantemente nos últimos anos. A atualização SegWit de 2017 aumentou o limite de tamanho dos blocos; a atualização Taproot de 2021 otimizou o processo de verificação de assinaturas, suportando funcionalidades como trocas atómicas, carteiras de múltiplas assinaturas e pagamentos condicionais. Estas atualizações criaram mais possibilidades para a programabilidade do Bitcoin.

Em 2022, o desenvolvedor Casey Rodarmor propôs a "Teoria Ordinal", que abriu novas vias para a incorporação de dados na cadeia do Bitcoin, oferecendo novas ideias para aplicações que precisam acessar e verificar dados de estado.

Atualmente, a maioria dos projetos que aumentam a Programabilidade do Bitcoin são construídos em redes de segunda camada (L2). Esta abordagem exige que os usuários confiem em pontes cross-chain, tornando-se o principal obstáculo para que as soluções L2 consigam usuários e liquidez. Além disso, o Bitcoin carece de uma máquina virtual nativa ou Programabilidade, dificultando a comunicação sem costura entre L2 e L1 sem aumentar suposições de confiança adicionais.

Neste contexto, projetos como RGB, RGB++ e Arch Network tentam partir das características nativas do Bitcoin para, através de diferentes métodos, melhorar sua Programabilidade, oferecendo suporte a contratos inteligentes e transações complexas:

1. RGB utiliza uma solução de contrato inteligente com validação de cliente off-chain, registrando as mudanças de estado do contrato no UTXO do Bitcoin. Embora este método tenha algumas vantagens em termos de proteção de privacidade, é complexo de operar e os contratos carecem de programabilidade, o que resulta em um desenvolvimento relativamente lento.

2. RGB++ é uma solução de extensão desenvolvida pela Nervos com base na ideia RGB. Ela também é baseada na vinculação UTXO, mas oferece uma solução de ativos de metadados entre cadeias ao usar a própria blockchain como validadores de cliente com consenso, e suporta a transferência de ativos em qualquer cadeia com estrutura UTXO.

3. A Arch Network fornece uma solução de contrato inteligente nativa para Bitcoin. Ela criou uma máquina virtual de conhecimento zero e uma rede de nós validadores correspondentes, registrando as mudanças de estado e as fases de ativos nas transações de Bitcoin através da agregação de transações.

O esquema RGB utiliza um mecanismo de verificação fora da cadeia, transferindo a verificação da transferência de tokens do nível de consenso do Bitcoin para fora da cadeia, realizada por clientes específicos relacionados à transação. Essa abordagem reduz a necessidade de transmissão em toda a rede, melhorando a privacidade e a eficiência. No entanto, esse mecanismo de aumento de privacidade também traz alguns desafios. Embora a participação apenas de nós relacionados a transações específicas possa melhorar a proteção da privacidade, isso também dificulta a visualização das transações por terceiros, tornando o processo operacional real mais complexo, aumentando a dificuldade de desenvolvimento e afetando a experiência do usuário.

RGB introduziu o conceito de selos de uso único, onde cada UTXO só pode ser gasto uma vez, equivalente a trancar o UTXO ao criá-lo e desbloqueá-lo ao gastá-lo. O estado do contrato inteligente é encapsulado através de UTXO e gerido por selos, oferecendo um mecanismo eficaz de gestão de estado.

RGB++ é uma outra solução de expansão baseada na ideia RGB, também baseada na vinculação UTXO. Ela utiliza uma cadeia UTXO Turing completa (como CKB ou outras cadeias) para processar dados fora da cadeia e contratos inteligentes, aprimorando ainda mais a programabilidade do Bitcoin e garantindo segurança através da vinculação homogênea ao BTC.

RGB++ utiliza uma cadeia UTXO Turing-completa como cadeia sombra, capaz de executar contratos inteligentes complexos e vinculando-se ao UTXO do Bitcoin, aumentando a flexibilidade de programação do sistema. O UTXO do Bitcoin é vinculado de forma isomórfica ao UTXO da cadeia sombra, garantindo a consistência de estado e ativos entre as duas cadeias, assegurando assim a segurança das transações.

RGB++ estendeu-se a todas as cadeias UTXO Turing-completas, não se limitando a uma única cadeia, melhorando a interoperabilidade entre cadeias e a liquidez dos ativos. Esse suporte a múltiplas cadeias permite que o RGB++ se combine com qualquer cadeia UTXO Turing-completa, aumentando a flexibilidade do sistema. Ao mesmo tempo, o RGB++ realiza a ponte cruzada sem ponte através do vínculo isomórfico UTXO, evitando o problema de "moedas falsas" que as pontes tradicionais podem causar, garantindo a autenticidade e consistência dos ativos.

A validação on-chain através da shadow chain simplifica o processo de validação do cliente em RGB++. Os usuários precisam apenas verificar as transações relevantes na shadow chain para confirmar se o cálculo de estado do RGB++ está correto. Este método de validação on-chain não só simplifica o processo de validação, mas também otimiza a experiência do usuário. Devido ao uso da shadow chain Turing-complete, o RGB++ evita a gestão complexa de UTXO do RGB, proporcionando uma experiência mais simplificada e amigável ao usuário.

A Arch Network é composta principalmente pela Arch zkVM e pela rede de nós de validação Arch, utilizando provas de zero conhecimento e uma rede de validação descentralizada para garantir a segurança e a privacidade dos contratos inteligentes, sendo mais fácil de usar do que o RGB e não precisando, como o RGB++, de depender de outra cadeia UTXO para vinculação.

O Arch zkVM utiliza o RISC Zero ZKVM para executar contratos inteligentes e gerar provas de conhecimento zero, sendo validado por uma rede descentralizada de nós de validação. Este sistema opera com base no modelo UTXO, encapsulando o estado dos contratos inteligentes em State UTXOs para aumentar a segurança e a eficiência. Asset UTXOs são utilizados para representar Bitcoin ou outros tokens e podem ser geridos através de delegação.

A rede de validação Arch verifica o conteúdo do ZKVM através de líderes escolhidos aleatoriamente e utiliza o esquema de assinatura FROST para agregar as assinaturas dos nós, transmitindo finalmente a transação para a rede Bitcoin. O Arch zkVM fornece uma máquina virtual Turing completa para o Bitcoin, capaz de executar contratos inteligentes complexos. Após cada execução de contrato inteligente, o Arch zkVM gera uma prova de conhecimento zero para verificar a correção e as mudanças de estado do contrato.

Arch também utiliza o modelo UTXO do Bitcoin, onde o estado e os ativos estão encapsulados nos UTXOs, realizando a conversão de estado através do conceito de uso único. Os dados de estado dos contratos inteligentes são registrados como UTXOs de estado, enquanto os ativos de dados originais são registrados como UTXOs de ativos. Arch garante que cada UTXO só possa ser gasto uma vez, proporcionando uma gestão de estado segura.

Embora a Arch não inove na estrutura da blockchain, também precisa de uma rede de nós de validação. Durante cada Epoch da Arch, o sistema seleciona aleatoriamente um nó Leader com base na participação, responsável por transmitir as informações recebidas a todos os outros nós de validação na rede. Todas as provas de conhecimento zero são validadas por uma rede descentralizada de nós de validação, garantindo a segurança e resistência à censura do sistema, e gerando assinaturas para o nó Leader. Uma vez que a transação é assinada pelo número necessário de nós, ela pode ser transmitida na rede Bitcoin.

No design de Programabilidade do Bitcoin, RGB, RGB++ e Arch Network têm suas características distintas, mas todos continuam a abordagem de vincular UTXO. A característica de uso único do UTXO é mais adequada para contratos inteligentes que registram estados.

No entanto, essas soluções também apresentam algumas deficiências óbvias, principalmente em termos de experiência do usuário. Elas enfrentam problemas de atraso na confirmação e baixo desempenho, consistentes com o Bitcoin, especialmente nos casos do Arch e do RGB. Embora essas soluções tenham expandido as funcionalidades, não melhoraram significativamente o desempenho. O design do RGB++ oferece uma melhor experiência do usuário ao introduzir uma cadeia UTXO com melhor desempenho, mas ao mesmo tempo introduz suposições adicionais de segurança.

À medida que mais desenvolvedores se juntam à comunidade Bitcoin, veremos mais soluções inovadoras de escalabilidade, como a proposta de atualização op-cat que está em discussão ativa. É especialmente importante prestar atenção às soluções que se alinham com as propriedades nativas do Bitcoin. Sem atualizar a rede Bitcoin, o método de vinculação UTXO é a maneira mais eficaz de expandir a capacidade de programação do Bitcoin. Desde que consiga resolver eficazmente os problemas de experiência do usuário, isso trará um enorme avanço para o desenvolvimento de contratos inteligentes do Bitcoin.