比特幣智能合約的新探索：RGB、RGB++和Arch Network

比特幣作爲區塊鏈領域流動性最佳且最安全的網路，在銘文熱潮後吸引了大量開發者。這些開發者很快意識到比特幣的可編程性和擴容問題，並開始探索各種解決方案，如零知識證明、數據可用性、側鏈、rollup和重質押等。這些創新使比特幣生態日益繁榮，成爲當前牛市的主要焦點。

然而，許多方案沿用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。少數方案基於比特幣本身的特性設計，這與比特幣開發環境的復雜性有關。比特幣難以像以太坊那樣運行智能合約，主要原因包括：

1. 比特幣腳本語言爲保障安全性而限制了圖靈完備性。
2. 比特幣區塊鏈存儲針對簡單交易設計，未針對復雜智能合約優化。
3. 比特幣缺乏運行智能合約的虛擬機。

近年來，比特幣網路經歷了重要升級。2017年的隔離見證（SegWit）擴大了區塊大小限制；2021年的Taproot升級實現了批量籤名驗證，簡化了原子交換、多重籤名錢包和條件支付等操作。這些進展爲比特幣的可編程性開闢了新途徑。

2022年，開發者Casey Rodarmor提出"Ordinal Theory"，描述了一種爲聰編號的方案，允許在比特幣交易中嵌入圖像等任意數據。這爲直接在比特幣鏈上嵌入狀態信息和元數據提供了新可能，對需要訪問和驗證狀態數據的智能合約應用開創了新思路。

目前，大多數擴展比特幣編程能力的項目依賴二層網路（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，無法在不增加額外信任假設的情況下實現L2與L1的通信。

RGB、RGB++和Arch Network嘗試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，將合約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++是在RGB思路基礎上的另一擴展路線，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虛擬機和驗證者節點網路，通過聚合交易將狀態變化和資產記錄在比特幣交易中。

RGB

RGB是比特幣社區早期智能合約擴展思路，通過UTXO封裝記錄狀態數據，爲後續比特幣原生擴容奠定了重要基礎。

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驗證。這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。僅讓特定交易相關節點參與驗證雖然增強了隱私，但導致第三方無法可見，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，相當於創建時上鎖，花費時解鎖。智能合約狀態通過UTXO封裝並由密封條管理，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。使用如CKB這樣的圖靈完備UTXO鏈作爲影子鏈，RGB++能處理鏈下數據和智能合約。這種鏈不僅可執行復雜智能合約，還可與比特幣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，確保兩鏈間狀態和資產一致性，保證交易安全。

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，RGB++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至網路內所有其他驗證者節點。所有零知識證明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，即可在比特幣網路廣播。

結論

RGB、RGB++和Arch Network在比特幣可編程性設計方面各具特色，都延續了綁定UTXO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劣勢，如用戶體驗欠佳，與比特幣一致的確認延遲和低性能。它們主要擴展了功能，但未提升性能，這在Arch和RGB中尤爲明顯。RGB++設計雖通過引入高性能UTXO鏈提供了更好用戶體驗，但也帶來額外安全性假設。

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升級提案正積極討論中。切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，將成爲比特幣智能合約的重大進步。