比特幣智能合約擴展：從RGB到Arch Network的演進

比特幣作爲流動性最佳且安全性最高的區塊鏈，在銘文熱潮後吸引了大量開發者。這些開發者迅速聚焦於比特幣的可編程性和擴容問題。通過引入ZK、DA、側鏈、rollup、restaking等多種創新方案，比特幣生態正迎來空前繁榮，成爲當前牛市的主要焦點。

然而，許多現有設計沿襲了以太坊等智能合約平台的擴容經驗，往往依賴中心化跨鏈橋，這成爲系統的潛在弱點。很少有方案是基於比特幣本身特性設計的，這與比特幣較差的開發者體驗有關。比特幣由於多種原因無法像以太坊那樣直接運行智能合約：

1. 比特幣腳本語言爲保證安全性而限制了圖靈完備性，無法執行復雜的智能合約。
2. 比特幣區塊鏈存儲針對簡單交易優化，不適合復雜智能合約。
3. 比特幣缺乏用於運行智能合約的虛擬機。

2017年隔離見證(SegWit)的實施擴大了比特幣的區塊大小限制；2021年的Taproot升級則使批量籤名驗證成爲可能，從而簡化和加速了交易處理（如原子交換、多重籤名錢包和條件付款）。這些升級爲比特幣的可編程性奠定了基礎。

2022年，開發者Casey Rodarmor提出了"Ordinal Theory"，概述了一種爲比特幣交易中的最小單位（聰）編號的方案，使得在比特幣交易中嵌入圖像等任意數據成爲可能。這爲直接在比特幣鏈上嵌入狀態信息和元數據開闢了新的途徑，爲需要可訪問和可驗證狀態數據的智能合約等應用提供了新思路。

目前，大多數增強比特幣編程能力的項目依賴於二層網路（L2），這要求用戶信任跨鏈橋，成爲L2獲取用戶和流動性的主要障礙。此外，比特幣缺乏原生虛擬機或可編程性，無法在不引入額外信任假設的情況下實現L2與L1的通信。

RGB、RGB++和Arch Network都試圖從比特幣原生屬性出發，增強其可編程性，通過不同方法提供智能合約和復雜交易能力：

1. RGB是一種通過鏈下客戶端驗證的智能合約方案，將智能合約的狀態變化記錄在比特幣的UTXO中。雖然具有一定隱私優勢，但使用復雜，缺乏合約可組合性，發展較爲緩慢。

2. RGB++是Nervos基於RGB思路的另一擴展路線，仍基於UTXO綁定，但將鏈本身作爲具備共識的客戶端驗證者，提供了元數據資產跨鏈解決方案，支持任意UTXO結構鏈的資產轉移。

3. Arch Network爲比特幣提供了原生智能合約方案，創建了ZK虛擬機和對應的驗證者節點網路，通過聚合交易將狀態變化與資產記錄在比特幣交易中。

RGB

RGB是比特幣社區早期的智能合約擴展思路，通過UTXO封裝方式記錄狀態數據，爲後續比特幣原生擴容提供了重要思路。

RGB採用鏈下驗證方式，將代幣轉移驗證從比特幣共識層移至鏈下，由特定交易相關客戶端進行驗證。這種方式減少了全網廣播需求，提高了隱私和效率。然而，這種隱私增強方式也是把雙刃劍。雖然通過僅讓特定交易相關節點參與驗證工作增強了隱私保護，但也導致第三方不可見，使實際操作復雜且難以開發，用戶體驗較差。

RGB引入了單次使用密封條概念。每個UTXO只能被花費一次，相當於創建UTXO時上鎖，花費時解鎖。智能合約狀態通過UTXO封裝並通過密封條管理，提供了有效的狀態管理機制。

RGB++

RGB++是在RGB思路基礎上的另一擴展路線，仍基於UTXO綁定。

RGB++利用圖靈完備的UTXO鏈（如CKB或其他鏈）處理鏈下數據和智能合約，進一步提升了比特幣可編程性，並通過同構綁定BTC保證安全性。

RGB++採用圖靈完備的UTXO鏈作爲影子鏈，能夠執行復雜智能合約，並與比特幣UTXO綁定，增加了系統編程性和靈活性。比特幣UTXO和影子鏈UTXO同構綁定，確保兩條鏈間狀態和資產一致性，保證交易安全性。

RGB++擴展到所有圖靈完備的UTXO鏈，不再局限於CKB，提升了跨鏈互操作性和資產流動性。這種多鏈支持允許RGB++與任何圖靈完備UTXO鏈結合，增強系統靈活性。同時，通過UTXO同構綁定實現無橋跨鏈，避免了"假幣"問題，確保資產真實性和一致性。

通過影子鏈進行鏈上驗證，RGB++簡化了客戶端驗證過程。用戶只需檢查影子鏈上相關交易，即可驗證RGB++狀態計算正確性。這種鏈上驗證方式不僅簡化了驗證過程，還優化了用戶體驗。由於使用圖靈完備影子鏈，RGB++避免了RGB復雜的UTXO管理，提供更簡化和用戶友好的體驗。

Arch Network

Arch Network主要由Arch zkVM和Arch驗證節點網路組成，利用零知識證明(zk-proofs)和去中心化驗證網路確保智能合約安全和隱私，比RGB更易用，且無需像RGB++那樣綁定另一條UTXO鏈。

Arch zkVM使用RISC Zero ZKVM執行智能合約並生成零知識證明，由去中心化驗證節點網路驗證。該系統基於UTXO模型運行，將智能合約狀態封裝在State UTXOs中，以提高安全性和效率。

Asset UTXOs用於代表比特幣或其他代幣，可通過委托方式管理。Arch驗證網路通過隨機選出的leader節點對ZKVM內容進行驗證，並使用FROST籤名方案聚合節點籤名，最終將交易廣播到比特幣網路。

Arch zkVM爲比特幣提供了圖靈完備虛擬機，能執行復雜智能合約。每次智能合約執行後，Arch zkVM生成零知識證明，用於驗證合約正確性和狀態變化。

Arch也使用比特幣的UTXO模型，狀態和資產封裝在UTXO中，通過單次使用概念進行狀態轉換。智能合約狀態數據記錄爲state UTXOs，原數據資產記錄爲Asset UTXOs。Arch確保每個UTXO只能被花費一次，提供安全的狀態管理。

Arch雖未創新區塊鏈結構，但需要驗證節點網路。每個Arch Epoch期間，系統根據權益隨機選擇Leader節點，負責將收到信息傳播到網路內所有其他驗證者節點。所有zk-proofs由去中心化驗證節點網路驗證，確保系統安全性和抗審查性，並生成籤名給Leader節點。一旦交易由所需數量節點簽署，就可在比特幣網路上廣播。

總結

在比特幣可編程性設計方面，RGB、RGB++和Arch Network各具特色，但都延續了綁定UTXO的思路，UTXO的一次性使用鑑權屬性更適合智能合約記錄狀態。

然而，這些方案也存在明顯缺點，主要是用戶體驗不佳，與比特幣相同的確認延遲和低性能，僅擴展了功能而未提升性能，這在Arch和RGB中尤爲明顯。RGB++的設計雖通過引入高性能UTXO鏈提供了更好用戶體驗，但也引入了額外安全性假設。

隨着更多開發者加入比特幣社區，我們將看到更多擴容方案，如op-cat升級提案正在積極討論中。符合比特幣原生屬性的方案值得重點關注，UTXO綁定方法是在不升級比特幣網路前提下擴展其編程方式的最有效方法。只要能解決用戶體驗問題，這將是比特幣智能合約的重大進步。