原文标题：《Layered Bitcoin》
撰文：Saurabh Deshpande
编译：Chris，Techub News
古往今来，货币在社会中都具有三个关键的功能：财富的储存手段、交换媒介和计量单位。虽然货币的形式在不断变化，但它的功能基本没变。大致可以把货币的思想流派可以分为两种，一种支持信用货币或软货币，另一种支持硬货币。像今天的法定货币系统一样，信用货币总是某种负债。
当你持有美元或卢比时，这些货币实际上是政府的负债。这意味着，货币的价值和使用能力依赖于政府的经济状况和信誉。如果政府无法履行其债务或出现经济危机（如违约），那么货币的购买力将会受到严重影响。也就是说，货币可能会贬值，导致你用这些货币无法购买必需的商品和服务。
硬货币指的是不依赖于政府信用的货币。也就是说，它的价值并不取决于政府的经济状况或信誉。贵金属（如黄金）作为硬货币的代表，其价值并不会因政府违约而降低。相反，由于贵金属被视为具有稳定性，它们的价值可能会上升。这是因为在经济不确定时，贵金属被认为是可靠的储值资产。
比特币是首个成功实现的数字形式的非主权货币。这里的「非主权」指的是比特币不依赖于任何国家政府的信用或支持。2009 年，Satoshi Nakamoto 发布了比特币，当时世界刚刚经历了一场由于不良贷款和单方面利率决定而导致的全球金融危机。强势美元在其生命周期中已经贬值超过95%。 Ray Dalio 在他的文章《Paradigm Shifts》中讨论了**银行在各种危机中降低利率的情况以及这些措施对各自经济的影响。
来源 –Paradigm Shifts
图表展示了自1980年代以来，发达国家的利率逐渐降低的趋势。同时，货币基础，即流通中的货币量，相对于国内生产总值（GDP）的比例也在上升。尽管货币供应增长迅速，但实际的经济总产出增长并没有同步跟上。货币供应增加过快，通常会推动价格上涨，导致通货膨胀、更高的生活成本、增加的债务负担和更大的收入不平等。而我们目前所处的高通胀环境是**银行采取的政策的结果。
当经济环境出现通货膨胀和不确定性时，黄金等贵金属就会变得更有价值。与法定货币不同，政府对黄金的供应干预较少。这意味着黄金的供应不会受到政府政策的频繁影响。而且黄金的供应量较为稳定，不像法定货币那样容易受到政策调整的影响，因此更具有可预测性。这种高度可预测性使得黄金在数十年内保持其价值并成为财富的储存手段。
比特币诞生时是作为点对点电子现金。多年来，它偏离（或至少扩展）了其最初的电子现金目标，演变成了数字黄金。
在2018年，我听到过一个有趣的观点：将区块链比喻成岛屿，由于区块链技术相对独立于外部系统和环境，它们像是一座封闭的岛屿。每个岛屿都有其自己的优先事项和技术及社会特征。比特币岛总是优先考虑安全性和去中心化，而不考虑速度和可编程性。
去中心化这个概念非常广泛且复杂，其具体含义可以根据不同的上下文有所不同。Balaji Srinivasan 提出了一种评估区块链去中心化的方法，他建议将区块链分解为多个子系统，并分别评估这些子系统的去中心化程度。具体的子系统包括：挖矿、客户端、开发者、交易所、节点和所有权。他提出通过测量这些子系统的 Gini coefficient 和 Nakamoto coefficient 来得出总体去中心化程度。
比特币支持者Jonathan Bier认为，通过评估用户验证交易的难度，可以判断去中心化的程度。比特币之所以限制区块大小，是为了确保普通用户能够参与交易验证，从而支持去中心化。同时，要实现区块链的通用可编程性，开发人员需要进行详细的规划和设计。
首先，他们使用的语言或系统应是图灵完备的。「图灵完备」是指一个系统具有执行任何可以用算法表达的计算的能力，只要有足够的时间和内存。这意味着系统能够模拟任何计算机程序，具备执行复杂计算任务的能力。
其次，Gas metering 需要达到最佳。Gas metering 指的是如何衡量和计算资源消耗的机制。在区块链中，这主要是用来控制和限制每个区块和每个操作所消耗的资源（例如手续费或 Gas），以确保网络的稳定性和公平性。
以太坊的 Solidity 是一种图灵完备的语言，这意味着它可以执行任何计算，只要有足够的时间和内存。然而，以太坊的操作受到 Gas 限制的约束，即每个操作和智能合约的执行都有一定的燃料费用。这种设计是为了防止资源过度消耗和网络拥堵。
比特币的脚本语言被有意设计得很有限，以确保更高的安全性。它是一种低级的、基于堆栈的语言，设计时就避免了复杂的功能，主要是为了减少潜在的安全风险。但这种设计也带来了一些缺陷，比如自 Satoshi 时代以来存在的未修复的错误，并且缺少一些关键的操作符，使得脚本语言在实际应用中的功能比较有限。
以太坊和 Solana 等区块链已经发展成了相互连接的生态系统，它们之间的互动可以带来更多的机会和优势。例如，用户可以在不同的区块链之间转移资产或利用各种服务，形成了一个互联互通的区块链网络。然而Bitcoin island坚持其核心目标，即安全性，未在其基础设施中引入可以更方便地迁移到其他区块链的功能或变革。比特币岛只允许用户持有、转移或交易比特币，主要用于铭文（inscriptions）和符文（runes），这使得用户在体验上受到限制，因为比特币岛没有提供更广泛的区块链互操作性功能。
由于用途有限，BTC 主要被存放在金库中。与此同时，像 ETH 这样的资产有丰富的机会通过质押、再质押、借贷等形式享受收益和被动收入。由于他们开发了新的基础设施，其他区块链经历了快速的现代化，而比特币则保持古老但强大。
不要误解，比特币的保守方法确保了其安全性和去中心化。更多的功能通常会带来复杂性，增加攻击的表面。
比特币岛仍然强大但孤立。其他区块链通过许多桥梁相互连接。
分离的岛屿让我联想到我家乡孟买的历史。孟买曾被称为Bombay，它最初由七个独立的岛屿组成。这些岛屿的融合始于1680年代，并持续了几个世纪。如今，当我在熙熙攘攘的大都市中漫步时，几乎看不到这些曾经的分隔痕迹。城市感觉像是无缝统一的，它过去的碎片化几乎被遗忘了。
孟买的这一转变引发了一个有趣的问题：我们是否会在比特币的生态系统中见证类似的演变？一些团队正在为此努力。
孟买七岛屿的演变。来源 – Reddit
这篇文章讲述了一些开发团队如何为比特币持有者提供更多的使用方式。首先需要解释为什么我们需要更好的基础设施，然后探讨团队为扩展 BTC 用例所采取的不同方法。最后，我将提到最终的愿景不仅涉及技术共识，还涉及社会共识。
这种转变正在发生，因为团队正在为比特币岛构建不同的辅助岛屿，并寻找现代化比特币岛的解决方案。比特币岛的永久改革只能在岛民之间发生社会革命并同意改变其规则后，才能像使用岛内基础设施一样自信地使用通往其他岛屿的桥梁。
为什么需要更好的基础设施？
成熟的区块链，如以太坊、Solana，甚至即将推出的 Monad，都以开发者为中心进行构建。它们作为开发者创建应用程序的平台，提供了全面的生态系统，包括各种学习资源、工具、框架和功能。相比之下，比特币是在实践中逐步构建起来的，缺乏经过深思熟虑的 API，且几乎没有明确的开发文档。
改进网络基础设施有三个关键原因：改善用户体验、促进金融化和扩展支付规模。
Ordinals 协议通是一种利用比特币 UTXO 并以不同方式查看单个 Satoshi（BTC 的最小单位）的方法，它带来了诸如铭文（比特币上的 NFT）等创新。围绕 Ordinals 和铭文的热情带来了可替代标准如 BRC-20 和runes的演变。这些铭文和符文为比特币注入了新的活力，使得比特币的日均交易总量比仅仅进行 BTC 转账时增加了 70%。
这些新型的比特币交易方式帮助将手续费提高了约 40%。然而，这些新方式往往在比特币社区内引发激烈的争论。一方认为，比特币应专注于提升其作为去中心化支付系统的核心功能。他们认为，超出这一范围的扩展可能会危及比特币作为稳健货币的安全性、简洁性和有效性。
另一方则主张采用更灵活的方式，扩展比特币的功能以包括非支付用途。他们认为，这种演变对于比特币在快速发展的区块链生态系统中保持竞争力和相关性是必要的。
根据 Token Terminal 的数据，比特币矿工在过去 30 天内从手续费中获得了约 1.09 亿美元。而在同一时期，像 Uniswap 和 Lido Finance 这样的应用分别赚取了 9000 万美元和 1.04 亿美元。随着 2024 年 4 月的最新减半，矿工的区块奖励减少了 50%。减半后，区块奖励从每个区块 6.5 枚比特币 减少至 3.125 枚比特币。因此，每月矿工补贴减少了 13,500 枚比特币（3.125*144*30），以每枚比特币 66,000 美元计算，这相当于 8.91 亿美元。因此，每月手续费仅占补贴损失的约 12%。
最近像符文这样的发展令人鼓舞，但我们需要更多。有哪些挑战呢？比特币的用户体验远不如 Solana 或像 Arbitrum 这样的以太坊 L2。Solana 上的兑换只需几秒钟且费用仅为几美分。然而，如果你想在比特币上交易符文，你需要支付几美元的费用并等待一个区块来确认交易。
此外，当你购买符文时，你必须购买列出的全部数量，买家无法修改要购买的数量。另一个缺点是，符文之间不能互相交换，这与我们在以太坊上可以将 USDC 兑换为 MKR 的方式不同。交易者必须先将一个符文卖成比特币，然后再购买他们想要的另一个符文。这中额外的中间步骤使得用户体验非常差。
还有就是，比特币不能直接用作抵押品，也无法进行借贷。用户必须将比特币从比特币原生链提取并转移到其他链上，才能在这些链上进行金融应用。这种过程增加了操作复杂度，并影响了用户的整体体验。
首先，以每枚比特币 66,000 美元计算，比特币的现在市值接近 1.3 万亿美元。就像黄金一样，比特币是一种外部货币，这意味着政府无法操控比特币的供应量。虽然黄金贷款市场的确切规模不详，但一些报告估计其规模约为 1,000 亿美元。因此，在比特币上构建应用程序的一个重要原因是利用比特币作为抵押品来借入稳定币。强大的借贷市场将使比特币持有者能够通过比特币获得收益。
以质押为例，其他原生资产如 ETH 和 SOL 在质押中有固有用途，以确保网络安全；约 27% 的流通 ETH 在质押协议中质押，年收益约 4%。另有约 4% 的 ETH 在再质押协议中质押，67% 的流通 SOL 被质押。此外，ETH 和 SOL 都广泛用于各自的 DeFi 生态系统中作为抵押资产。
Wrapped BTC ( 或 WBTC) 是不同 DeFi 生态系统中最广泛使用的 BTC 版本，其市值约为 100 亿美元，占总流通 BTC 的不到 1%。这显示了 BTC 金融化的巨大潜力。
假设 BTC 在质押或 DeFi 中的使用水平与以太坊相似，达到约 30%，那么这个数额将达到 3900 亿美元。作为对比，目前所有 DeFi 中所有其他链的总锁定价值为 1010 亿美元。BTC 可能成为最具生产力的流动资产，但目前这种潜力被有意的技术限制所束缚。
比特币的基础层并未设计为高吞吐量的系统。如果比特币要成为互联网的结算层，我们需要更快的交易速度。正如 Mohamed Fauda 所提到的，当前比特币区块的最大大小为4MB，这意味着每10分钟的时间段内，比特币网络能够处理的数据量最高为4MB。根据这个限制，比特币网络的交易吞吐量大约为6.66 KB（千字节）每秒。这种处理速度对于大规模的交易需求来说可能不足以满足要求，因此需要提高处理能力或引入新的技术来提高比特币网络的交易速度。
比特币网络在处理大量交易时表现不佳。例如，在 Quantum Cats 的铸币或符文发布期间，用户可能会遇到不理想的体验。这种糟糕的用户体验不仅影响那些试图进行铸造操作的人，还会影响其他在网络上发送和接收比特币的用户。简言之，比特币网络的当前处理能力不足以有效应对高流量交易，从而影响到所有用户的交易体验。
尽管 Lightning Network 是一种扩展比特币网络的解决方案，但它的实际采用情况并不理想。目前，网络的总容量或流动性约为 5000 BTC，这个数字表示的是所有闪电通道中锁定的比特币总量。这个容量限制了网络的流动性和能够通过它移动的比特币数量，从而影响了 LN 在处理高频率交易和大规模支付时的效能。
假设 Joel 需要筹集 100 万美元以支付印度的咖啡种植工人的工资，并决定使用闪电网络接受捐款。要做到这一点，Joel 不能仅仅启动一个 LN 钱包并等待捐款。他需要确保有足够的入站流动性来接受这笔巨额资金。入站流动性指的是对手方在闪电通道中锁定的比特币数量，这些比特币用于支持从对手方到 Joel 的资金流入。
再比如，Sid 是 Joel 的一个对手方，他在闪电通道中锁定了 1 万美元的比特币。如果 Joel 要接受 100 万美元的捐款，他需要其他像 Sid 这样的对手方，他们总共锁定了 100 万美元，以确保他可以接收到这笔大额捐款。因为入站流动性受限于各方在通道中锁定的资金，这会限制网络能够支持的交易金额，从而对闪电网络的扩展能力构成挑战。
简而言之，入站流动性决定了闪电网络能处理的最大交易金额，而这种流动性总是受限于资本的机会成本，即投资在通道中的比特币无法用于其他用途。
比特币不仅是一个技术系统，也深深植根于文化和社会共识中。比特币的供应上限是一个硬编码的规则，即最大供应量被固定为 2100 万枚 BTC。这一硬性限制被视为比特币的核心价值之一，任何对这一上限的改变都需要得到广泛的社会共识和技术支持。
由于缺乏社会共识，进行代码库修改的技术努力可能会变得徒劳无益。比特币的上一次重大争议性分叉发生在 2017 年的区块战争期间。当时，比特币网络分裂为两个不同的区块链：
比特币（BTC）：在这次分叉中，比特币网络实施了 SegWit（隔离见证）协议，这是为了提高交易处理能力和扩展性。
比特币现金（BCH）：这是另一个由分裂出来的区块链，它选择增加区块大小，以提升交易吞吐量。
在这次分叉中，大多数矿工选择继续在比特币链上进行挖矿。
稳定性对于被视为货币或价值储存的资产至关重要。法定货币之所以会随着时间的推移而失去购买力，主要原因是**银行经常使用其权力来增加货币供应。**银行单方面行动的不可预测性会导致某些货币变得不稳定和弱化。
比特币的文化则倾向于抵制频繁的变化。比特币社区对于任何可能影响其稳定性的变化持谨慎态度，即使是如 Taproot 这样的技术改进，尽管它不具争议，但从概念提出到实施也花费了多年时间。这种谨慎态度反映了比特币对于保持其货币和价值储存功能的稳定性的重视。
实施上述变化不仅仅是改变比特币。比特币基础层需要尽可能简单。简单性对于减少攻击向量和提高稳定性至关重要。想法是像以太坊的 L2 那样，在基础层之外执行复杂的事情，如借贷和使用 BTC 作为抵押铸造稳定币。
什么是 L2？它应该做些什么？
为第一层提供足够的数据，以验证和解决争议（如果有的话）。
除了基础层之外，不应有额外的安全措施。
允许用户单方面将其资产撤回到基础层或第一层。
由于比特币目前的操作码（opcodes）有限制，无法满足验证任何证明的需求，因此，任何声称是比特币二层网络的链都不能被真正称为L2。
L2 的另一个重要方面是其安全假设应与比特币的安全假设一致。每个区块链都有一些基本的安全假设，例如：
大多数挖矿节点是诚实的
节点可以独立验证区块并拒绝无效区块
分叉会在链的最长分支上得到解决，等等。
在设计和实现 L2 解决方案时，不能扩展其基础层的安全假设。例如，如果第二层有一个集中化的区块生产排序器，用户需要能够以低成本对区块生产进行质疑。第一层（如比特币或以太坊）应确保，只要用户的资金未被花费，用户能够通过第一层的机制从第二层中提取其资金。目前，即便是以太坊的 L2 解决方案也未能完全实现这些机制。
如果我们严格遵循 L2 的特性，那么一些被认为是以太坊L2的解决方案，比如Arbitrum，也不能被视为真正的L2。由于比特币的操作码（opcodes）目前无法验证任何证明，因此任何声称自己是比特币L2的链实际上都不符合真正的L2定义。闪电网络（Lightning Network）可能是唯一符合L2定义的解决方案。为了方便讨论，本文将这些解决方案统称为比特币扩展层。
比特币扩展层的现状
总体而言，使用比特币有两个主要途径：
使用跨链桥：由于比特币自身的应用场景有限，用户可以通过跨链桥将比特币转移到其他区块链上，以便在那些区块链上使用比特币进行更多的应用。这种方法允许用户在比特币网络之外，利用其他区块链的丰富功能和应用场景。
创建一个环境或链：开发一个新的环境或区块链，让投资者可以在其中使用比特币的应用程序。这意味着开发一个专门的区块链或平台，能够支持比特币，并允许用户在该平台上进行各种应用和操作，从而扩展比特币的使用范围。
为了使比特币能够支持更多的应用场景和功能，这些新层可能会引入一些比比特币基础层更多的安全假设或机制。用户在使用这些新层时，希望这些额外的安全假设和机制能够尽量少地影响比特币的安全性和完整性。通过研究以太坊的扩展策略和方法，可以为理解和设计比特币的扩展方案提供有价值的经验和参考。
经过几年的发展，以太坊认识到 rollups 是其扩展的关键方式。目前，我们仍然不知道哪种方法是扩展和使比特币更具可编程性的最佳途径。
无论是存储数据还是选择跨链桥设计，项目都在去中心化、安全性、速度和用户体验之间做出权衡。以下问题的答案构成了构建扩展比特币层的项目或公司的设计空间：
如何实现从比特币到新链的跨链桥？
如何存储数据（数据可用性）？
如何使用比特币第一层进行结算？
是否期望比特币的基础层发生任何变化以实现其完整愿景？
选择哪种执行环境？
扩展的比特币层是否促进比特币用于燃料和质押等用途？
在扩展比特币的功能和用例时，各个团队在安全性、可用性、性能等方面做出了不同的取舍和决定。每个团队可能会在这些方面采取不同的策略，以便找到最合适的方法来满足用户的需求，同时最大限度地保持比特币的安全性和可靠性。
比特币链上的比特币不能直接转移到其他链上，因此需要一种基础设施来实现这种跨链转移。一个典型的跨链机制是将用户的比特币锁定在比特币网络上，并在目标链上铸造等量的合成代币来代表这些比特币。
典型的锁定机制是什么？用户希望将其比特币从比特币网络转移到其他链时，会将比特币发送到比特币上的特定地址。这个地址由桥接操作员控制。当桥接操作员检测到比特币的到来时，他们会在目标链上铸造等量的合成代币，并将其发送到用户指定的地址。
这种机制的风险在于，如果跨链操作员在比特币网络上丢失了比特币，那么在目标链上铸造的代币将变得一文不值。我们在 FTX 崩溃后见证了这一风险。SolBTC 是由 FTX/Alameda 操作的比特币包装版本，由于 FTX 在申请破产后不再兑现赎回，SolBTC 变得一文不值。
因此，用户在目标链上进行的所有操作完全依赖于跨链操作员如何管理和保护用户在比特币网络上的比特币。根据比特币的管理方式，跨链机制可以分为三种类型。
这种跨链机制只有在 L1 能够验证 L2 提交的证明时才可能实现。对于比特币来说，这种机制目前不可行，因为比特币无法理解其外部发生的任何事情。
依赖经济安全的信任最小化跨链
比特币跨链的另一种方式是由多个公共方处理比特币的锁定和解锁过程。这些公共方在比特币网络上保护用户的比特币，并在其他链上铸造和销毁合成比特币代币。Threshold Network 的 tBTC 就是这种机制的一个例子。在 tBTC 系统中，多个公共方（即节点）共同保护用户的比特币，并在以太坊等其他区块链上铸造 tBTC 代币。当用户需要赎回比特币时，这些节点会销毁相应的 tBTC，并解锁比特币网络上的比特币。
这意味着在操作员可以对用户的比特币执行任何操作之前，需要大多数运行 Threshold Network 节点的操作员同意。tBTC 不是依赖于集中化的中介，而是随机选择一组运行 Threshold Network 节点的操作员来保护用户存入的比特币。
谁可以成为 Threshold Network 的节点操作员？该网络有一个治理代币 T。虽然 T 用于治理，但需要至少 40,000 T 才能成为节点操作员。截至 2024 年 6 月 25 日，网络上有 139 个活跃节点。
tBTC Beta Stakers 计划旨在通过委托质押的方式逐步去中心化节点网络。Beta 质押者可以将其质押委托给五个专业节点运营商：Boar、DELIGHT、InfStones、P2P 和 Staked。Beta 质押者预计至少运行节点 12 个月，并在此期间积极参与，例如需要在通知后的 24 小时内对网络升级作出响应。
每当用户请求铸造 tBTC 时，比特币网络上会生成一个新的存款地址。该地址由 Threshold Network 上的节点控制，并专门用于用户的请求。用户可以在多个网络上铸造 tBTC，包括以太坊、Arbitrum、Optimism、Mezo 和 Solana。
用户在请求时需要提供两个地址：一个比特币上的恢复地址（用于在铸造过程中出现问题时退回比特币），以及一个目标链的地址（用户希望接收 tBTC 的地址）。一旦请求发出，用户需将比特币存入生成的地址，并等待守护者确认存款。确认后，铸币者会将 tBTC 发送到用户在目标链上的地址。
目前，Threshold Network 锁定了大约 3,500 枚比特币，价值超过 2 亿美元。
考虑到比特币操作码（opcodes）的能力，信任最小化跨链目前可以说是最好的跨链实现方式。信任最小化跨链的具体实现可能会因多重签名（multisig）的设计而有所不同。Threshold Network 的 tBTC、Stack 即将推出的 sBTC 实现以及 Botanix 的 spiderchain 都是信任最小化跨链的例子。
在这种设计中，一个中心化的提供者将用户的比特币锁定在由托管人管理的地址上。BitGo 的 WBTC 是将比特币跨链到其他链上最广泛使用的方法，超过 150,000 BTC 已通过 WBTC 跨链。当前 WBTC 的分布情况如下。
BitVM
在已有的三种桥接类型之外，Robin Linus 在 2023 年底发布了 BitVM 白皮书。BitVM 提出了一种在比特币上实现图灵完备（Turing complete）智能合约的新方法。如果一个系统可以在给定足够时间的情况下执行任何计算，则称其为图灵完备。正如前面提到的，比特币设计上是图灵不完备的，而 BitVM 提出了一种在不更改现有操作码的情况下克服这一问题的方法，并提出了一种所谓的无信任桥接机制。
BitVM 采用了一种 optimistically 验证的方式来处理零知识证明。在这种机制下，默认认为交易执行是正确的，前提是没有人对其提出异议。这种方法依赖于至少有一个验证者监控系统。如果交易执行有错误，验证者有责任站出来质疑，从而保障系统的正确性和安全性。这种机制确保了比特币网络上能够高效地处理和验证复杂计算，同时保持去中心化和安全性。
只要没有人对零知识证明（ZK proof）提出挑战，一切都正常进行。如当对零知识证明有异议时，系统会启动一个机制，通过链上的互动来解决争议。这种互动通常会增加链上的交易量，因为每一次挑战和响应都需要在区块链上记录。这种机制确保了即使在存在争议的情况下，系统也能够通过链上透明且可验证的方式来解决问题，从而保障交易的正确性和系统的安全性。
在 BitVM 的早期版本中，流动性管理存在显著的问题。当用户请求从桥接中提款时，系统只能完成部分提款，剩余部分需要由桥接操作员提供流动性。之后，操作员会从桥接系统中得到补偿。随着锁定在桥接中的金额增加，操作员必须预留更多的流动性资金，以确保能够满足所有用户的提款需求。这给操作员带来了很大的压力，因为他们需要提前准备足够的资金来应对提款请求。由于需要维持高水平的流动性，导致设计在资本效率上表现不佳，也就是说，需要更多的资金来确保系统的正常运行，而这些资金在大部分时间可能并不会被实际使用，从而降低了资本利用的效率。
假设桥接操作员需要始终保持桥接总锁定价值（TVL）的 10% 作为流动资金。例如，如果桥接 TVL 为 100 亿美元，操作员需要始终保持 10 亿美元的流动性储备。随着桥接系统吸引更多的流动性，操作员需要维持更多的比特币库存，以确保能够处理所有的提款请求。
Tyler White 和 Rijndael 撰写了一篇文章，详细解释了 BitVM 存在的问题，其中包括流动性管理的挑战。
执行层
为了提升比特币的实用性，设计一个能够提供最佳用户体验的区块链是至关重要的。开发者在设计这个区块链时需要考虑多个因素，以确保用户能够方便、安全地使用比特币。
执行环境：是否应该采用 EVM 兼容的链？EVM 兼容性有很多优势，例如：
多年来积累的工具，如钱包和连接其他 EVM 链的桥接，开发者可以直接使用。
用户对这种 UX 已经非常熟悉。
以太坊的 L2 已经从 EVM 兼容性中获益。像 Arbitrum 和 Optimism 这样的 EVM 兼容 L2 能迅速吸引已经在以太坊上的用户和应用程序。而像 Starknet 这种不兼容 EVM 的 L2 则面临较大的采用难题。
然而，EVM 也有其缺点。由于 EVM 需要串行执行交易，无法进行并行处理。而较新的执行环境，如 Solana 虚拟机（SVM）和即将推出的 Monad，则支持并行处理。
数据可用性：类似于以太坊，比特币领域也出现了一些 Rollup 解决方案。根据数据存储的位置和方式，Rollup 有不同的形式。有些在 L1 上存储状态差异（执行一批交易后链的两个状态之间的差异）和有效性证明。有些在 L1 上存储压缩的交易数据，还有一些仅在 L1 上存储有效性证明，而将交易数据存储在单独的层上。
一些链如 Stacks 使用比特币作为检查点机制。Stacks 的区块时间比比特币的要短得多。Stacks 将其区块之间的数据发布到每个比特币区块上。
执行层可以通过铭文的形式在比特币上发布交易数据。回想一下比特币网络的 6.66 kbps 带宽。如果我们假设压缩交易的大小为 10 字节（通常约为 20 字节），一个比特币区块理论上可以包含约 600 个压缩交易。然而，这个最大值几乎不可能实现，因为 4 MB 区块非常罕见，而且整个 4 MB 空间可用于铭文的情况更为罕见。
区块大小取决于 SegWit 和非 SegWit 交易的混合。SegWit（Segregated Witness）将交易数据与见证数据分离。其理念是，并非存储在区块中的所有数据都是同等重要的。与其将区块大小限制在传统的 1 MB，SegWit 提出了一个新的 4 百万重量单位的限制。因此，如果一个区块全部是非 SegWit 交易，限制将是 1 MB。但如果它全部是 SegWit 交易，它可以达到 4 MB。
多个团队在如何利用比特币的流动性方面有不同的策略和方法。每个团队都面临着各自的技术和设计挑战，并在这些挑战中做出了不同的选择。本文将简要介绍这些团队的工作机制、他们所处的开发阶段以及他们到目前为止所取得的进展。
通过研究这些团队的工作，可以更好地了解比特币生态系统的扩展和创新方向，以及如何更有效地利用比特币的巨大流动性。
Babylon
Babylon 专注于扩展比特币作为质押资产的用途。与其他第二层解决方案不同，Babylon 提出了一种新的方法，称为远程质押比特币。这种方法与传统的将比特币锁定在比特币网络上以铸造合成版本的方法不同。Babylon 的远程质押机制引入了以下机制：
当用户决定质押其 BTC 时，他们会创建一个特殊的 UTXO，这个 UTXO 被设计成只能在特定条件下使用。首先，它只能在质押期结束后使用，这意味着在质押期间，这些比特币是无法转移或使用的。其次，用户可以通过一个特殊的签名（EOTS）来终止质押并销毁这个 UTXO，从而解锁比特币。这种机制确保了质押的安全性和不可变性，同时也为用户提供了一定的灵活性，以便在需要时终止质押。
当用户质押其比特币并完成相应的交易后，他们将获得一个 EOTS。这个 EOTS 允许用户在 Cosmos 生态系统内的 PoS 区块链上参与验证区块。通过验证区块，用户可以赚取额外的收益。
当用户在质押期内遵守协议的规则，没有发生任何违约行为（如试图提前提取质押的比特币），他们就可以在质押期结束时解锁其比特币。此时，用户可以选择将其比特币解锁，或者在比特币网络上提交一个解除质押的交易，正式结束质押并收回其比特币。
如果检测到不诚实行为，用户的 EOTS 将向公众公开。Babylon 的监察员确保至少有一个诚实的操作员。这个程序套件作为比特币和 Babylon 之间数据的中继者。提交者程序使用 OP_RETURN 将 Babylon 检查点提交到比特币网络。报告者程序扫描 Babylon 检查点并将其报告回 Babylon。如果检测到异常，任何人（称为 slasher）都可以使用公共的 EOTS 密钥并提交比特币交易以获取恶意用户的质押。
一个常见的问题是为什么用户不能自己使用密钥取回质押。答案可能是，当矿工看到这笔交易时，如果有人发起相同的交易，矿工会选择费用更高的交易。例如，如果质押金额是 5 枚比特币，slasher 可以与矿工分享其中的 4.99 枚比特币 并获利。在这种情况下，矿工保留大部分利润而不是 slasher。然而，恶意用户无论如何都会失去大部分质押，无论是给 slasher 还是矿工。
Babylon 提出的远程质押比特币的方法，通过创建一个只能花费一次的 UTXO，使得用户可以在质押期内使用比特币参与其他 PoS 链的区块验证。然而，这种机制的复杂性在于，目前并不是所有的 PoS 链都成功实现了削减机制（即在验证者不诚实时减少其质押的惩罚机制）。此外，虽然 Babylon 的远程质押方法可以用来保护其他 PoS 链，但如果要实现 比特币的其他用途（如借贷），仍需要通过桥接机制将 BTC 转移到这些应用中。
Build on Bitcoin (BOB)
BOB 是一种基于 Optimistic Rollup 解决方案，旨在将比特币和以太坊生态系统相结合。Optimistic Rollup 是一种扩展以太坊的技术，通过将交易 Rollup 后再提交到以太坊主网上，来实现更高的交易速度和更低的费用。BOB 计划通过四个阶段的逐步发布，逐步实现其与比特币对齐的目标，为用户提供更加灵活和高效的区块链应用体验。
阶段 1 – OP Rollup。在这个阶段，它纯粹是一个以太坊 Rollup。欺诈证明尚未在主网上线。欺诈证明是一种机制，允许任何人质疑包含在 Rollup 批次中的交易的有效性。
阶段 2 – 具有比特币安全性的以太坊 Rollup。在这个阶段，BOB 将利用比特币的合并挖矿。合并挖矿允许矿工在比特币的同时保护（或挖矿）多个链。
阶段 3 – 通过 BitVM 的乐观比特币 Rollup。BitVM 目前尚未上线。当它在当前版本的基础上改进后上线时，BOB 将开始使用 BitVM 在比特币上结算。
阶段 4 – 比特币上的 ZK Rollup。在比特币接受允许验证 ZK 证明的操作码后，BOB 将使用 ZK 证明在比特币上结算。
截至 2024 年 6 月 17 日，BOB 的 TVL 约为 6000 万美元，其中 Sovryn DEX 贡献了约 2000 万美元。
Botanix
Botanix 团队带来了一个重要的创新：Spiderchain。Spiderchain 是 Botanix 上的一种滚动多重签名机制的协调节点。让我们来详细解释一下。一个 L2 需要一个桥接和一个执行交易的链。协调节点负责在比特币上保护用户资金，并在 EVM 层上铸造和销毁合成比特币。协调者运行比特币和 Spiderchain EVM（Botanix）节点。
假设网络上有 N 个协调节点。每个比特币区块会随机选择 M（<N）个协调者来保护传入的比特币。每个 spoch，新的密钥会与一组新的协调者一起生成。在桥接过程中，首先选择最新的比特币，以确保较旧和已建立的协调者控制较旧的币。
Botanix 的链兼容EVM，并由 PoS 共识机制保护。除了通过参与滚动多重签名网络来保护比特币上的比特币和促进合成比特币的铸造和赎回外，协调者还参与 EVM 链的区块构建。他们将 Botanix EVM 交易的根哈希（一个紧凑版本）作为铭文发布在比特币上。
需要注意的是，仅仅在比特币上发布数据并不意味着结算。这里的区别在于，像 Botanix 这样的外部链以铭文形式发布的数据存储在比特币节点（矿工）未验证的地方。比特币协议完全不知道这些数据。因此，无法确定铭文中发布的交易数据是否正确。
截至 2024 年 6 月，Botanix EVM 和 Spiderchain 仍处于测试网阶段。
Citrea
Citrea 正在比特币之上构建一个 ZK Rollup。比特币之上的意思是，它打算使用比特币作为数据可用性层。Citrea 认为，扩展比特币区块的最安全且激励对齐的方式是通过链上可验证性和数据来分片执行。分片执行意味着将执行任务分成更小的部分，通过这种方式，可以提高整体系统的效率和安全性。
然后，Citrea 将这些分片或交易批次聚合起来，并将两个交易批次之间的状态差异与称为有效性证明的证明一起发布在比特币上。然而，目前的问题是，比特币没有能力验证这些证明。因此，Citrea 的最终形式将不得不等到比特币有了允许其验证 ZK 证明的操作码。
在此期间，它将使用 BitVM 实现作为临时解决方案来处理证明，并桥接比特币进出 Rollup。自然，Citrea 也继承了前一节提到的 BitVM 的缺点。未来，随着 BitVM 的改进，Citrea 将改进其桥接功能。
来源 ：Citrea
截至 2024 年 6 月，Citrea 处于测试网阶段。
Mezo
Mezo 自称为比特币的经济层，而不是比特币的 L2。它使用 Threshold Network 的 tBTC 桥接，将比特币引入和带出 EVM 链。
Mezo 由开发了 tBTC, Fold, Keep 和 Taho. 等产品的团队构建。这个团队多年来一直致力于比特币相关应用的开发。Mezo 的目标很简单：扩展 比特币的使用场景。它通过以下三种机制实现这一目标：
让 Mezo 用户通过质押比特币来保护网络并赚取收益。
允许用户用比特币支付 Gas 费用，这些费用将分配给 veBTC 和 veMEZO 质押者。
构建一个端到端的 BitcoinFi 体验。
那么，什么是 BitcoinFi 和经济层？大多数新链，包括 EVM 兼容链，都依赖现有的用户体验，例如相同的钱包和桥接工具。改进用户体验几乎从未成为优先事项。而 Mezo 从零开始设计整个用户体验，这是非常罕见的。它包括以下内容：
一个由 BTC 支持的本地稳定币（mUSD），用户无需从其他链桥接。
一个由 BTC 担保的长尾借贷协议。
通过 Fold 提供的全面集成的上下车通道。
通过 Taho 提供的集成钱包体验。
将所有这些应用程序结合起来，Mezo 创建了一个独特的端到端 BitcoinFi 体验。
Mezo 基于 Cosmos SDK，并使用 Comet BFT 作为共识机制。
CometBFT 是一种软件，用于在多台机器上安全且一致地复制应用程序。所谓的安全，是指只要少于三分之一的机器以任意方式出现故障，CometBFT 就能正常工作。所谓的一致，是指每台非故障机器都能看到相同的交易日志并计算相同的状态。安全且一致的复制是分布式系统中的一个基本问题；它在从货币到选举再到基础设施编排等广泛应用的容错中起着关键作用。—— 来源：CometBTF 文档
CometBFT 由两个组件组成：一个共识引擎和一个通用应用程序接口。共识引擎基于 Tendermint 核心，负责区块生产、验证和最终性。Tendermint 是最早的权益证明共识设计之一，提供BFT 共识，这意味着即使网络中有最多三分之一的节点是恶意的，共识机制仍能正常工作并达成共识。这种容错能力使得网络更加安全和稳定。
ABCI 允许共识引擎（负责达成共识和验证区块）与应用程序逻辑（负责处理交易和执行智能合约）在不同的环境中运行。这种分离使系统更加模块化，各个组件可以独立开发、测试和升级。这种灵活性不仅提高了开发效率，还增加了系统的可维护性和可扩展性。开发人员不必限制在与共识引擎相同的编程语言中，这降低了开发的学习曲线，并且可以利用现有的技术堆栈和工具。由于可以使用不同的编程语言和工具，更多类型的应用程序可以在这个平台上开发和运行，从而吸引更多的开发人员和项目参与。Mezo 最初只兼容以太坊虚拟机（EVM）运行时，这意味着它能够运行基于以太坊的智能合约和应用程序。
Mezo 的设计使得随着它的普及，比特币持有者可能会直接或间接受益。具体来说：
直接收益：比特币持有者可以在 Mezo 上质押他们的比特币，以赚取质押收益。这意味着他们的比特币不仅是持有的资产，还可以通过质押获得额外的回报。
间接收益：即使比特币持有者选择继续在比特币网络上持有比特币，他们也能从中受益。这是因为当更多的比特币被取出流通并用于支付 Mezo 上的费用时，市场上流通的比特币总量减少。这种流通量的减少可能会导致比特币价值的提升，从而使持有者间接受益。
Mezo 有一个双重质押模型，如下图所示。网络上的验证者可以质押 比特币和 MEZO（Mezo 网络的本地代币）。通过质押比特币和 MEZO，验证者分别获得 veBTC 和 veMezo。「ve」代表验证者托管，这些代币通常锁定在智能合约中。验证者托管代币持有者具有治理权，网络奖励和费用收入与他们共享。
资产锁定时间越长，发放的 ve 代币越多。veBTC 质押者赚取比特币，veMEZO 质押者赚取 MEZO 奖励。部分 MEZO 奖励可以被销毁以增加比特币库存。
收益是 Mezo 的核心之一，因为用户支付的费用会分配给质押比特币的验证者。Mezo 计划通过其姊妹项目 Acre 提供的流动性质押进一步扩展 比特币质押的应用范围。当用户将比特币存入 Acre 时，他们会获得一个流动性质押代币 stBTC 作为回报。存入的比特币会被用于跨链和 DeFi 应用。通过这些活动产生的收益会累积在 stBTC 中，而 stBTC 可以 1:1 兑换为比特币。
来源 —Acre 博客
尽管比特币的市值超过了一万亿美元，但它在借贷市场上几乎没有发挥作用。下图显示了 WBTC 在借贷市场中的分布情况。数据显示，从 2023 年 7 月到 2024 年 6 月，前三个借贷应用中使用的 WBTC 数量从约 50,000 减少到约 23,000。借贷应用中 WBTC 总量的下降可以归因于 WBTC 供应量下降了 48%，从 2022 年 5 月的 285,000 WBTC 降至现在的略高于 150,000 WBTC。这种下降主要是由于市场在 Luna、3AC 和 Alameda 事件后的影响下意识到集中化方的风险。
在 Mezo 首次推出的第一阶段，它就已经开始接受比特币存款，并提供三种不同的锁定期：两个月、六个月和九个月。存款会以 HODL 分数的形式获得积分，每枚 BTC 每天产生 1000 分，且锁定期越长，乘数越高。用户还可以存入其他资产如 USDe、USDC 和 USDT，以增加 BTC 存款的收益。截至 2024 年 7 月，Mezo 的总锁仓量（TVL）达到 1.35 亿美元。
除了奖励持有者外，Mezo 还将与比特币核心协议分享部分费用。
Stacks
Stacks最近进行了Nakamoto升级，目的是解决升级前存在的链分叉和交易缓慢的问题。Stacks使用了一种名为转移证明（Proof of Transfer, PoX）的共识机制。
在这个机制下，有兴趣在Stacks上生成区块的比特币矿工需要发送一些比特币。假设矿工Alice被随机选中在Stacks上生成区块。矿工Alice发送的比特币会分配给那些质押（锁定/质押）Stacks本地代币STX的用户。这意味着质押STX的用户会得到比特币作为收益。有趣的是，这种收益是以比特币的形式提供的，而不是像大多数区块链那样，以链的本地代币形式提供。这种方式可能吸引更多用户，因为比特币被认为是一种更为稳定和广泛认可的加密货币。
那么一旦比特币矿工Alice被选中，她就可以一直生成Stacks区块，直到下一个比特币区块被挖出为止。当Alice生成Stacks区块后，这些区块会被发送给签名者进行验证。当超过70%的签名者接受这些Stacks区块时，它们就会被Stacks网络接受并加入区块链。假设 Alice 在下一个比特币区块被挖出前生成了 10 个 Stacks 区块，一旦下一个比特币区块被挖出，新的矿工（例如Bob）将有机会竞争生成下一批Stacks区块。
Bob会将Alice在Stacks上生成的第一个区块的哈希值添加到他提交到比特币区块链的区块提交交易中。Stackers（质押者）会检测到Bob提交的这笔交易。然后，他们在Stacks上创建一个任期变更交易，该交易包括Alice生成的最后一个区块（即第10个区块）的哈希值。
然比特币层的开发还处于早期阶段，但我们可以通过以下几个方面对这些链进行比较：
链设计：每条链的基础设计，包括共识机制、智能合约能力和扩展方案。例如，某些链可能注重安全性和去中心化，而其他链则可能更侧重于高吞吐量和低延迟。
桥设计：链之间桥接的设计如何实现跨链资产的转移和互操作性。桥接机制包括如何在不牺牲安全性的情况下将比特币转移到其他区块链上，并保障跨链交易的可靠性。
总锁定价值：总锁定价值是用户锁定或质押在协议中的总资产价值。
除了前面提到的团队外，许多其他团队也在构建比特币的扩展层。这些团队包括 Alpen、Bison、BitLayer、Rootstock、SatoshiVM 和 Soveryn 等。读者可以在这里找到完整列表。
L2 在两个方面对 L1 有帮助：扩展规模和降低成本。它们为用户提供了更便宜的交易方式，同时不会牺牲太多安全性（对于那些具有非托管、无需信任的桥接和没有额外安全假设的 L2 来说，甚至没有安全性损失）。
以以太坊 L2 为例。根据 Token Terminal 的数据，在 2024 年 6 月的第二周，以太坊上进行了 710 万笔交易，收入为 1060 万美元。用户每笔交易的成本约为 1.5 美元。同时，五个 L2——Arbitrum、Base、Blast、Optimism 和 Polygon——进行了超过 7000 万笔交易，总费用为 275 万美元。每笔交易的费用约为 0.03 美元。
我们可以讨论这些交易的质量，包括它们是否是机器人交易。但是不得不承认，以太坊本身无法支持那么多交易。
但是，当使用 L2 层解决方案时，L1 不再直接与用户进行交互。这样的缺点类似于传统商业模式中的情况：那些更接近终端用户的企业通常能获取更多的价值。亚马逊是一个很好的例子，因为它拥有庞大的分销网络，这使得它在与供应商和制造商的关系中占据优势地位。
Dollar Shave Club 采用了订阅模式，将剃须刀直接销售给消费者。这种模式绕过了传统的零售渠道，例如商店和批发商，从而节省了这些中间环节的成本。由于没有中间商赚差价，Dollar Shave Club 能够以更低的价格将剃须刀卖给消费者，同时保留了更多的利润和价值，而不是将其分给传统供应链中的其他环节。
通常情况下，增加中间层会削弱企业与最终客户的直接联系，这在传统商业中被视为不利，因为企业希望直接接触客户，保持客户关系并获得更多的价值。然而，在区块链领域，通过引入 L2 解决方案，L1 并没有失去与用户的联系。相反，它们采用了一种企业对企业（B2B）的模式，将用户的某些交互和交易处理委托给 L2。这种模式带来了扩展和降低成本的好处。但问题是，这样做是否会让 L2 捕获大部分的价值？并且，L2 是否会向 L1 传递足够的费用，确保 L1 仍然能获得应有的收益和资源来维持其网络运营。
以太坊在过去三年里广泛采用了 L2 解决方案，这使得我们可以通过分析这些解决方案对以太坊生态系统的影响来得出结论。掠夺性（predatory）的意思是 L2 是否从以太坊中获取了过多的价值，从而削弱了以太坊自身的价值和作用。要确定这一点，可以从以下两种方法入手：
1：通过观察以太坊在其生态系统中收入占比的变化，来评估 L2 的影响。图表展示了以太坊与五个领先的 L2 解决方案在收入上的对比。数据显示，以太坊在整个生态系统的收入中始终占据 90% 以上的份额。这意味着，即使有 L2 的存在，以太坊仍然保持了其大部分的收入，L2 并未对以太坊的经济造成显著的负面影响。
2：另一种方法是查看市值或价格。价值捕获通常反映在资产的价格中。通过分析 ETH（以太坊的原生代币）在整个以太坊生态系统中的总市值占比，可以看出以太坊是否受到 L2 的影响。目前，ETH 占整个以太坊生态系统总市值的 95% 以上，即使考虑到前 10 个 L2 的市值。这表明，即便有 L2 存在，以太坊的市值仍然占据绝大部分，L2 并未显著影响以太坊的总体价值。
以太坊本身无法支持那么多交易，但它仍然捕获了 90% 以上的生态系统价值，这表明 L2 是扩展以太坊的正确步骤。只要 L2 在 L1 上结算，L2 之间对 L1 区块空间的健康竞争对基础层的健康有利。
接下来是什么？
假设比特币和其他链条是不同的岛屿。为了创建真正的 L2，这些岛屿需要通过桥梁连接起来，但前提是比特币岛居民需要达成共识。目前，一些项目希望成为比特币的 L2，正在努力建立基础设施，作为一种临时解决方案。
当这些 L2 岛屿已经准备好，就只需要等待比特币岛居民同意需要桥接到其他岛屿了。在达成内部共识之前，不要试图找到更复杂的桥接方法，而是要专注于使用已经被证明有效并经过实战测试的基础设施。
不同项目如何现代化比特币岛并准备桥梁基础设施以连接其他岛屿
比特币社区成员对比特币系统的安全性非常重视，他们对于任何可能改变比特币系统的提案都会进行详细的讨论。任何想对比特币进行修改的人都可以起草一个比特币改进提案（BIP）。这个过程通常会首先在各种论坛上进行非正式讨论，作者会根据反馈对提案进行修改。之后，社区中的一个专门委员会会对提案进行审核并编号，使其成为正式的提案。
一些比特币社区的成员理解在保持谨慎的前提下对比特币系统进行现代化发展的重要性。例如，像 Botanix、Taproot Wizards 和 Thesis 这样的团队正在努力增加操作码，以扩展比特币的可编程性。Ethan Heilman 和 Armin Sabouri 提出的比特币改进提案BIP-420（也称为 OP_CAT）有望为比特币带来许多新的可能性。CAT 代表连接（concatenate）。虽然它原本是比特币操作码的一部分，但由于安全问题，中本聪将其删除。不过，随着比特币执行环境的演变，这些安全问题已经得到缓解，因此重新引入这一操作码将为比特币系统带来更多功能和应用。
该操作码允许将两段数据连接在一起。它解锁了从自定义交易类型（如动态托管系统）、智能合约（如原子交换）到不同的 DeFi 应用程序以及与外部链更大互操作性的众多可能性。
像 Starkware 这样的团队已经建议通过引入 OP_CAT，可以将 STARK 验证引入比特币。这意味着比特币可以验证零知识证明（Zk 证明），从而启用 Rollup 技术。这种设计范式不仅允许在比特币上实现通用的设计，还能显著提高比特币的可扩展性。
Taproot Wizards 团队正在进行其他设计（如CATVM）。这个设计将使用 OP_CAT 操作码创建无信任桥梁，与当前的 BitVM 设计不同，CATVM 没有流动性要求。CATVM 还将实现序数和符文的去中心化交易，其用户体验将与其他链上的用户体验一样好。
SegWit 为 Taproot 升级铺平了道路，而 Taproot 反过来对序数的重要性不言而喻。序数和铭文使 BRC-20 和符文的实现成为可能。比特币开发者最近的热情表明，他们越来越支持实现 BIP-420（也称为 OP_CAT）的社会共识。OP_CAT 操作码还具有向后兼容性，这意味着网络不需要进行硬分叉来激活它。我们期待它上线，并见证比特币原生可编程性新时代的到来。
比特币开发者围绕比特币构建了许多独立项目，这些项目就像是围绕强大比特币岛的小现代岛屿。随着 BIP-420（一个新的比特币改进提案）的推出，可能会有方法将这些独立的小岛屿融合在一起，形成一个繁荣和现代化的整体岛屿。
随着比特币在未来的各种变化，希望用户在不同的金融应用中使用比特币时不再需要了解底层的技术细节和各个层的差异。比特币层之间的整合将会变得像今天在孟买穿行一样自然和无缝，我们完全不会意识到这个繁忙的大都市曾经是由七个独立的岛屿组成的。
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