Phân tích giải pháp mở rộng khả năng lập trình của hệ sinh thái Bitcoin

Bitcoin là blockchain có tính thanh khoản cao nhất và độ an toàn mạnh mẽ nhất, gần đây đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà phát triển. Với sự phát triển của công nghệ khắc, khả năng lập trình và vấn đề mở rộng của Bitcoin đã trở thành chủ đề nóng. Các nhà phát triển đang khám phá nhiều giải pháp đổi mới, chẳng hạn như chứng minh không kiến thức, khả năng sử dụng dữ liệu, chuỗi bên, rollup và restaking, để thúc đẩy sự phát triển hơn nữa của hệ sinh thái Bitcoin.

Tuy nhiên, nhiều giải pháp mở rộng hiện có đã tham khảo kinh nghiệm từ các nền tảng hợp đồng thông minh như Ethereum, thường phải phụ thuộc vào cầu nối chuỗi trung tâm hóa, điều này có thể trở thành điểm rủi ro tiềm ẩn của hệ thống. Ngược lại, các giải pháp được thiết kế thực sự dựa trên các đặc tính của Bitcoin thì tương đối ít, điều này phần nào liên quan đến môi trường phát triển tương đối phức tạp của Bitcoin. Bitcoin phải đối mặt với một số hạn chế chính:

1. Để đảm bảo tính an toàn, ngôn ngữ kịch bản của Bitcoin đã giới hạn khả năng lập trình, khiến cho việc thực hiện các hợp đồng thông minh phức tạp trở nên khó khăn.
2. Cấu trúc lưu trữ blockchain của Bitcoin chủ yếu được thiết kế cho các giao dịch đơn giản, không phù hợp để lưu trữ và xử lý các hợp đồng thông minh phức tạp.
3. Bitcoin thiếu máy ảo chuyên dụng để chạy hợp đồng thông minh.

Mặc dù vậy, mạng Bitcoin trong những năm gần đây cũng đang liên tục cải tiến. Cập nhật SegWit vào năm 2017 đã tăng giới hạn kích thước khối; cập nhật Taproot vào năm 2021 đã tối ưu hóa quá trình xác minh chữ ký, hỗ trợ các chức năng như trao đổi nguyên tử, ví đa chữ ký và thanh toán có điều kiện. Những cập nhật này đã tạo ra nhiều khả năng hơn cho khả năng lập trình của Bitcoin.

Năm 2022, nhà phát triển Casey Rodarmor đã đề xuất "Thuyết Ordinal" mở ra con đường mới cho việc nhúng dữ liệu trên chuỗi Bitcoin, điều này cung cấp những ý tưởng mới cho các ứng dụng cần truy cập và xác minh dữ liệu trạng thái.

Hiện tại, hầu hết các dự án nâng cao khả năng lập trình Bitcoin đều được xây dựng trên mạng lớp hai (L2). Cách tiếp cận này yêu cầu người dùng tin tưởng vào cầu nối chuỗi chéo, trở thành rào cản chính trong việc thu hút người dùng và thanh khoản cho các giải pháp L2. Ngoài ra, Bitcoin thiếu máy ảo gốc hoặc khả năng lập trình, khó có thể thực hiện giao tiếp liền mạch giữa L2 và L1 mà không tăng thêm giả định tin cậy.

Trong bối cảnh này, các dự án như RGB, RGB++ và Arch Network cố gắng tăng cường khả năng lập trình của Bitcoin từ các đặc tính bản địa của nó thông qua các phương pháp khác nhau, nhằm hỗ trợ hợp đồng thông minh và giao dịch phức tạp:

1. RGB áp dụng giải pháp hợp đồng thông minh xác thực khách hàng ngoài chuỗi, ghi lại sự thay đổi trạng thái hợp đồng trong UTXO của Bitcoin. Phương pháp này mặc dù có một số lợi thế về bảo vệ quyền riêng tư, nhưng lại phức tạp trong việc thực hiện và hợp đồng thiếu khả năng kết hợp, hiện tại phát triển tương đối chậm.

2. RGB++ là giải pháp mở rộng được Nervos phát triển dựa trên ý tưởng RGB. Nó cũng dựa trên việc ràng buộc UTXO, nhưng thông qua việc sử dụng chính blockchain như một trình xác thực khách hàng có đồng thuận, cung cấp một giải pháp tài sản siêu dữ liệu liên chuỗi, và hỗ trợ việc chuyển giao tài sản trên bất kỳ chuỗi có cấu trúc UTXO nào.

3. Arch Network cung cấp một giải pháp hợp đồng thông minh gốc cho Bitcoin. Nó tạo ra một máy ảo không biết và mạng nút xác thực tương ứng, thông qua việc tổng hợp giao dịch để ghi lại sự thay đổi trạng thái và giai đoạn tài sản trong giao dịch Bitcoin.

Cơ chế RGB áp dụng phương thức xác thực ngoài chuỗi, chuyển việc xác thực chuyển token từ lớp đồng thuận Bitcoin sang ngoài chuỗi, do các khách hàng liên quan đến giao dịch cụ thể thực hiện xác thực. Phương thức này giảm nhu cầu phát sóng toàn mạng, nâng cao quyền riêng tư và hiệu quả. Tuy nhiên, cơ chế tăng cường quyền riêng tư này cũng mang lại một số thách thức. Mặc dù chỉ có các nút liên quan đến giao dịch cụ thể tham gia xác thực có thể nâng cao bảo vệ quyền riêng tư, nhưng cũng khiến cho bên thứ ba khó theo dõi giao dịch, làm cho quá trình hoạt động thực tế trở nên phức tạp, độ khó phát triển tăng lên và trải nghiệm người dùng bị ảnh hưởng.

RGB đã giới thiệu khái niệm niêm phong sử dụng một lần, mỗi UTXO chỉ có thể được chi tiêu một lần, tương đương với việc khóa tại thời điểm tạo UTXO và mở khóa khi chi tiêu. Trạng thái của hợp đồng thông minh được đóng gói thông qua UTXO và được quản lý bởi niêm phong, cung cấp một cơ chế quản lý trạng thái hiệu quả.

RGB++ là một giải pháp mở rộng khác dựa trên tư tưởng RGB, cũng dựa trên UTXO. Nó sử dụng chuỗi UTXO có khả năng lập trình (như CKB hoặc các chuỗi khác) để xử lý dữ liệu ngoài chuỗi và hợp đồng thông minh, nâng cao khả năng lập trình của Bitcoin, và đảm bảo tính an toàn thông qua việc liên kết đồng nhất với BTC.

RGB++ sử dụng chuỗi UTXO hoàn chỉnh Turing làm chuỗi bóng, có khả năng thực hiện các hợp đồng thông minh phức tạp và gắn kết với UTXO của Bitcoin, tăng cường tính linh hoạt lập trình của hệ thống. UTXO của Bitcoin và UTXO của chuỗi bóng được gắn kết đồng cấu, đảm bảo tính nhất quán về trạng thái và tài sản giữa hai chuỗi, từ đó đảm bảo tính an toàn của giao dịch.

RGB++ mở rộng đến tất cả các chuỗi UTXO hoàn chỉnh Turing, không còn hạn chế ở một chuỗi duy nhất, nâng cao khả năng tương tác giữa các chuỗi và tính thanh khoản của tài sản. Sự hỗ trợ đa chuỗi này cho phép RGB++ kết hợp với bất kỳ chuỗi UTXO hoàn chỉnh Turing nào, tăng cường tính linh hoạt của hệ thống. Đồng thời, RGB++ thực hiện việc liên kết đồng cấu UTXO để thực hiện trao đổi xuyên chuỗi không cần cầu, tránh vấn đề "tiền giả" mà cầu xuyên chuỗi truyền thống có thể mang lại, đảm bảo tính xác thực và sự nhất quán của tài sản.

Thông qua chuỗi bóng để thực hiện xác thực trên chuỗi, RGB++ đã đơn giản hóa quá trình xác thực của khách hàng. Người dùng chỉ cần kiểm tra các giao dịch liên quan trên chuỗi bóng để xác minh xem việc tính toán trạng thái của RGB++ có đúng hay không. Phương pháp xác thực trên chuỗi này không chỉ đơn giản hóa quá trình xác thực mà còn tối ưu hóa trải nghiệm người dùng. Nhờ vào việc sử dụng chuỗi bóng có khả năng lập trình, RGB++ đã tránh được việc quản lý UTXO phức tạp của RGB, cung cấp một trải nghiệm đơn giản hơn và thân thiện với người dùng.

Mạng Arch chủ yếu bao gồm Arch zkVM và mạng nút xác thực Arch, sử dụng chứng minh không biết để đảm bảo an toàn và quyền riêng tư cho hợp đồng thông minh, dễ sử dụng hơn RGB và không cần phải phụ thuộc vào một chuỗi UTXO khác để thực hiện việc liên kết như RGB++.

Arch zkVM sử dụng RISC Zero ZKVM để thực hiện hợp đồng thông minh và tạo ra chứng minh không kiến thức, được xác minh bởi mạng lưới nút xác minh phi tập trung. Hệ thống này hoạt động dựa trên mô hình UTXO, đóng gói trạng thái hợp đồng thông minh trong các State UTXOs để nâng cao độ an toàn và hiệu quả. Asset UTXOs được sử dụng để đại diện cho Bitcoin hoặc các mã thông báo khác và có thể được quản lý thông qua hình thức ủy quyền.

Mạng Arch xác thực nội dung ZKVM thông qua các nút leader được chọn ngẫu nhiên và sử dụng giải pháp ký FROST để tổng hợp chữ ký của các nút, cuối cùng phát sóng giao dịch đến mạng Bitcoin. Arch zkVM cung cấp cho Bitcoin một máy ảo Turing đầy đủ, có khả năng thực hiện các hợp đồng thông minh phức tạp. Mỗi lần thực thi hợp đồng thông minh, Arch zkVM sẽ tạo ra bằng chứng không biết để xác thực tính đúng đắn của hợp đồng và sự thay đổi trạng thái.

Arch cũng sử dụng mô hình UTXO của Bitcoin, trạng thái và tài sản được đóng gói trong UTXO, thông qua khái niệm sử dụng một lần để thực hiện chuyển đổi trạng thái. Dữ liệu trạng thái của hợp đồng thông minh được ghi lại dưới dạng state UTXOs, trong khi tài sản dữ liệu gốc được ghi lại dưới dạng Asset UTXOs. Arch đảm bảo mỗi UTXO chỉ có thể được chi tiêu một lần, từ đó cung cấp quản lý trạng thái an toàn.

Mặc dù Arch không có cấu trúc blockchain đổi mới, nhưng nó cũng cần một mạng lưới nút xác minh. Trong mỗi Kỷ nguyên Arch, hệ thống sẽ ngẫu nhiên chọn một nút Leader dựa trên quyền sở hữu, có trách nhiệm truyền bá thông tin nhận được đến tất cả các nút xác minh khác trong mạng. Tất cả các chứng minh không biết đều được mạng lưới nút xác minh phi tập trung xác minh, đảm bảo tính an toàn và khả năng chống kiểm duyệt của hệ thống, và tạo chữ ký cho nút Leader. Khi giao dịch được ký bởi số lượng nút cần thiết, nó có thể được phát sóng trên mạng Bitcoin.

Trong thiết kế khả năng lập trình của Bitcoin, RGB, RGB++ và Arch Network đều có những đặc điểm riêng, nhưng đều tiếp tục theo hướng liên kết UTXO. Đặc điểm sử dụng một lần của UTXO phù hợp hơn cho hợp đồng thông minh trong việc ghi lại trạng thái.

Tuy nhiên, những giải pháp này cũng có một số nhược điểm rõ ràng, chủ yếu thể hiện ở khía cạnh trải nghiệm người dùng. Chúng gặp phải vấn đề độ trễ xác nhận và hiệu suất thấp tương tự như Bitcoin, đặc biệt là nổi bật hơn ở Arch và RGB. Mặc dù những giải pháp này mở rộng chức năng, nhưng không cải thiện đáng kể hiệu suất. Thiết kế của RGB++ đã cung cấp trải nghiệm người dùng tốt hơn bằng cách giới thiệu chuỗi UTXO có hiệu suất cao hơn, nhưng đồng thời cũng đưa ra các giả định về an ninh bổ sung.

Khi ngày càng nhiều nhà phát triển tham gia vào cộng đồng Bitcoin, chúng ta sẽ thấy nhiều giải pháp mở rộng sáng tạo hơn, chẳng hạn như đề xuất nâng cấp op-cat đang được thảo luận tích cực. Đặc biệt đáng chú ý là những giải pháp phù hợp với các thuộc tính bản địa của Bitcoin. Trong điều kiện không nâng cấp mạng lưới Bitcoin, phương pháp ràng buộc UTXO là cách hiệu quả nhất để mở rộng khả năng lập trình của Bitcoin. Chỉ cần có thể giải quyết hiệu quả các vấn đề về trải nghiệm người dùng, điều này sẽ mang lại bước đột phá lớn cho sự phát triển của hợp đồng thông minh Bitcoin.