BTC L2 故事新编,以 Rollup 为中心的设计原则
Written by: Zuo Ye
比特币扩容路线≠BTC L2.
我在新年伊始对 BTC L2 的技术路线进行了总结,主要分为 BTC 的Safety性和价值上行,以及 L2 交易执行和结果的下行两部分,随着时间的发展,短短三个月不到,BTC L2 已经来到近百的数量级,但是仍然有一些基本问题尚待厘清,定义问题首当其冲。
在比特币的发展史上,扩容路线长期存在三种实践,最底层的是主网升级,比如 SegWit 和 Taproot 两类,其次是链外扩容,比如客户端验证、闪电网络和侧链等诸多尝试,最后是直接分叉,比如狗狗币、BSV、BCH 等。
比特币扩容路线选择
由里到外,纷繁复杂,究竟什么是 BTC L2 众说纷纭,参考以太坊的发展史,我在此提出两个评判要点:
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L2 必须首先自己是一条链,能够独立完成运算、交易的各个环节,最终提交比特币进行结算;
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L2 的Safety完全由 L1 保障,L2 的底层价值由 BTC 来支撑,L2 Token不能干扰 BTC 的功能发挥。
按照这个标准,主网升级和分叉和 L2 概念无关,重点在于链外扩容路线究竟该如何分类,比如闪电网络是一个特殊的「通道」,本身很难说是一条公链,而侧链具备自己的安全共识和运作模式,安全性无法严格和比特币等效,但是 L2 应该就藏在其中,那么来继续划分。
BTC L2 = 闪电网络 + 侧链。
参考之前的标准,BTC L2 应该是闪电网络和侧链的一种混合产品,即像闪电网络一样完全依附于比特币主网,同时像侧链一样「独立于」比特币运作,取其精华,去二者糟粕。
如此一来,现有的 BTC L2 方案都需要进一步发展,尤其是考虑到 BTC 的 UTXO 机制和 Layer 2 依赖的智能contract机制无法严格协同运作的事实,即比特币无法实现对过往交易的撤销,需要 L2 自行解决或者引入链外更新或索引机制。
其次,L2 的独立性存在过强的问题,比如仅仅存储比特币交易的区块头信息作为 L2 对 L1 的同步证明,仅仅将结算信息存入比特币脚本作为 DA 方案,而根本不考虑之后的检索和确证问题。
BTC L2 的现状极易被浑水摸鱼,导致安全和信任危机,我认为,必须从 L2 为中心过渡到以 Rollup 为中心的全新阶段,即完全利用比特币主网的安全性,同时解决大规模计算问题。
BTC L2 ≠ Rollup。
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BTC 搭建 PoS 体系提供安全性,使用无许可的准入和销毁机制,区别于现有包裹资产体系。
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BTC 质押收益完全使用 BTC 作为计价币种,项目Token不能和 BTC 产生功能冲突。
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Rollup 计算层需要同时满足大规模和隐私需求,以加密技术对抗中心化倾向。
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Rollup 不能构建额外的 DA 层,严格使用比特币作为 DA 解决方案。
总结一下,理想中的 Rollup 应该是以 BTC 作为原生 Gas Fee 和质押奖励,利用 2WP 双挂钩机制实现跨链流通,1:1 锚定的映射资产 xBTC 流通于 BTC L2 和跨 L2 桥,隐私计算 + ZK 证明,可从源头和过程保证比特币使用者的完全匿名性和隐私性,项目Token参与 Rollup 运作,避免和 BTC 的角色冲突。
Rollup 像桥像链又像 L2
BTC Rollup 运作流程
首先要解放思想,PoW 底层 + PoS 上层是目前的最优解,质押收益来源依赖于底层价值支撑,工程组合取代技术创新,计较 ZK 还是 OP 没太大意义,结果存储不是 DA ,另外不必过度纠结中心化和去中心化的机制设计,没有任何方案能和比特币相提并论,即使是 ETH OP,真正的故障证明和回收机制也是「路线」或者「理论上」,目前或者长期来看依然会由项目方来控制。
因此,更合理的机制设计在于如何通过技术手段减少人为干预,并且保障项目长期稳健运行,在 ETH L2 中被称为强制提款和逃生舱设计,确保极端情况下项目停摆也能保证用户资金安全,对于 BTC Rollup,这里的难点是如何在发生故障时将映射资产退回比特币主网,以及如何在 Rollup 计算时保障隐私,在早期不那么去中心化之时。
首先讨论第一点,BTC 的映射资产,比如 WBTC 的各类去中心化版本,在 Rollup 上流通的同时要确保安全性,一方面,BTC 进入才能支撑 Rollup 的价值,另一方面,Rollup BTC 在发生故障时必须能转回主网。
现有的解决方案,基本都是跨链桥的各类变种,区别只在于是通信桥、资产桥还是中心化的桥,目前来看基本上很难再有新的解决方案,桥接资产是搭建 PoS 体系的第一步。
不过质押和质押收益还有创新空间,比如可以跳过 Lido 的发展阶段,直接使用 DVT 技术来搭建完整的去中心化质押体系,或者基于 BTC、WBTC 或者 BounceBit 发行的,基于exchange体系衍生出的再质押 BTC 搭建混合质押体系,以降低对危机时对 BTC 的安全冲击。
桥接和 DVT/ 混合质押之后,Rollup 的计算长期被人忽视,这里面的问题在于,Rollup 自己要能承担公链的数据吞吐、状态更新和结果存储,以及数据分发四个阶段或部分,可以分成两点去讨论,其一是效率,其二是隐私。
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效率容易理解,比如使用并行机制或并发机制,在度过早期的 FOMO 情绪后,比特币 Rollup 要和 ETH Rollup 比拼运行效率,而提速已经被 Solana 证明真的管用。
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隐私问题长期被人忽视,比特币的 PoW 机制导致其几乎无法被审查,但是 Rollup 在早期阶段,极易受到 ETH PoS 后的窘境,即某类节点遭受和迎合审查机制,这里的解决方案无法通过去中心化机制设计来实现,任何方案都无法和 BTC PoW 相提并论,必须寻求隐私计算的帮助。
最后是 DA 问题,也就是参考 ETH L2 和 Rollup 分野的评判标准,不使用主网作为 DA 方案的无法被称之为 Rollup,这涉及到最终的安全承诺,如果 L2/Rollup 主动放弃 L1 的安全保障,那么自然就该被剔除出去,由于 BTC 的独立机制,所以需要额外的补充设计。
DA 机制
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乐观验证和 Xiaobai NavigationZK 混合使用成为主流,指的是 Rollup 上的交易最终由主网进行确认,欺诈证明使用乐观机制,即先确认,后排障,时间满,即生效,而在证明生成上,可以使用 ZK 来大幅压缩数据,这一点在 BTC Rollup 上尤为重要,原因无他,比特币空间过于昂贵。
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铭文机制可在交易机制上发挥更大作用,在 ETH Rollup 上,欺诈证明一旦被挑战,并被以太坊所接受,主网会罚没提交者的质押资产,但是在 BTC Rollup 上,这种罚没必须在链外进行,因为比特币的脚本一旦被写入,则无法再次被更改,只能通过继续在新区块写入信息的形式完成更新,即只能 Update(更新),无法 Overwrite(覆写)。
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索引器网络实际上要承担交易更新的重任,必须被去中心化。
最终,我们可以完成整个 BTC Rollup 的机制设计,可以分为四步走,基本上都会沿着 xBTC—>质押 —>计算 —->DA 四步去搭建技术架构,这里的难点主要在于质押系统和映射资产的设计原则,以及链上计算的隐私问题和最终的 DA 设计。
此外,遵循项目代币不能和 BTC 发生冲突的原则,项目代币应该在 Rollup 之内发挥作用,比如 DVT 体系的搭建,索引器的去中心化维护,以及生态发展和治理体系上流转。
大图景:BTC L2 横评纵论
架构说明
如果以我划定的 Rollup 为标准,那么显然诸多项目方案无法被纳入讨论,因此将范围放宽,具备上述特征的都可被直观评述。
按照四步走的顺序,可以稍微比较一下目前主流的技术方案,需要注意的是,每一步都是环环相扣的,但是会默认前提已经存在不再赘述,比如桥接的下一步是质押,那么在论述质押时就不会再强调桥接的实现方式,依次递进。
从桥接资产出发,ZetaChain 和 Zeus Network 最符合标准,分别沟通比特币和 EVM 生态以及 Solana 生态,在具体实现上,二者略微有所区别。
ZetaChain 创造了和 ERC-20 类似的 ZRC-20 标准,BTC 可以 1:1 映射发行 zBTC 代币,同时,为突出全链 Omni 概念,zBTC 实际上存在内部兑换机制,不会实际传输到目标链之上,由此将 zBTC 变为所谓的全链资产,不过这种映射资产需要很强的机制设计,ZetaChian 通过使用观察者(observers)和签署者(signers)来监控比特币链上的交易和事件,并在 ZetaChain 上达成共识,从而实现与比特币等非智能contractBlockchain的交互。
理论上而言,ZetaChain 是全链跨链桥,不止于能沟通比特币和 EVM 生态,但是这里的重点是说明比特币等非智能contract公链如何接入 EVM 的过程,可以发现,ZetaChain 不仅是消息桥,同时也是资产桥。
而 Zeus Network 则强调自身是通信层而非跨链桥,在其机制设计上,它提供了一个标准化的接口,使得不同的Blockchain可以通过这个接口进行信息和价值的交换。
比如可以将 BTC 锁定在一个特定的比特币地址上,并在 Solana 上释放等值资产,而需要实际转移 BTC,并且在 Solana 进行智能合约操作,可以改变比特币网络上的行为。
可以发现,这更像是一种文字游戏的感觉,理论上确实不需要在两条链之间转移资产,但实际上你也无法真的将 BTC 转移至 Solana 网络上,桥接资产或信息,本质上都需要引入第三方来相互调用和通信,区别只在于介入程度的深浅。
当资产桥接之后,会出现质押体系,质押的意义在于模仿 ETH 网络的安全承诺,比如 Stake、LSDFI、Restake 和 LRTFi 等四类机制,其根本逻辑都在于质押确保主网安全,发行等效凭证参与 DeFi 赚取收益,区别在于「套娃」程度的不同。
在比特币的实践中,Merlin Chain 是质押系统的代表,BounceBit 是 LRTfi 的代表,但是核心都在于吸引用户将资产留存在自身体系之内,并不是单纯的存币生息,而是希望在保存安全性的同时,尽力扩展生态的边界,可用性时代逐步到来。
Merlin Chain 在暴力拉盘之外,机制上致力于生态发展,基于 L1 BTC 多签和 L2 智能合约体系,进而搭建出 L2 上的使用场景,比如 Merlin Swap、Merlin Starter 等众多生态,是目前的 Layer 2 中最会搞事情的,其和 ETH L2 ZKFair 师出同门,都是 Lumoz 的产品,其和 Cobo 合作搭建 L2 资管体系,目前 TVL 36 亿美元,基本上是最高的一档。
而 BounceBit 更进一步,或者说更退一步。
进步处在于 BounceBit 基于exchange去生产再质押资产,用户直接在Binance存入 BTC 并在 BNB Chain 兑换为包裹资产,并可参与 CeFi 和 DeFi 的交易活动,进一步而言,使用托管技术,BounceBit 可在保管比特币的同时发行 LRTfi 资产,进而搭建的 EVM 兼容体系可对接链上世界。
在整个网络运作中,CEX 和托管是运作的基础,而 BounceBit 的独特之处在于将锁定后的 BTC 再次流动性发行,投入资产增值的逻辑中,目前 TVL 7 亿美元,并且可将 BTC 或者自身代币存入质押网络,整体思路是运用更多中心化措施来降低 BTC 运转的风险。
更退一步在于这是 WBTC 的略微改进版本,甚至未经长期运行,其安全程度未必比得过 WBTC 的老字号。
接下来是链上计算环节,这里要解决两个问题,一个是排序器和排序器的去中心化,第二是兼容性和计算效率问题。
排序器的中心化是 ETH L2 上的痼疾,究其根本,使用中心化的排序器可以极大提高 L2 的运作效率,并可相当程度上防止 MEV 攻击,同时也有助于提升用户的交易体验,在这些好处之外,就是严重的中心化问题,会导致项目方成为事实上的运作实体。
B Network 则尝试使用自己的 BSQ 主网代币去构建去中心化排序器网络,实际上相当于搭建出一个激励网,需要结合提交者、证明者和挑战者等更多角色去维持运作,即用治理的复杂性去降低中心化程度。
在兼容性上,EVM 或者 SVM 的兼容性容易解决,但是 L2 之间的跨链则会更为复杂,而计算效率则需要大规模引入并行或并发等手段,目前没有特别明显的实践项目。
另外是链上计算的隐私保护,目前虽然有使用 ZK-Rollup 的方案,但是主要是用于压缩数据,更多发生在 DA 的数据发布上,专门针对计算过程的隐私保护方案还没有很明显的项目。
最后是 DA 的数据发布方式,这个需要和 ZK 机制结合来论述,和 ETH L2 不同,BTC L2 使用 ZK 主要是压缩数据,比如 Bitlayer 即是如此。
Bitlayer 在执行上使用乐观验证机制降低复杂度,使用 ZK 压缩数据,并通过类似铭文的形势写入数据。具体而言是假设交易批次默认有效,除非有证据证明其无效。这样,交易可以在链下快速处理,并通过压缩格式提交到比特币网络,减少数据负载和成本。如果发现欺诈行为,参与者可以发起挑战,触发状态回滚和惩罚恶意行为者,确保系统安全。
但是如何基于比特币去建构状态回滚可能并没有那么简单,仍需要长期探索。
Conclusion
从比特币扩容方案出发,尝试去勾勒比特币版的以 Rollup 为中心该长什么样,核心在于确保 BTC 的价值和安全性能迁移至 Rollup 之上,并且需要和现有的包裹资产方案区别开,在具体实现上,基于桥接资产和质押体系的方案成为共同选择,但是在如何确保去中心化和发挥 BTC、主网代币的作用上,仍然处于模糊地带。
但是 Rollup 为中心路线目前仍然是最完备的,相较于基于 UTXO 机制或者客户端验证方案都更为成熟,在中间的链上环节上,隐私计算和排序器去中心化是两个要点,在最终的 DA 上,铭文已经提供了较为成熟的借鉴思路,唯一的难点是成本问题。
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