比特币智能合约扩展：从RGB到Arch Network的演进

比特币作为流动性最佳且安全性最高的区块链，在铭文热潮后吸引了大量开发者。这些开发者迅速聚焦于比特币的可编程性和扩容问题。通过引入ZK、DA、侧链、rollup、restaking等多种创新方案，比特币生态正迎来空前繁荣，成为当前牛市的主要焦点。

然而，许多现有设计沿袭了以太坊等智能合约平台的扩容经验，往往依赖中心化跨链桥，这成为系统的潜在弱点。很少有方案是基于比特币本身特性设计的，这与比特币较差的开发者体验有关。比特币由于多种原因无法像以太坊那样直接运行智能合约：

1. 比特币脚本语言为保证安全性而限制了图灵完备性，无法执行复杂的智能合约。
2. 比特币区块链存储针对简单交易优化，不适合复杂智能合约。
3. 比特币缺乏用于运行智能合约的虚拟机。

2017年隔离见证(SegWit)的实施扩大了比特币的区块大小限制；2021年的Taproot升级则使批量签名验证成为可能，从而简化和加速了交易处理（如原子交换、多重签名钱包和条件付款）。这些升级为比特币的可编程性奠定了基础。

2022年，开发者Casey Rodarmor提出了"Ordinal Theory"，概述了一种为比特币交易中的最小单位（聪）编号的方案，使得在比特币交易中嵌入图像等任意数据成为可能。这为直接在比特币链上嵌入状态信息和元数据开辟了新的途径，为需要可访问和可验证状态数据的智能合约等应用提供了新思路。

目前，大多数增强比特币编程能力的项目依赖于二层网络（L2），这要求用户信任跨链桥，成为L2获取用户和流动性的主要障碍。此外，比特币缺乏原生虚拟机或可编程性，无法在不引入额外信任假设的情况下实现L2与L1的通信。

RGB、RGB++和Arch Network都试图从比特币原生属性出发，增强其可编程性，通过不同方法提供智能合约和复杂交易能力：

1. RGB是一种通过链下客户端验证的智能合约方案，将智能合约的状态变化记录在比特币的UTXO中。虽然具有一定隐私优势，但使用复杂，缺乏合约可组合性，发展较为缓慢。

2. RGB++是Nervos基于RGB思路的另一扩展路线，仍基于UTXO绑定，但将链本身作为具备共识的客户端验证者，提供了元数据资产跨链解决方案，支持任意UTXO结构链的资产转移。

3. Arch Network为比特币提供了原生智能合约方案，创建了ZK虚拟机和对应的验证者节点网络，通过聚合交易将状态变化与资产记录在比特币交易中。

RGB

RGB是比特币社区早期的智能合约扩展思路，通过UTXO封装方式记录状态数据，为后续比特币原生扩容提供了重要思路。

RGB采用链下验证方式，将代币转移验证从比特币共识层移至链下，由特定交易相关客户端进行验证。这种方式减少了全网广播需求，提高了隐私和效率。然而，这种隐私增强方式也是把双刃剑。虽然通过仅让特定交易相关节点参与验证工作增强了隐私保护，但也导致第三方不可见，使实际操作复杂且难以开发，用户体验较差。

RGB引入了单次使用密封条概念。每个UTXO只能被花费一次，相当于创建UTXO时上锁，花费时解锁。智能合约状态通过UTXO封装并通过密封条管理，提供了有效的状态管理机制。

RGB++

RGB++是在RGB思路基础上的另一扩展路线，仍基于UTXO绑定。

RGB++利用图灵完备的UTXO链（如CKB或其他链）处理链下数据和智能合约，进一步提升了比特币可编程性，并通过同构绑定BTC保证安全性。

RGB++采用图灵完备的UTXO链作为影子链，能够执行复杂智能合约，并与比特币UTXO绑定，增加了系统编程性和灵活性。比特币UTXO和影子链UTXO同构绑定，确保两条链间状态和资产一致性，保证交易安全性。

RGB++扩展到所有图灵完备的UTXO链，不再局限于CKB，提升了跨链互操作性和资产流动性。这种多链支持允许RGB++与任何图灵完备UTXO链结合，增强系统灵活性。同时，通过UTXO同构绑定实现无桥跨链，避免了"假币"问题，确保资产真实性和一致性。

通过影子链进行链上验证，RGB++简化了客户端验证过程。用户只需检查影子链上相关交易，即可验证RGB++状态计算正确性。这种链上验证方式不仅简化了验证过程，还优化了用户体验。由于使用图灵完备影子链，RGB++避免了RGB复杂的UTXO管理，提供更简化和用户友好的体验。

Arch Network

Arch Network主要由Arch zkVM和Arch验证节点网络组成，利用零知识证明(zk-proofs)和去中心化验证网络确保智能合约安全和隐私，比RGB更易用，且无需像RGB++那样绑定另一条UTXO链。

Arch zkVM使用RISC Zero ZKVM执行智能合约并生成零知识证明，由去中心化验证节点网络验证。该系统基于UTXO模型运行，将智能合约状态封装在State UTXOs中，以提高安全性和效率。

Asset UTXOs用于代表比特币或其他代币，可通过委托方式管理。Arch验证网络通过随机选出的leader节点对ZKVM内容进行验证，并使用FROST签名方案聚合节点签名，最终将交易广播到比特币网络。

Arch zkVM为比特币提供了图灵完备虚拟机，能执行复杂智能合约。每次智能合约执行后，Arch zkVM生成零知识证明，用于验证合约正确性和状态变化。

Arch也使用比特币的UTXO模型，状态和资产封装在UTXO中，通过单次使用概念进行状态转换。智能合约状态数据记录为state UTXOs，原数据资产记录为Asset UTXOs。Arch确保每个UTXO只能被花费一次，提供安全的状态管理。

Arch虽未创新区块链结构，但需要验证节点网络。每个Arch Epoch期间，系统根据权益随机选择Leader节点，负责将收到信息传播到网络内所有其他验证者节点。所有zk-proofs由去中心化验证节点网络验证，确保系统安全性和抗审查性，并生成签名给Leader节点。一旦交易由所需数量节点签署，就可在比特币网络上广播。

总结

在比特币可编程性设计方面，RGB、RGB++和Arch Network各具特色，但都延续了绑定UTXO的思路，UTXO的一次性使用鉴权属性更适合智能合约记录状态。

然而，这些方案也存在明显缺点，主要是用户体验不佳，与比特币相同的确认延迟和低性能，仅扩展了功能而未提升性能，这在Arch和RGB中尤为明显。RGB++的设计虽通过引入高性能UTXO链提供了更好用户体验，但也引入了额外安全性假设。

随着更多开发者加入比特币社区，我们将看到更多扩容方案，如op-cat升级提案正在积极讨论中。符合比特币原生属性的方案值得重点关注，UTXO绑定方法是在不升级比特币网络前提下扩展其编程方式的最有效方法。只要能解决用户体验问题，这将是比特币智能合约的重大进步。