原文標題：《Aqua Labs Research | 從Colored Coins 到Smart Contracts, 比特幣生態系技術演進的全面分析》

原文來源：Aqua Labs Research

比特幣作為第一種成功的去中心化數位貨幣，自2009 年誕生以來一直處於加密貨幣領域的核心。作為一種創新的支付手段和價值儲存工具，比特幣引發了全球範圍內對加密貨幣和區塊鏈技術的廣泛關注。然而，隨著比特幣生態系統的不斷成熟和擴展，它面臨著各種挑戰，包括交易速度、可擴展性、安全性和監管問題。

最近，由 BRC20 主導的腳本生態系統風靡市場，各種腳本經歷了一百倍以上的成長。比特幣的鏈上交易嚴重擁堵，平均 Gas 達到了 300 sat/vB 以上。同時，來自 Nostr Assets 的空投進一步吸引了市場關注，而像 BitVM 和 BitStream 這樣的協議設計白皮書的提出表明比特幣生態系統具有蓬勃的潛力。

Aqua Labs 研究團隊透過對比特幣生態系統的當前狀態進行全面審查，涵蓋技術進步、市場動態、法規等方面，對比特幣技術進行深入分析並研究市場趨勢。我們旨在提供對比特幣發展的全景視角。文章首先回顧比特幣的基本原則和發展歷史，然後深入探討比特幣網路的技術創新，如閃電網路和隔離見證，並對其未來發展趨勢進行預測。

資產發行：從Colored Coins 開始

腳本生態系的本質在於為普通個體提供低門檻的資產發行權，伴隨著簡單、公平和便利。腳本協議在比特幣上的出現可以追溯到 2023 年，但早在 2012 年，就已經存在了利用比特幣進行資產發行的概念，被稱為 Colored Coins。

Colored Coins: 早期嘗試

Colored Coins 是指一組利用比特幣系統記錄除比特幣以外資產的創建、所有權和轉移的技術。這項技術可用於追蹤第三方持有的數位資產和有形資產，透過 Colored Coins 促進所有權交易。術語「Colored 」指的是向比特幣的未使用交易輸出（UTXOs）添加特定訊息，使其與其他比特幣的 UTXOs 有所區別，從而在同質比特幣中引入異質性。透過 Colored Coins 技術，發行的資產具有與比特幣相同的許多特性，包括防止雙重花費、隱私、安全、透明度和抗審查性，確保交易的可靠性。

值得注意的是，Colored Coins 定義的協定並未由典型的比特幣軟體實作。需要專門的軟體來識別與 Colored Coins 相關的交易。顯然，只有在承認 Colored Coins 協議的社群中，Colored Coins 才有價值；否則，異質 Colored Coins 的有色屬性將喪失，回歸為純粹的聰。一方面，被小規模社群認可的 Colored Coins 可以利用比特幣的許多優勢進行資產發行和流通。另一方面，透過軟分叉將 Colored Coins 協議合併到最大的共識比特幣核心軟體中幾乎是不可能的。

開放資產

在2013 年末，弗拉維安‧夏爾隆（Flavien Charlon）推出了開放資產協議作為Colored Coins 的一種實現方式。資產發行者使用非對稱加密來計算資產 ID，確保只有擁有資產 ID 私鑰的使用者才能發行相同的資產。對於資產元數據，使用 OP_RETURN 操作碼將元資料儲存在腳本中，稱為「標記輸出」（marker output），該輸出儲存有色資訊而不會污染 UTXOs。由於它利用了比特幣的公鑰私鑰加密工具，因此可以透過多重簽章機制執行資產發行。

EPOBC

2014 年，ChromaWay推出了EPOBC 協議，全稱為Enhanced, Padded, Order-Based Coloring（增強型、填充式、基於順序的著色）。該協議包括兩種操作：創始和轉移。創始作業用於發行資產，而轉移操作則促進資產的轉移。資產類型無法明確編碼或區分，每個創始交易都會發行新資產，在發行過程中確定其總數。 EPOBC 資產必須使用轉移操作進行轉移，如果將 EPOBC 資產用作非轉移操作交易中的輸入，則該資產將遺失。

有關 EPOBC 資產的其他資訊儲存在比特幣交易的 nSequence 欄位中。 nSequence 字段是比特幣交易中的保留字段，由 32 位元組成。其最低的六位用於確定交易類型，而第 6 至 12 位元用於填充，以滿足比特幣協議的反塵攻擊要求。使用 nSequence 欄位儲存元資料資訊的優點在於不需要額外的儲存空間。由於沒有資產 ID 進行識別，涉及 EPOBC 資產的每個交易都必須追溯到創始交易，以確定其類別和合法性。

Mastercoin/Omni Layer

與前述的協議相比，Mastercoin 在商業實施方面取得了更為成功的成果。 2013 年，Mastercoin 進行了有史以來第一次 ICO，籌集了 5000 BTC，開啟了一個新時代。廣受知名的 USDT 最初是在比特幣區塊鏈上發行的，透過 Omni Layer 引入。

Mastercoin 對比特幣的依賴程度較低，選擇在鏈外維護其大部分狀態，僅在鏈上儲存最少量的資訊。 Mastercoin 本質上將比特幣視為分散式日誌系統，利用任何比特幣交易來廣播資產操作的變化。交易有效性的驗證涉及不斷掃描比特幣區塊鏈並維護鏈外資產資料庫。該資料庫保留了地址與資產之間的映射關係，地址重用了比特幣地址系統。

早期的Colored Coins 主要使用腳本中的OP_RETURN 操作碼來儲存有關資產的元資料。在 SegWit 和 Taproot 升級之後，新的衍生協定有更多選擇。

SegWit，即隔離見證，主要是將見證（交易輸入腳本）從交易中分離出來。這種分離的主要原因是防止透過修改輸入腳本進行攻擊。然而，它也帶來一個好處：有效增加區塊容量，允許更多的見證資料儲存。

Taproot 引入了一個重要的功能，稱為 MAST，使開發人員能夠使用 Merkle 樹在輸出中包含任何資產的元資料。它利用 Schnorr 簽名增強了可替代性和可擴展性，並透過閃電網路支援多跳交易。

序數和BRC20 以及模擬交易：一場宏偉的社會實驗 

廣義上，序數由四個組成部分構成

·用於對sats 進行排序的BIP

< p>·使用比特幣核心節點追蹤所有satoshi 位置（序數）的索引器

·處理與序數相關的交易的錢包

·用來辨識與序數相關交易的區塊瀏覽器

當然，核心是BIP/協定本身。序數定義了一種排序方案（從 0 開始，基於它們被挖掘的順序），為比特幣中的最小單位 Satoshis 分配數字。這為原本同質的 Satoshis 引入了異質性，引入了稀缺性。

它可以重複使用BTC 的基礎設施，包括單一簽名、多重簽章、時間鎖定、高度鎖定等，無需明確建立序數。它提供了良好的匿名性，並且不留下明確的鏈上足跡。然而，缺點也是顯而易見的，因為大量的小額未使用的 UTXO 可能會增加 UTXO 集合的大小，潛在地導致所謂的灰塵攻擊。此外，索引佔用的空間很大，每次花費特定的satoshi 都需要特定的資訊：

·區塊鏈頭部

·到創建該satoshi 的coinbase 交易的默克爾路徑

·創建該satoshi 的coinbase 交易

為了證明特定的satoshi 包含在特定的輸出中。

在這個上下文中，銘刻是將任意內容刻在 sats 上。具體的方法涉及將內容放置到 Taproot 腳本路徑支出腳本中，完全在鏈上。銘刻的內容依照 HTTP 回應格式進行序列化，推送到支出腳本中的不可執行腳本，稱為「信封」。具體而言，銘刻涉及在條件語句之前加上 OP_FALSE，將銘刻的內容放置在以 JSON 格式呈現的不可執行條件語句中。銘刻內容的大小由 Taproot 腳本限制，總計不超過 520 位元組。

由於 Taproot 支出腳本要求存在的 Taproot 輸出進行支出，銘刻需要兩個步驟：承諾和揭示。在第一步驟中，創建了一個承諾銘刻內容的 Taproot 輸出。在第二步驟中，使用銘刻內容和相應的 Merkle 路徑來支出前一步中的 Taproot 輸出，從而在鏈上揭示銘刻內容。

銘刻最初的目的是將非同質代幣（NFTs）引入比特幣。然而，新的開發者創建了 BRC20，在其基礎上模擬了 ERC20，使得能夠在序數中發行同質資產。 BRC20 包括 Deploy、Mint、Transfer 等操作，每個操作都需要承諾和揭示兩個步驟。交易過程更為複雜，成本更高。

以實際資料為例：

>所選部分是銘刻的內容，反序列化後的結果如下：

協議的目標是透過將每個ARC20 代幣單位綁定到satoshi 來簡化交易，重複使用比特幣交易系統。透過承諾和揭示步驟發行資產後，ARC20 代幣之間的轉移可以透過直接轉移相應的 satoshi 來實現。 ARC20 的設計更符合有色硬幣的字面定義——為現有代幣添加新內容以創建新代幣，其中新代幣的價值不低於原始代幣，類似於黃金和白銀首飾。

客戶端驗證（CSV）和下一代資產協議

客戶端驗證，由Peter Todd 於2017 年提出，涉及鏈下資料儲存、鏈上承諾和用戶端驗證。目前支援客戶端驗證的資產協定包括 RGB 和 Taproot 資產（Taro）。

RGB

除了客戶端驗證之外，RGB 使用Pedersen 雜湊作為承諾機制，並支援輸出脫敏。在請求支付時，接收代幣的 UTXO 無需公開披露；相反，發送哈希值，增強了隱私和抗審查性。在支出代幣時，需要向收款方揭示脫敏值以驗證交易歷史。

此外，RGB 引入了 AluVM 以增加可程式性。在客戶端驗證期間，使用者不僅驗證傳入的支付訊息，還從支付方接收所有的交易歷史，追溯到資產的創世交易以獲得最終確定性。驗證所有交易歷史確保接收到的資產的有效性。

Taproot 資產

由閃電實驗室開發，Taproot 資產實現了在閃電網路上即時、高頻、低成本地轉移已發行資產。完全圍繞 Taproot 協議設計，提升了隱私和可擴展性。

見證資料儲存在鏈下，鏈上進行驗證，可以存在於本地或稱為「宇宙」（類似Git 倉庫）的資訊儲存庫中。見證驗證需要資產發行的所有歷史數據，透過 Taproot 資產八卦層傳播。客戶端可以使用本地區塊鏈副本進行交叉驗證。

Taproot 資產使用稀疏 Merkle Sum Tree 儲存資產的全域狀態，帶來了較高的儲存成本，但提供了高效的驗證。包含/不包含的證明允許在不回溯資產交易歷史的情況下驗證交易。

可擴展性：比特幣的永恆主張

儘管比特幣擁有最高的市值、安全性和穩定性，但它偏離了最初構想的「點對點的電子現金系統」的願景。有限的區塊容量使比特幣無法處理大量和頻繁的交易，因此在過去的十年中出現了各種協議來解決這個問題。

支付通道與閃電網路：比特幣的正統解決方案

閃電網路透過建立支付通道來運作。使用者可以在任兩方之間建立支付通道，連接通道以形成更廣泛的支付通道網絡，甚至在沒有直接通道的情況下間接地進行使用者之間的支付。例如，如果 Alice 和 Bob 希望進行多筆交易而不在比特幣區塊鏈上記錄每一筆，他們可以在它們之間打開一個支付通道。他們可以在此通道內執行多筆交易，只需要兩次區塊鏈記錄：一次是在打開通道時，另一次是在關閉通道時。這顯著減少了等待區塊鏈確認的時間，並減輕了對區塊鏈的負擔。

目前，閃電網路擁有超過 14,000 個節點、60,000 個通道和總容量超過 5000 BTC。

側鏈：比特幣中的以太坊方法

Stacks

Stacks 定位自己為比特幣的智慧合約層，使用其本地代幣作為Gas 代幣。 Stacks 採用微塊機制，與比特幣同步演進，它們的區塊同時得到確認。在 Stacks 中，這被稱為「錨定區塊」（anchored block）。每個 Stacks 事務區塊對應於一筆比特幣交易，以實現更高的交易吞吐量。由於區塊同時生成，比特幣充當創建 Stacks 區塊的速率限制器，防止對其對等網路進行拒絕服務攻擊。

Stacks 透過轉移證明（PoX）的雙螺旋機制實現共識。礦工將 BTC 發送到 STX 持有者以爭奪挖掘區塊的權利，成功挖掘區塊後，成功的礦工將獲得 STX 獎勵。在這個過程中，STX 持有者收到礦工發送的 BTC 的相應比例。 Stacks 旨在透過發行本地代幣來激勵礦工維護歷史總賬，儘管在沒有本地代幣的情況下仍然可以實現激勵（正如在 RSK 中所見）。

對於Stacks 區塊鏈中的交易數據，交易數據的哈希值被儲存在比特幣交易在腳本中，使用了OP_RETURN 字節碼。透過 Clarity 的內建功能，Stacks 節點可以檢索儲存在比特幣交易中的 Stacks 交易資料哈希。

Stacks 可以被視為比特幣的幾乎第二層鏈；然而，在跨國資產移動方面仍存在一些缺陷。在 Nakamoto 升級之後，Stacks 支援發送比特幣交易以完成資產的轉移，但由於交易的複雜性，這些交易無法在比特幣鏈上驗證。資產的轉移只能透過多重簽名委員會進行驗證。

RSK

RSK 利用了一種合併挖礦的演算法，比特幣礦工可以幾乎零成本地協助RSK 進行區塊生產，並獲得額外的獎勵。 RSK 沒有本地代幣，繼續使用 BTC（RBTC）作為 Gas Token。 RSK 擁有與以太坊虛擬機器（EVM）相容的執行引擎。

Liquid

< p>Liquid 是比特幣的聯邦側鏈，具有受控的節點訪問權限，由負責區塊生產的15 個成員監督。資產使用鎖定和鑄造機制進行轉移，其中資產通過使用BTC 發送到Liquid 上的多重簽署位址，使資產能夠進入Liquid 側鏈。要退出，L-BTC 被發送到Liquid 鏈上的多重簽名位址。多重簽名位址的安全性設定為15 中的11。

Liquid 專注於金融應用，並為開發人員提供與金融服務相關的軟體開發工具包（SDK）。Liquid 網路上的總鎖定價值（TVL）目前約為3000 BTC。

Nostr Assets: 加強的集中化

Nostr Assets，最初命名為NostrSwap，是一個BRC20 交易平台。於2023 年8 月3 日昇級為Nostr Assets 協議，支援在Nostr 生態系統內的所有資產的轉移。閃電網路處理資產結算和安全性。Nostr Assets使用戶能夠使用Nostr 的公鑰和私鑰發送和接收閃電網路資產。Nostr Assets 協議上的交易，除了存款和提款之外，是無Gas、加密的，並使用IPFS 儲存在Nostr 協議中繼上，以實現快速高效的訪問。它支持自然語言交互，消除了對複雜界面的需求。Nostr Assets 為用戶提供了一種簡單便捷的方式來轉移和交易資產，在與Nostr 社交協議的流量效應相結合時，有可能發現在某些領域具有重要的應用。然而，從根本上說，它是使用Nostr 訊息控制（託管）錢包的方法。用戶透過在閃電網路上轉移資產將其存入Nostr Assets 中繼，類似於將資產存入集中交易所。當使用者想要在 Nostr Assets 內轉移和交易資產時，他們會向伺服器發送使用 Nostr 金鑰簽署的訊息。經過驗證後，伺服器在內部記錄交易，繞過在閃電網路或主網路上執行，實現零 Gas 費用和高 TPS。

BitVM：可程式性和無限擴展

     「任何可計算的函數都可以在比特幣上進行驗證。」

     —BitVM 的創始人Robin Linus

BitVM 由ZeroSync 的創始人Robin Linus 提出，利用現有的比特幣OP Codes（OP_BOOLEAN，OP_NOT）來建構AND 和NOT 閘電路，將程序分解為基本的AND 和NOT 閘電路。它將花費腳本的根放入 Taproot 交易中，以實現低成本的鏈上儲存。根據計算理論，所有邏輯計算都可以使用 AND 和 NOT 閘電路構建，從理論上講，BitVM 是圖靈完備的，可以在比特幣上執行所有計算。然而，實際上存在許多限制。

BitVM 以 P2P 模式運作，遵循 OP Rollup 的概念。有兩種角色：證明者和驗證者。在每個交易中，證明者和驗證者共同建立交易，並存入抵押。證明者提供結果，如果驗證者計算出不同的結果，他們會向鏈提交欺詐證據，以懲罰證明者。 BitVM 的主要用例是用於最小信任橋樑和 ZKP 擴充（ZK Rollup）。 BitVM 的提案是一種妥協，因為在比特幣社群中獲得增加 OP_CODE 複雜性的支援難度較高。它利用現有的 OP_CODEs 來實現新功能。

BitVM 引入了一個新的擴展範式，但在實踐中存在許多挑戰:

- 過早：雖然EVM 具有全面的虛擬機架構，但BitVM 只有一個函數，用於驗證字串是否為0 或1.

- 儲存開銷：使用NAND 閘建立程式可能需要數百兆位元組的數據，具有數十億的Taproot 葉子.

< p>

- P2P：目前模型涉及兩方之間的交互，證明者-挑戰者結構存在激勵問題。有考慮擴展到1-N 或N-N，類似於理想的OP Rollup（單方誠實假設）.

在討論了BitVM 之後，我們可以將焦點轉移到一站式BRC20 工具解決方案。

一站式BRC20 工具解決方案

1.公平啟動

BRC20 領域中眾多的資產可能令人不知所措，因此對使用者來說，有效的管理至關重要。因此，一站式 BRC20 工具透過以低 Gas 方式快速為使用者取得有價值的銘文，從而實現了對 BRC 資產更公平的啟動，從而受到了歡迎。

2.解鎖流動性：創新簽章解決方案打破了BRC 資產流動性瓶頸

由於BRC 資產的獨特性質，流動性一直是整個產業面臨的挑戰。一站式 BRC20 工具透過其創新的簽名解決方案，成功地透過交換完成了 BRC 資產的交易，為用戶提供了更靈活、高效的解決方案，有效地解鎖了流動性。

3.公平銷售：解決發行難題

一站式BRC20 工具不僅促進了一鍵發布銘文和批量轉銘文，而且通過迅速鎖定銘文並以低Gas 完成鏈上流程的銘文，解決了行業痛點。所有這些努力都旨在為用戶提供更公平、更有效率的銷售體驗。

 結論

對文本的全面審查表明，由於比特幣主網在處理和計算能力方面存在限制，比特幣必須將計算移至鏈下，以促進更繁榮和多樣化的生態系統。目前，有兩種主要解決方案：

一方面，鏈下計算和客戶端驗證解決方案利用比特幣交易中的某些字段存儲關鍵信息，將比特幣主網視為分散式日誌系統，以確保關鍵資料的可用性，類似於Sovereign Rollups。雖然這種方法不需要修改比特幣的協議層並提供了更高的可行性，但它無法完全繼承比特幣的安全性。

另一方面，一些團隊正在致力於鏈上驗證，試圖使用現有工具在比特幣上實現任意計算，並透過零知識證明技術實現高效擴充。然而，這些解決方案仍處於早期階段，計算成本高，短期內不太可能實施。

在這個背景下，一站式 BRC 工具成為一個值得注意的解決方案。透過提供一種低 Gas 方法迅速獲取有效銘文，促進 BRC 資產的公平啟動，並透過創新的簽名方案解決流動性挑戰和公平銷售，一站式 BRC 工具在當前生態系統中展示了其價值。儘管比特幣生態系統面臨技術挑戰，但一站式 BRC 工具為用戶提供了更靈活、高效的交易體驗，為比特幣的發展提供了獨特的解決方案。

當然，有些人可能會想知道為什麼不轉向以太坊，因為以太坊和其他區塊鏈與比特幣一樣具有強大的運算能力。為什麼要在比特幣上重新實現交易的過程呢？

因為它是比特幣。

參考資料：

https://wizardforcel.gitbooks.io/masterbitcoin2cn/content/appdx8.html

https://github.com/chromaway/ngcccbase/wiki/EPOBC_simple

< a href="https://github.com/OpenAssets/open-assets-protocol/blob/master/specification.mediawiki" rel="noopener noreferrer" target="_blank">https://github.com/OpenAssets/ open-assets-protocol/blob/master/specification.mediawiki

https://twitter.com/LNstats

https://twitter.com/robin_linus/status/1723472140270174528

https://github.com/fiksn/bitvm-explained

https://bitcoinmagazine.com/technical/the-big- deal-with-bitvm-arbitrary-computation-now-possible-on-bitcoin-without-a-fork

https://mirror.xyz/0x5CCF44ACd0D19a97ad5aF0da492AC0388469DfE9/19a97ad5aF0da492AC0388469DfE9/19a96I7aF0da492AC0388469DfE9/_pyBW247 月

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