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詳解原生比特幣Layer 2網路LumiBit

閱讀本文需 17 分鐘
LumiBit指出了比特幣L2未來發展的可能方向之一,同時也描述未來比特幣生態可能達到的場景,具備全鏈生態和互通性。

15 年前,中本聰發表了比特幣白皮書,並將區塊大小限制在 1MB。直到今天,區塊大小仍舊是開發者熱議的話題。區塊大小限制了每個區塊能夠容納的交易數據的上限,隨著比特幣的應用範圍擴大,網路交易頻繁擁塞、確認交易時長增加、交易費用上升等情況時有發生。


為解決這些問題,社區提出了不同的擴容方案。有認為應該增加區塊大小,也有主張優化區塊結構,也有覺得應該採用側鏈等技術的。當然,這些方案都存在著各自的優缺點,社區一時難以達成共識,甚至產生了分裂。


銘文的火熱也使得擴容問題再次被社區熱議。在探索銘文市場時,$LBIT 銘文和交易量短時激增引發了關注,2 小時所有銘文銘文完成,gas 費用超過 60 萬美元。經過研究發現背後是致力於比特幣擴容的 LumiBit,這是與閃電網路、Stacks、Liquid Network 等協議完全不同的方案。


LumiBit 的BTC 原生性


比特幣作為目前最大的加密貨幣共識體,實現對BTC 的原生性對於架構在BTC 上的Layer 2 解決方案的信任度和去中心化程度具有重要意義。 BTC 原生性越強,意味著 Layer 2 解決方案能夠更緊密地與比特幣的社群、核心共識和理念與哲學相結合,從而具備更高的可信度和安全性和去中心化程度。因此 Layer 2 解決方案只有在保持這些原生特性的同時,提供更快的交易速度和更低的交易費用,才能擴展比特幣的功能和應用範圍而不損害其基本原則。如果離開了BTC 原生性,那麼layer2 也就失去了生長的土壤,其距離BTC 社群也就越來越遠,不僅安全性和去中心化特性無法背靠比特幣得到保證,而且如果一個BTC Layer 2解決方案失去了BTC 社群用戶,失去了目前最大的加密貨幣共識,其發展必然無法長久。


以目前以太坊的 Layer 2 解決方案為例,收取 Gas 費用目的之一為了支付在以太坊網路上儲存和處理資料的成本。對於 Layer 2,使用者的信任並非單純基於 Layer 2 的技術本身,而是基於它與主鏈之間的連結與互動。這種信任的核心在於 Layer 2 上的資訊能夠在主鏈上被儲存並驗證。使用者透過主鏈的可靠性和 Layer 2 與主鏈之間的連結來建立對 Layer 2 的信任。在這個框架下,LumiBit 的策略不是僅僅讓使用者信任自身的資料處理能力,而是強調使用者只需要信任 LumiBit 在資料傳輸過程中的誠實性和透明性。這種誠實性是可以重複驗證的,其資料的可靠性依賴於比特幣網路的信任基礎。


LumiBit 致力於將更多可驗證資訊回歸在 BTC 主網上,以此來強化其作為一個真正的 BTC Layer 2 解決方案的地位。透過這種方式,LumiBit 不僅強調了對比特幣原生特性的尊重和利用,而且還確保了LumiBit 鏈上資料的可信度和透明性,從而在加密貨幣領域內樹立了其作為BTC Layer 2 解決方案的可信地位。


LumiBit 對BTC 的原生性的頂層設計包含了用戶從錢包操作、錢包調用、資產跨鍊和DA 的全週期結構:


-支援原生Omni 錢包帳戶控制:LumiBit 不同於其他相容EVM 的BTC Layer2,其在用戶體驗方面最大的進步是允許用戶僅透過BTC 錢包進行鏈上交互。不再需要準備多個錢包(如 Metamask),只需要準備 Bitcoin 錢包,不論是 Unisat 還是 Xverse,即可完成跨鏈、交易、使用 Dapp 等操作。這項功能尊重比特幣使用者的使用習慣,提供使用者熟悉且安全的環境。


-基於 UTXO 的通道跨鏈橋: LumiBit 採用獨特的 UTXO 通道的跨鏈橋。使用者與LumiBit 之間的跨鏈被抽象化為一條通道,對通道的驗證,就代表對用戶跨鏈動作的合法性驗證,又因為通道驗證的過程會被存入UTXO,對通道的驗證也代表用戶在LumiBit 的狀態的驗證,從而實現了用戶狀態在BTC 主網的驗證。當頻道關閉時,根據最終的狀態更新,初始 UTXO 被消耗掉,並且 LumiBit 根據使用者狀態建立新的 UTXO。這些新的 UTXO 反映了通道關閉時用戶提出的比特幣餘額和在 LumiBit 鏈上的最終狀態。同時 LumiBit 鏈上運作的智慧合約與使用者互動而產生新狀態,因此透過使用者的 UTXO 狀態更新也可以將狀態更新至 BTC 主機網路進行驗證,至此 LumiBit 完成了鏈上所有狀態的 BTC 主網驗證。


-在比特幣主網上的數據可用性(DA): Bitcoin Layer2 的數據可用性問題是,如何以一種Bitcoin 網路可負擔,且行之有效的資料上傳、公開、驗證方式。由於Rollup 中交易資料以匯總形式發送至Bitcoin,Bitcoin 的區塊容量將限制Rollup 匯總的交易資料大小,在無法增加Bitcoin 區塊容量的前提下,使用更有效率的資料壓縮、證明驗算方法是唯一選擇。 LumiBit 採用 Halo2+FRI 零知識證明方案產生交易的有效性證明。 ZK-EVM 在執行使用者的交易後,為每筆交易的狀態變更產生零知識證明,有且僅有該交易有效,可被正常執行時,其零知識證明才會被產生。 LumiBit 驗算和證明產生的複雜度從鏈上遷移至鏈下,不僅降低了 Bitcoin Layer1 資料儲存的開銷,也能降低用戶在 Layer2 提交交易的成本。


-支援銘刻調用: 平台支援銘刻調用,允許用戶與比特幣原生功能進行互動和利用,用戶的所有調用資料均儲存在BTC 主鏈上,並透過銘刻的方式執行交易。發布交易時用戶僅需銘刻銘文,並透過 BTC 網路廣播,在 BTC 網路確認後 LumiBit 隨即會在 LumiBit 網路上執行交易並結算。


-使用 BTC 作為 Gas: LumiBit 方法中最重要的方面可能是將 BTC 本身用作交易的「gas」。這不僅簡化了 Layer 2 框架內的交易過程,而且在使比特幣的原生特性成為 LumiBit 運作的核心方面實現了閉環。透過使用 BTC 作為 gas,LumiBit 將其 Layer 2 協議的激勵與比特幣網路對齊,確保 BTC 的價值和需求直接與 LumiBit 生態系統內的活動相關聯。


比特幣的擴容史,Type2 ZK-EVM 的到來


此前,比特幣的常見擴容方式為狀態通道和側鏈。


2015 年,Joseph Poon 和 Thaddeus Dryja 提出了閃電網絡,這是一種基於支付通道的網絡。用戶可以在鏈下進行快速、低成本比特幣轉賬,只有打開或關閉通道時才需要在鏈上進行交易。目前約有 5000 枚 BTC 在閃電網路中。


以閃電網路為代表的狀態通道也存在不少缺點,如無法承擔複雜合約運算、存在資金鎖定和安全風險,無法為比特幣提供繁榮的鏈上生態環境。


隨後,Liquid Network 和 Rootstock 等比特幣側鏈開始出現,它們與比特幣主網並行運行,透過雙向橋與比特幣實現通訊。不過,側鏈因獨立的共識規則和資料儲存結構,其資料可用性(DA)不由比特幣網路擔保,在極端情況下,用戶資產存在一定風險。


與比特幣在擴容上發展緩慢不同,以太坊的擴容市場正如火如荼發展。不過,以太坊擴容主流方案採用 Rollup Layer2。根據 L2BEAT 數據顯示,以太坊的 Layer2 TVL 已經超過 225 億美元。


Bankless 共同創辦人 David Hoffman 曾表示,EVM 等效時代已經來臨。當 David 說出這句話時,可能沒有想過,比特幣或許也將迎來 EVM 等效時代,捕捉以太坊的生態價值。


LumiBit 是全新的比特幣 L2 解決方案,透過 ZK-Rollup 實現低費⽤、⾼效能、快速確認交易等。 LumiBit 採用的是 Scroll 的技術方案,這是 Type2 ZK-EVM,可視為完全等效於 EVM。 Vitalik 曾在論文中將 ZK-EVM 分成 4 種類型,其中,Type2 屬於完全相容 EVM,交易執⾏與帳⼾邏輯上和 EVM⼀致,僅在區塊結構和狀態樹與以太坊存在差異。




圖源:Vitalik


LumiBit 的Type2 ZK-EVM 基於通用電路設計,EVM 層⾯確保了對以太坊⽣態的全相容。且針對比特幣和以太坊狀態的不同,採⽤了更符合比特幣 UTXO 的狀態樹更新⽅案。同時,比特幣將作為 DA,用戶的交易、LumiBit 歷史交易狀態,以及全域帳戶狀態,將會經由零知識證明產生器產生對應的根證明然後打包都會傳回比特幣主網。比特幣龐大的算力結構將確保 LumiBit 的 L2 安全性。


和同類型的ZK-Rollup 相比,LumiBit 不同之處在於其交易的零知識證明的⽣成將基於Halo2 + FRI 實現,以及採⽤多項式承諾減少驗證成本。 Halo2 是一種零知識證明系統,屬於 zk-SNARK,可⽤於⽣成簡潔的⾮互動式證明來驗證交易的有效性。 FRI 屬於 STARK 證明系統,⽤來建構和驗證有關複雜多項式資料的證明。這意味著 LumiBit 整合了 STARK 與 SNARK 的優點。


圖源:LinxBit

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目前來看,Type2 ZK-EVM 已屬於市場上領先的方案,但距離原生以太坊環境仍有⼀定差距。想要確保 100% 遷移所有以太坊生態,需要實現 Type1 ZK-EVM,也就是完全等同於以太坊。 LumiBit 也在Type2 ZK-EVM 的基礎上提出了Type1 ZK-EVM 構想,即在L2 上再抽象⼀層Type1 ZK-EVM,交易的執⾏結果返回到Type2 ZK-EVM,然後再由LumiBit 將狀態更新⾄比特幣網絡,以三層結構間接實現Type1 ZK-EVM。


比特幣生態爆發前夕


LumiBit 除了為比特幣帶來擴容方案之外,也試圖顛覆目前的銘文交易市場。


當下市場,用戶在 L2 上進行比特幣銘文交易的步驟較為繁瑣和複雜,需要在主鍊和 L2 上來回跨。並且,資金的流動性較為分散,利用率低。


LumiBit 透過同步跨鏈通訊和非同步跨鏈交易兩種機制建構的非同步結構正在解決這個問題。


同步跨鏈通訊能夠確保 LumiBit 上的通訊與 BTC 主鏈保持同步。並且,LumiBit 內建的索引器和監聽器,可以讀取 BTC 主鏈的通訊狀態,供鏈上應⽤調取。因此,用戶可以在 LumiBit 看到銘⽂市場的所有信息,⽽⽆需單獨查閱每個交易市場或索引器。


當下 L2 交易最大的痛點在於資產頻繁的跨鏈所產生的時間和資金摩擦。而用戶在 LumiBit 的交易過程中,比特幣主⽹資產跨鏈與 LumiBit 鏈上確認是異步的,即鏈上交易可以非同步映射。以技術的角度理解,LumiBit 的UTXO 通道橋通過UTXO 作為用戶狀態印章,並執行根證明狀態加密和哈希時間鎖相結合做跨鏈通道驗證,並在通道關閉後將根證明印製在UTXO 保證了比特幣網路的資料完整性。


這意味著,用戶在LumiBit ⽹絡即可進⾏銘⽂交易,在LumiBit ⽹絡結算完成後LumiBit ⽹絡將⾃動幫用戶執⾏跨鏈操作。


圖源:LumiBit

圖源:LumiBit

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當然,LumiBit 也並非完美的L2 擴容方案,其從Type2 ZK-EVM 到Type1 ZK-EVM 還有眾多的難點需要攻克。但毫無疑問的是,LumiBit 擁有獨到的全行業視野,透過驚人的技術能力,整合了目前市場上領先和主流的協議,並形成一套獨家的方案。


LumiBit 指出了比特幣L2 未來發展的可能方向之一,同時也描述出未來比特幣生態可能達到的場景,具備全鏈生態和互操作性。同時,不增加使用者的學習成本。現在,我們正處於 LumiBit 所描繪的比特幣生態爆發前夕。


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