BTC layer2 協議研究
髮展背景
長期以來，BTC以其極高的安全性受到用戶追捧。然而，隨著加密貨幣用戶的增長，無法實現圖靈完備的BTC網絡，已經無法滿足用戶對加密貨幣繫統中低手續費、便捷、即時、隱私保護、資産多樣化的要求。即雖然BTC目前擁有最大的加密貨幣資産市值，但基於BTC所衍生的生態髮展，在市場的競爭力併不大。
雖然BTC自誕生也經歷了多次升級，包括：
1）2012年，首次提出掛鉤側鏈（Pegged Sidechains）的概念，它源自雙曏掛鉤（Two-way Peg），可以讓資産在兩條鏈上無縫轉移。該提案爲後續側鏈技術奠定了基礎；
2）2014年，Blockstream成立，開始研髮側鏈技術，以提高比特幣的可擴展性；
3）2015年，閃電網絡白皮書髮布。閃電網絡是一種將小額交易與主鏈解耦的解決方案。通過創建雙曏支付通道，無需在區塊鏈上記録中間交易，隻需要在BTC上記録最終狀態。
4）2017年，SegWit（隔離見證）升級激活，解決了比特幣區塊鏈中的交易可塑性問題，爲Layer 2技術的髮展提供了可能；
5）2018年以來，開髮者逐漸開始部署閃電網絡節點，併穫得了一定的用戶量和支持。據bitcoinvisuals網站統計，截至2023年10月，閃電網絡上的節點數量已超過16,000個，可容納60,000多個支付通道，網絡容量超過5,000個比特幣，價值超過1億美元美元。
近期，BRC-20代幣標準的出現，進一步豐富了比特幣相關生態繫統，讓BTC Layer2再次進入了公衆的視野。Layer2併非是一種直接修改原鏈的擴容方案，在歷史上的升級中，直接改進BTC的底層協議的操作，往往覆雜程度高，社區阻力較強，也會增加BTC繫統的風險，甚至導緻了幾次導緻硬分叉和社區分裂（如BSV、BCH等）。
即，對比特幣進行突然且實質性的改變容易對該協議的核心規則産生反作用。雖然比特幣的升級肯定會繼續，但任何變革性的解決方案都不會一蹴而就。目前，既然以太坊已經成功實現了基於Layer2的擴容方案，那麽比特幣網絡或許也可以採用類似的架構，來幫助擴展網絡性能，以容納數十億用戶。
Layer 2概念
Layer 2概念來自於以太坊擴容設計的方案的衍生——以Rollup的方式打包交易，併將網絡安全性依托於以太坊（L1）的網絡共識。以此，Layer 2可以專註於其網絡的的性能提升、費用優化等，最大化的提供給用戶高效的使用體驗，衕時網絡上核心數據都會及時傳遞到以太坊，併存儲在區塊上。一旦網絡被攻擊或節點作惡等，可以利用以太坊上數據進行回滾，以此實現網絡的安全性。
Layer 2 是相對於 Layer 1 而存在的，在解決擴容方案的時候，最開始想到的是對公鏈本身擴容，即 Layer 1 的擴容，比如早期對比特幣進行區塊大小調整，隔壁見證的引入，以太坊2.0的轉 POS 和分片機製的實施等，都是在Layer 1 層麵進行的擴容。
但由於麵臨“區塊鏈三角問題”，Layer 1無法衕時兼顧性能、安全性、去中心化三方麵的提升，所以， Layer 2 是一種折中的解決，它將安全性依托於底層的Layer 1，而自身網絡則可以最大的化提升網絡效率、降低GAS費用，以接納更大規模群體的用戶，併實現加密貨幣用戶日益增加的多樣化功能需求；
Layer 2 不改變區塊鏈協議本身，即不篡改 Layer 1 上任何去中心化或安全特性，通過鏈上智能合約與鏈下數據的交互，來爲其提供了新的功能和性能。這樣的方式也更適合BTC網絡的擴容髮展；
使比特幣（和其他資産）能夠在不直接使用區塊鏈的情況下進行轉移。雖然每個比特幣層都有自己獨特的共識機製來連接比特幣，但目標是相衕的：將交易轉移到鏈外，使其更快、更便宜、更可編程和可擴展。
假設比特幣作爲交易的最終結算層，那麽基於上層的Layer2的升級和髮展併不會影響到BTC的安全性，衕時，Layer2具備多重優勢：交易速度更快，費用更低，更適合需要更快確認的比特幣用戶；增加了智能合約功能，具有完整執行環境的智能合約使得去中心化應用的開髮成爲可能，這極大地拓展了比特幣的應用場景，包括去中心化金融（DeFi）、不可替代代幣（NFT）和去中心化自治組織（DAO） 。
所以，BTC Layer 2或許是更合適的擴容方案。即在BTC的基礎上構建一個新的層，而不改變BTC，衕時滿足用戶對可擴展性的需求。本文主要對目前主流的 BTC Layer 2協議進行介紹，併對其未來進行了展望。
BTC Layer2
目前基於BTC網絡構建的Layer2方案有很多，但和以太坊不衕的，目前多數BTC生態中的Layer 2項目，他們在技術架構的設計具備多種類型，這也是受於BTC網絡自身限製問題，開髮者無法像以太坊Layer 2一樣，直接以Rollup的形式部署Layer 2，更多是採用側鏈、狀態通道等方式，如下圖：
圖片來源：@Janenico"">https://medium.com/@Janenico
從技術角度而言，不衕架構的形式實現，具備不衕的特點：
Rollup：目前以太坊主流的Layer2擴容方案，本質上是將計算過程從主鏈的交易轉移到“Rollup鏈”上。在Rollup鏈上執行交易後，數據被聚合併彙總，傳輸到主鏈進行驗證，併存儲，穫得主鏈提供共識安全。
狀態通道：比較典型的是閃電網絡，其理念是在比特幣網絡之外開通一條“緑色通道”，將大量高頻的、小額的交易在區塊鏈外進行，最終的結算數據放在鏈上，鏈下交易的確認和支付通道等問題，通過RSMC和HTLC等技術方式去解決。相比Rollup等方案，它沒有一條獨立的鏈，而隻有一個通道。
側鏈：基於比特幣網絡，再另外創造一條鏈。而在這條鏈上做更多的智能合約或者是其他的運算執行。側鏈和比特幣之間的交互，主要是側鏈去驗證比特幣主鏈上的信息，然後做後續的執行，側鏈一般是採用聯盟側鏈的形式管理，中心化程度較高。
客戶端驗證：和狀態通道相似，但客戶端驗證不需要所有的狀態轉換過程都在主鏈上的所有節點/礦工來通過重覆計算的方式來驗證，隻需要利用主鏈來保證承諾的安全性即可，主要項目包括：RGB、Taro 等。
下麵介紹主流的代錶項目：
目前比較知名的BTC Layer2 相關概念項目有Liquid Network、Lightning Network、Rootstock、Stacks等。
Liquid Network
Liquid Network是由Blockstream團隊所開髮的比特幣側鏈，旨在促進比特幣交易的快速結算。該網絡的共識機製與比特幣類似，但在鏈的治理結構上具有中心化的特徵；
團隊方麵，Blockstream是一家旨在擴大比特幣協議層功能的公司，主導研髮側鏈的擴展機製；其團隊包括比特幣核心開髮者Gregory Maxwell，Jonathan Wilkins等。2014年11月，該公司穫得2,100萬美元種子輪融資，領投人是LinkedIn聯合創始人兼Airbnb董事會成員雷德·霍夫曼、科斯拉風險投資公司（Khosla Ventures）等。
Liquid Network網絡的特點在於：
快速結算：Liquid Network的出塊時間僅爲60秒，比比特幣的10分鐘快得多，這意味著Liquid Network上的交易可以更快地得到確認和結算。
交易費用低：Liquid Network 的交易費用平均僅爲比特幣的十分之一左右。這使得小額支付和日常交易更具成本效益。
中心化結構：與比特幣的去中心化結構不衕，Liquid Network 具有更加中心化的結構。這是爲了提高性能而做出的妥協，可以實現更快的交易確認和更高的吞吐量。
Liquid Network 的主要目的是提供更適合比特幣快速、高頻交易需求的解決方案。它可以廣泛應用於加密貨幣交易所、支付服務和其他金融應用，使這些交易更加高效和便捷。
圖片來源：https://docs.liquid.net/docs/technical-overview
Liquid目前由分布在全球的成員聯盟運營，Liquid 網絡擁有超過35 家交易所、交易部門和金融機構的成員，成員共衕管理網絡併指導其髮展。
自2018年底推出，Liquid Network已經取得了顯著的增長。Liquid Network 的網絡容量是衡量其採用情況的一個關鍵指標，在2022到2023這一年期間裡，網絡容量一直維持在3,500 BTC左右，即越來越多的用戶和實體正在選擇將比特幣鎖定到 Liquid Network 上。
閃電網絡 (Lightning Network)
在 2015 年的 2 月由Thaddeus Dryja 和 Joseph Poon 一起撰寫了一份名爲 “The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments ” 的白皮書首次展示閃電網絡的構建。
在 2016 年，Dryja 和 Poon 共衕創立了一家名爲 Lightning Labs 的公司來開髮閃電網絡技術；2018年， Lightning Labs在比特幣主網上推出了閃電網絡測試版，併開始實結果才在鏈上確認，從而提高比特幣網絡的交易效率，讓用戶能夠以更低的成本、更快的速度完成支付。
後續閃電網絡不斷髮展迭代，在2021年薩爾瓦多將比特幣法幣化後，閃電網絡的支付數量和金額迅速上升。截止至2023年10月8日，閃電網絡一共有1.6萬個節點，近7.7萬個支付通道，通道資金約5,356枚比特幣（約合1.24億美金）。
閃電網絡的基本原理是構建一個用戶點對點之間交易通道，其通過智能合約打開一個支付通道網絡，而該網絡本質上交易雙方的一個賬本，保存雙方之間的交易記録。
交易雙方都先存入其中一定數量的比特幣進入閃電網絡中。而閃電網絡的作用則是負責完成交易記録，併把最後的交易結果廣播到BTC網絡上，即交易是鏈下完成，而交易結果則會被保存在鏈上，由閃電網絡負責將雙方賬號餘額更新。
圖片來源：https://www.youtube.com/watch?v=FOT6NqaEtfc
當然，閃電網絡不是簡單的雙方交易者的鏈接，而是可以實現多用戶多通道，相互鏈接的支付網絡；對於閃電網絡而言，除了交易速度和費用外，更重要的是確保交易者不存在作弊行爲，爲了防止交易者試圖通過虛假的結賬聲明來竊取比特幣，閃電網絡有一個懲罰協議。如果Alice髮送了不正確的信息，而Bob證明這個信息是假的，那麽通道中的所有資金都將被轉移到Bob。
其中的技術關鍵是哈希時間鎖定合約（HTLCs），這個協議允許交易通過支付通道路徑髮送比特幣，但也消除了攔截和保留付款的可能性。簡單地説，在最終結算時，HTLCs要求收件人確認他已經收到付款。如果收件人在一定時間內沒有確認收到付款，付款將被退回給髮件人。
閃電網絡的用例廣泛，目前包括社交平颱打賞支付、跨境彙款、商戶支付、轉賬交易等都已經構建了閃電網絡，能夠滿足多樣化的支付場景需求。在2022年，閃電網絡領域也出現了多筆大額融資，包括a16z、Paradigm在內的頂級機構也參與到了相關項目的投資中。
目前而言，Lightning Labs 將閃電網絡服務提供商（LSP）定義爲「代錶他人在閃電網絡上提供流動性服務的實體」，併將 LSP 分爲三類：流動性提供者、基礎設施供應商、聯合流動性和基礎設施提供商。
當下具備代錶性的LSP項目，如下註：
Voltage：提供針對企業的閃電網絡服務，無需閃電工程師即可部署閃電網絡；
Lightspark：閃電網絡支付解決方案提供商，通過閃電網絡爲互聯網啟用開放支付協議；LightningLoop：Lightning Labs 提供的一項非托管服務，可以輕鬆地將比特幣移入和移出閃電網絡。
Boltz：專註於隱私、無需賬戶的比特幣交易所和閃電網絡服務提供商，緻力於閃電網絡集成和構建Lapp；
AMBOSS：閃電網絡數據分析平颱，提供數據、見解和協調工具；
BTCPay Server：自托管的開源加密貨幣支付處理商。
在今年7月6日，閃電實驗室推出了一款新的開髮者工具，使閃電網絡和人工智能開髮者社區能夠構建包容性、開箱即用、經濟高效的LLM（大型語言模型）工具。這些工具促使了比特幣生態更好的與人工智能結合，擴展比特幣網絡算力應用前景。
Rootstock
Rootstock是一個由比特幣網絡所保護的智能合約平颱，創立於2016年，其思路是在比特幣區塊鏈上開髮一條雙曏錨定的側鏈，比特幣礦工可通過聯合挖礦穫得獎勵，以實現一個支持智能合約，且擁有更高性能的比特幣輔助網絡。
RSK團隊在區塊鏈和軟件開髮具有豐富經驗，其首席科學家Sergio曾創立專註加密貨幣計算安全的公司Coinspect和加密貨幣開髮軟件工廠CoinFabrik。Diego則擁有豐富的互金産品開髮經驗，曾創辦金融借貸公司Koibanx。RSK曾在先後穫得來自比特大陸等投資方的兩輪融資，融資金額纍計450萬美元。
RSK網絡具備一個RVM虛擬機，可以讓開髮者使用以太坊的語言去構建智能合約，包括與以太坊生態工具集兼容；衕時，RSK網絡使用RBTC作爲處理交易和合約手續費，由主網上的BTC通過跨鏈橋1：1髮行，可以隨時轉爲比特幣。開髮者們在RSK網絡中部署智能合約時消耗的費用就是用RBTC代幣來結算的，RBTC主要用於支付智能合約的執行費用，與ETH用作支付以太坊gas費類似，網絡所消耗的RBTC會被作爲獎勵分給提供算力運行智能合約的礦工。
與其他比特幣分層解決方案相比，RSK的網絡特點在於：合併挖礦。RSK 使用與比特幣相衕的工作量證明 (PoW) 共識算法，但礦工可以比比特幣基礎層更快地生成區塊。這些RSK區塊是通過稱爲合併挖礦的過程來開採的。由於兩個區塊鏈使用相衕的共識，礦工可以衕時對比特幣和RSK區塊鏈進行合併挖礦併進行挖礦，併讓比特幣和RSK消耗相衕的挖礦算力，因此礦工貢獻的算力也可以挖礦 RSK區塊，允許合併挖礦顯著提高礦工的盈利能力，而無需投入額外的資源。
圖片來源：https://dev.rootstock.io/rsk/architecture/
RSK的網絡構建，如上圖。底層而言通過合併挖礦允許 RSK 驗證交易、生成區塊併將其髮送到比特幣。通過此挖掘過程，讓 RSK網絡 的智能合約受益於比特幣區塊鏈的安全性。
併基於比特幣的共識保護，構建RSK本身智能合約層，在這層之下，網絡具備EVM兼容、可以實現開髮者快速部署應用，和滿足用戶的各類交易需求；RSK可以大約每33秒創建一個新區塊，每秒可以處理大約 10-20 筆交易，這比比特幣每秒大約 5 筆交易要高效；
目前而言，RSK已經完成一定規模的生態構建，纍積網絡擁有47個協議，每月的網絡交易筆數爲7萬左右；生態髮展屬於BTC Layer2中等偏上。
Stacks
Stacks 是一個擁有原生態開髮語言的智能合約網絡，其網絡的安全性衕樣由比特幣進行保護。Stacks 的初始版本於2021年初推出，引入了比特幣交易結算，採用Clarity語言用於智能合約設計以及支持BTC進行資産原子互換等功能。
Stacks 通過在比特幣主鏈上提交錨定交易來實現與比特幣主鏈的集成，這些錨定交易包含了Stacks鏈上區塊頭信息的摘要和一些附加信息，併被廣播到比特幣網絡中以確保其不可篡改。併且，Stacks擁有自己的共識算法PoX（Proof of Transfer）：在Stacks 中礦工和交易驗證者是兩個角色，交易驗證者需要質押 STX代幣（挖BTC），礦工則需要在 Bitcoin 主鏈上質押 BTC（挖 STX）。即Stacks雖然將安全性依附於比特幣網絡之下，但本質Stacks是條側鏈，其擁有獨立的共識驗證網絡。
在網絡設計上，Stacks 的底部是基礎結算層（比特幣），然後在其頂部添加智能合約和可編程性層（Stacks），然後在其上層實現可擴展性和速度（ Hiro 子網）。
圖片來源：https://docs.stacks.co/docs/intro
Stacks核心層基於PoX（轉移證明）機製與比特幣層進行交互，PoX是類似PoS的權益質押，礦工通過在比特幣區塊鏈上髮送交易來參與領導人選舉，可驗證隨機函數VRF隨機選擇每輪的領導人， 穫選的領導人在Stacks鏈上寫入新的區塊。
具體過程：
PoX礦工在比特幣層上花費比特幣來參與競標，以成爲下一個區塊的領導者，穫得STX代幣作爲獎勵。
當PoX礦工贏得了領導者競標，他們將開始創建新的區塊併將其添加到Stacks層中。這個過程是通過鏈錨定實現的，即將Stacks區塊鏈中的信息與比特幣區塊鏈上的信息進行綁定。
在Stacks層中，新的區塊包含了所有最新的交易和狀態變化。這些交易和狀態變化被廣播到整個網絡，併且由其他節點進行驗證和確認。
一旦新的區塊被確認，它就會被添加到Stacks區塊鏈中，併且所有相關方都可以看到最新狀態。
STX 持有者可以參與共識，通過參與一個名爲“Stacking”的流程穫得BTC獎勵。這個流程是用戶將他們的STX鎖定一個獎勵周期 (大約兩周)，運行或支持一個完整的節點，併通過STX交易在網絡上髮送有用的信息。積極參與Stacking的STX持有者將穫得該周期的比特幣獎勵。
目前而言Stacks網絡擁有約2千萬左右的TVL，50＋生態協議，雖然規模上相比以太坊的Layer2仍然偏小，但Stacks是目前BTC生態中，作爲Layer2領域內，生態髮展較爲領先的平颱。
圖片來源：https://defillama.com/chain/Stacks
Stacks 網絡爲開髮者構建各種去中心化應用程序打開了大門，併且將 DApp 環境部署在目前最安全的區塊鏈網絡上，使開髮者能夠以信心設計能夠安全處理敏感數據和有價值資産的應用程序。
總結與展望
隨著比特幣網絡上的交易量越來越多，如何讓比特幣承載更多的交易和生態是目前主要的髮展方曏，無論是閃電網絡、側鏈還是RGB協議，比特幣二層的髮展也在持續進行，最終達到比特幣網絡安全性和可擴展性的兼容。
當前比特幣生態的規模距以太坊還有不少的差距，一是知名項目相對於以太坊較少，二是用戶規模也不如以太坊，但作爲當前市值最高的區塊鏈網絡，所衍生的生態群體，其增長潛力還是很大的。
而目前比特幣Layer2的髮展睏境在於——局限於三種類型特點的網絡中：開放式網絡和聯盟式網絡；髮幣或不髮幣；EVM兼容或原生態開髮者語言；
在三個理想的屬性（a）開放網絡，（b）沒有新代幣，以及（c）完整/全局虛擬機中，開髮人員隻能選擇任意兩個。選擇是： (a) 要麽是開放網絡（理想），要麽是聯盟。(b) 不引入代幣（理想）或引入代幣。(c) 擁有完整/全局虛擬機或有限的鏈下合約。
Liquid作爲聯盟鏈運行，無法髮幣。Lightning選擇成爲開放式網絡，但沒有全局狀態或完整的虛擬機。Stacks和RSK擁有開放式網絡，其髮行了自身網絡的代幣STX和RSK，它們都旨在擴展比特幣的功能和應用場景，兩者的區別在於網絡的兼容實現和網絡安全性保障的設計上。相對比而言：
Stack網絡的構建與比特幣的連接更爲緊密，而RSK擁有EVM兼容，更利於開髮者進入RSK生態；更高效的智能合約執行：STX代幣與網絡髮展綁定，更能捕穫到生態髮展價值；治理方麵，Stack可以讓任意社區成員參與，而而RSK治理模式是通過5個席位組成的治理委員會來代錶社區參與。
從項目價值麵角度：對於投資者而言，目前可選的關於BTC Layer2的標的併不多。Stack整體髮展較好，目前市值也已經達到了10億左右，相比其僅擁有2千萬的TVL而言，生態數據的髮展仍然需要進一步提升；而如RSK，目前市值在1億左右，仍然有不錯的上限空間，但目前網絡每月活躍筆數僅有7萬左右；
所以，目前整體BTCLayer2概念賽道，相比以太坊Layer2的成熟度，仍然有較大差距；但隨著比特幣生態各基礎設施日漸完善，相信會吸引到越來越多的項目入駐和投資者的關註。
近期，如以閃電網絡爲基礎的OmniBOLT和RGB協議等項目的已經在持續髮力，Ordinals、Nostr Assets Protocol Atomiclas等相關銘文NFT交易市場也值得關註。未來比特幣生態將在支付、DeFi、NFT 等領域加速髮展，會覆蓋更多的賽道和用戶。
如何穫得 STX/RIF 代幣？
要穫得STX/RIF，您可以使用中心化加密貨幣交易所購買。例如，您可在支持STX/RIF交易的、具有信譽良好的交易所Gate.io上購買。首先，創建一個賬戶；然後，認證帳戶併存入您想要的代幣。創建完帳戶後，您就能根據提示完成購買併穫得STX/RIF。請記住，購買前要進行研究併比較不衕交易所的價格，併確保將購買的代幣存放在安全可靠的錢包中。
開始交易 STX/RIF
相关文章
