Pesquisa CGV | Das moedas coloridas aos contratos inteligentes, uma análise abrangente da evolução tecnológica no ecossistema Bitcoin

Produzido por: CGV Research
Autor: Cínico

O Bitcoin, como a primeira moeda digital descentralizada de sucesso, tem estado no centro do campo das criptomoedas desde a sua criação em 2009. Servindo como um meio inovador de pagamento e reserva de valor, o Bitcoin despertou um interesse global generalizado nas criptomoedas e na tecnologia blockchain. No entanto, à medida que o ecossistema Bitcoin continua a amadurecer e a expandir-se, enfrenta vários desafios, incluindo velocidade de transação, escalabilidade, segurança e questões regulamentares.

Recentemente, o ecossistema de scripts, liderado pelo BRC20, conquistou o mercado, com vários scripts experimentando um aumento de mais de cem vezes. As transações on-chain de Bitcoin estão severamente congestionadas, com o Gas médio atingindo mais de 300 sat/vB. Simultaneamente, o airdrop da Nostr Assets captura ainda mais a atenção do mercado e o design do protocolo whitepaperSão propostos programas como BitVM e BitStream, indicando o potencial crescente do ecossistema Bitcoin.

A equipe de Pesquisa CGV, através de uma revisão abrangente do estado atual do ecossistema Bitcoin, abrangendo avanços tecnológicos, dinâmica de mercado, regulamentações legais, etc., conduz uma análise aprofundada da tecnologia Bitcoin e examina as tendências do mercado. Nosso objetivo é fornecer uma perspectiva panorâmica sobre o desenvolvimento do Bitcoin. O artigo começa revisitando os princípios fundamentais e a história do desenvolvimento do Bitcoin, depois se aprofunda nas inovações tecnológicas da rede Bitcoin, como a Lightning Network e a Segregated Witness, enquanto faz previsões sobre suas futuras tendências de desenvolvimento.

Emissão de ativos: começando com moedas coloridas

A essência do ecossistema Script reside em proporcionar aos indivíduos comuns o direito de emitir ativos com baixas barreiras, acompanhados de simplicidade, justiça e conveniência. O surgimento do protocolo de script no Bitcoin ocorreu em 2023, mas já em 2012 existia o conceito de utilização do Bitcoin para emissão de ativos, conhecidos como Moedas Coloridas.

Moedas coloridas: primeiras tentativas

Moedas Coloridas referem-se a um conjunto de tecnologias que utilizam o sistema Bitcoin para registrar a criação, propriedade e transferência de outros ativos além do Bitcoin. Essa tecnologia pode ser empregada para rastrear ativos digitais e tangíveis detidos por terceiros, facilitando as transações de propriedade por meio de moedas coloridas. O termo “colorido” refere-se à adição de informações específicas aos Bitcoin UTXOs, distinguindo-os de outros Bitcoin UTXOs, introduzindo assim heterogeneidade entre bitcoins homogêneos. Através da tecnologia Colored Coins, os ativos emitidos possuem muitas características idênticas ao Bitcoin, incluindo prevenção de gastos duplos, privacidade, segurança, transparência e resistência à censura, garantindo a confiabilidade das transações.

Vale ressaltar que o protocolo defined by Colored Coins não é implementado por software Bitcoin típico. É necessário software específico para identificar transações relacionadas a Moedas Coloridas. Claramente, as Moedas Coloridas só têm valor dentro das comunidades que reconhecem o protocolo das Moedas Coloridas; caso contrário, os atributos coloridos de Moedas Coloridas heterogêneas serão perdidos, revertendo para satoshis puros. Por um lado, as Moedas Coloridas reconhecidas pelas comunidades de pequena escala podem aproveitar muitas vantagens do Bitcoin para emissão e circulação de ativos. Por outro lado, é quase impossível que o protocolo Colored Coins seja incorporado ao software Bitcoin-Core de maior consenso por meio de um soft fork.

Ativos abertos

No final de 2013, Flavien Charlon introduziu o Open Assets Protocol como uma implementação de Moedas Coloridas. Os emissores de ativos usam criptografia assimétrica para calcular IDs de ativos, garantindo que apenas usuários com a chave privada para o ID de ativo possam emitir ativos idênticos. Para metadados de ativos, o opcode OP_RETURN é usado para armazenar os metadados no script, conhecido como “saída do marcador”, que armazena informações coloridas sem contaminar os UTXOs. Por utilizar as ferramentas criptográficas de chave pública-privada do Bitcoin, a emissão de ativos pode ser realizada por meio de mecanismos de múltiplas assinaturas.

EPOBC

Em 2014, a ChromaWay introduziu o protocolo EPOBC, que significa Enhanced, Padded, Order-Based Coloring. O protocolo compreende dois tipos de operações: gênese e transferência. A operação de gênese é utilizada para a emissão de ativos, enquanto a operação de transferência facilita a transferência de ativos. O tipo de ativo não pode ser explicitamente codificado ou diferenciado, e cada transação genesis emite um novo ativo, determinando sua quantidade total durante a emissão. Os ativos EPOBC devem ser transferidos usando a operação de transferência, e se um ativo EPOBC for usado como entrada em uma transação de operação sem transferência, o ativo será perdido.

Informações adicionais sobre os ativos EPOBC são armazenadas através do campo nSequence nas transações Bitcoin. O campo nSequence é um campo reservado em transações Bitcoin que consiste em 32 bits. Seus seis bits mais baixos são usados ​​para determinar o tipo de transação, e os bits 6 a 12 são usados ​​para preenchimento para atender aos requisitos de ataque anti-poeira do protocolo Bitcoin. A vantagem de usar o campo nSequence para armazenar informações de metadados reside em não exigir armazenamento adicional. Como não existe um ID de ativo para identificação, cada transação envolvendo um ativo EPOBC deve ser rastreada até a transação gênese para determinar sua categoria e legitimidade.

Camada Mastercoin/Omni

Em comparação com os protocolos mencionados acima, o Mastercoin teve uma implementação comercial mais bem-sucedida. Em 2013, a Mastercoin conduziu a primeira ICO da história, levantando 5000 BTC e inaugurando uma nova era. O amplamente conhecido USDT, inicialmente emitido na blockchain Bitcoin, foi introduzido através da Omni Layer.

Mastercoin exibe um menor grau de dependência do Bitcoin, optando por manter a maior parte de seu estado fora da cadeia, com apenas informações mínimas armazenadas na cadeia. Mastercoin trata essencialmente o Bitcoin como um sistema de registro descentralizado, usando qualquer transação Bitcoin para transmitir alterações nas operações de ativos. A validação da eficácia da transação envolve a varredura contínua do blockchain Bitcoin e a manutenção de um banco de dados de ativos fora da cadeia. Este banco de dados preserva a relação de mapeamento entre endereços e ativos, com endereços reutilizando o sistema de endereços Bitcoin.

As primeiras moedas coloridas usavam principalmente o opcode OP_RETURN em scripts para armazenar metadados sobre ativos. Após as atualizações do SegWit e Taproot, os novos protocolos derivados têm mais opções.

SegWit, abreviação de Segregated Witness, separa essencialmente o Witness (script de entrada da transação) da transação. A principal razão para esta separação é evitar que os nós ataquem, modificando o script de entrada. No entanto, traz um benefício: aumentar efetivamente a capacidade do bloco, permitindo mais armazenamento de dados de testemunhas.

Taproot introduz um recurso importante chamado MAST, permitindo que os desenvolvedores incluam metadados para qualquer ativo nas saídas usando Merkle Trees. Ele aproveita as assinaturas Schnorr para melhorar a fungibilidade e a escalabilidade e oferece suporte a transações multi-hop por meio da Lightning Network.

Ordinais e BRC20 e negociação simulada: um grande experimento social

Em um sentido amplo, os ordinais consistem em quatro componentes:

– Um BIP para sequenciamento de sats

– Um indexador que usa o Bitcoin Core Node para rastrear a posição (ordinal) de todos os satoshis

– Uma carteira para lidar com transações relacionadas a ordinais

– Um explorador de blocos para identificar transações relacionadas a ordinais

Obviamente, o núcleo é o próprio protocolo BIP. Ordinais define um esquema de classificação (começando em 0 com base na ordem em que são extraídos), atribuindo números à menor unidade do Bitcoin, Satoshis. Isto confere heterogeneidade aos Satoshis originalmente homogêneos, introduzindo escassez.

Ele pode reutilizar a infraestrutura do BTC, incluindo assinaturas únicas, assinaturas múltiplas, bloqueios de tempo, bloqueios de altura, etc., sem a necessidade de criar explicitamente números ordinais. Oferece bom anonimato e não deixa pegada explícita na rede. No entanto, as desvantagens são evidentes, pois um grande número de UTXOs pequenos e não utilizados pode aumentar o tamanho do conjunto UTXO, levando potencialmente ao que é conhecido como ataque de poeira. Além disso, o espaço ocupado pelo índice é significativo, exigindo informações específicas cada vez que se passa um determinado sat:

– Cabeçalho Blockchain

– Caminho Merkle para a transação coinbase que criou aquele sat

– Transação Coinbase que criou aquele sat

Para provar que um sat específico está incluído em uma saída específica.

Inscrição, neste contexto, é gravar conteúdo arbitrário em sats. O método específico envolve colocar o conteúdo nos scripts de gasto do caminho do script principal, completamente on-chain. O conteúdo inscrito é serializado de acordo com o formato de resposta HTTP, enviado para scripts não executáveis ​​em scripts de gastos, conhecidos como “envelopes”. Especificamente, a inscrição envolve adicionar OP_FALSE antes das instruções condicionais, colocando o conteúdo inscrito em uma instrução condicional não executável no formato JSON. O tamanho do conteúdo inscrito é limitado pelo script taproot, totalizando no máximo 520 bytes.

Como os scripts de gastos da raiz principal exigem que os resultados da raiz principal sejam gastos, a inscrição requer duas etapas: confirmar e revelar. Na primeira etapa, é criada uma saída principal comprometida com o conteúdo inscrito. Na segunda etapa, o conteúdo inscrito e o Caminho Merkle correspondente são usados ​​para gastar a saída principal da etapa anterior, revelando o conteúdo inscrito na cadeia.

O objetivo original da inscrição era introduzir tokens não fungíveis (NFTs) para BTC. No entanto, novos desenvolvedores criaram o BRC20, imitando o ERC20 em sua base, trazendo a capacidade de emitir ativos fungíveis para Ordinais. O BRC20 inclui operações como Deploy, Mint, Transfer, etc., com cada operação exigindo etapas de confirmação e revelação. O processo de transação é mais complexo, com custos mais elevados.

Usando dados reais como exemplo: [Dados de exemplo não fornecidos]

A parte selecionada é o conteúdo inscrito e o resultado após a desserialização é o seguinte:

O protocolo ARC20 derivado do Atomicals visa simplificar as transações vinculando cada unidade de tokens ARC20 aos satoshis, reutilizando o sistema de transações Bitcoin. Após a emissão de ativos por meio das etapas de confirmação e revelação, as transferências entre tokens ARC20 podem ser realizadas diretamente através da transferência dos satoshis correspondentes. O design do ARC20 se alinha mais com o literal deficriação de moedas coloridas – adição de novo conteúdo aos tokens existentes para criar novos tokens, onde o valor do novo token não é inferior ao token original, lembrando joias de ouro e prata.

Validação do lado do cliente (CSV) e protocolos de ativos de última geração

A validação do lado do cliente, proposta por Peter Todd em 2017, envolve armazenamento de dados fora da cadeia, compromissos na cadeia e verificação do lado do cliente. Atualmente, os protocolos de ativos que suportam a validação do lado do cliente incluem RGB e Taproot Assets (Taro).

RGB:

Além da validação do lado do cliente, o RGB usa hash Pedersen como mecanismo de compromisso e suporta ocultação de saída. Ao solicitar um pagamento, o UTXO que recebe o token não precisa ser divulgado publicamente; em vez disso, um valor hash é enviado, aumentando a privacidade e a resistência à censura. Ao gastar o token, o valor oculto precisa ser revelado ao destinatário para verificar o histórico da transação.

Além disso, RGB apresenta AluVM para maior programabilidade. Durante a validação do lado do cliente, os usuários não apenas verificam as informações de pagamento recebidas, mas também recebem todo o histórico de transações do pagador, rastreando até a transação de gênese do ativo para fins definitivos. A verificação de todo o histórico de transações garante a validade dos ativos recebidos.

Ativos de raiz principal:

Desenvolvido pela Lightning Labs, o Taproot Assets permite a transferência instantânea, de alto volume e baixo custo de ativos emitidos na Lightning Network. Projetado inteiramente em torno do protocolo Taproot, aumenta a privacidade e a escalabilidade.

Os dados das testemunhas são armazenados fora da cadeia, verificados na cadeia e podem existir localmente ou em repositórios de informações chamados “Universos” (semelhantes aos repositórios Git). A verificação de testemunhas requer todos os dados históricos de emissão de ativos, disseminados através da camada de fofoca da Taproot Assets. Os clientes podem fazer verificação cruzada usando uma cópia local do blockchain.

Taproot Assets usa a Sparse Merkle Sum Tree para armazenar o estado global dos ativos, incorrendo em altos custos de armazenamento, mas oferecendo verificação eficiente. A prova de inclusão/não inclusão permite a verificação de transações sem retroceder o histórico de transações de ativos.

Escalabilidade: a eterna proposta do Bitcoin

Apesar de ter o maior valor de mercado, segurança e estabilidade, o Bitcoin se desvia de sua visão inicial de um “sistema de dinheiro eletrônico ponto a ponto”. A capacidade limitada de blocos torna o Bitcoin incapaz de lidar com transações grandes e frequentes, o que levou vários protocolos a resolver esse problema na última década.

Canais de pagamento e Lightning Network: a solução Bitcoin Ortodoxa

A Lightning Network opera estabelecendo canais de pagamento. Os usuários podem criar canais de pagamento entre duas partes, conectar canais para formar uma rede de canais de pagamento mais extensa e até mesmo fazer pagamentos indiretamente entre usuários sem um canal direto. Por exemplo, se Alice e Bob quiserem realizar múltiplas transações sem registrar cada uma delas no blockchain do Bitcoin, eles poderão abrir um canal de pagamento entre eles. Eles podem realizar inúmeras transações dentro deste canal, necessitando apenas de duas gravações na blockchain: uma ao abrir o canal e outra ao fechá-lo. Isto reduz significativamente os tempos de espera para confirmações de blockchain e alivia a carga sobre o blockchain.

Atualmente, a Lightning Network possui mais de 14,000 nós, 60,000 canais e uma capacidade total superior a 5000 BTC.

Sidechains: a abordagem Ethereum em Bitcoin

Pilhas

Stacks se posiciona como a camada de contrato inteligente do Bitcoin, usando seu token nativo como o token Gas. Stacks emprega um mecanismo de microbloco, evoluindo em sincronia com o Bitcoin, onde seus blocos são confirmados simultaneamente. Nas pilhas, isso é chamado de “bloco ancorado”. Cada bloco de transação Stacks corresponde a uma única transação Bitcoin, alcançando maior rendimento de transação. Com blocos gerados simultaneamente, o Bitcoin atua como um limitador de taxa para a criação de blocos Stacks, evitando ataques de negação de serviço em sua rede peer.

Stacks alcança consenso por meio do mecanismo de espiral dupla de Prova de Transferência (PoX). Os mineradores enviam BTC para os stakers STX para competir pelo direito de minerar blocos, e os mineradores bem-sucedidos recebem recompensas STX após minerar um bloco com sucesso. Durante esse processo, os stakers STX recebem uma quantidade proporcional de BTC enviada pelo minerador. Stacks visa incentivar os mineradores a manter o registro histórico emitindo tokens nativos, embora o incentivo ainda possa ser alcançado sem tokens nativos (como visto no RSK).

Para dados de transação no blockchain Stacks, o hash dos dados de transação é armazenado no script de transação Bitcoin usando o bytecode OP_RETURN. Os nós Stacks podem recuperar hashes de dados de transação Stacks armazenados em transações Bitcoin por meio das funcionalidades integradas do Clarity.

As pilhas podem ser consideradas quase como uma cadeia de Camada 2 para Bitcoin; no entanto, ainda existem algumas falhas na movimentação de bens através das fronteiras. Após a atualização do Nakamoto, Stacks oferece suporte ao envio de transações Bitcoin para completar movimentos de ativos, mas a complexidade das transações as torna não verificáveis ​​na cadeia Bitcoin. As movimentações de ativos só podem ser verificadas por meio de um comitê de múltiplas assinaturas.

RSK

A RSK utiliza um algoritmo de mineração mesclado, onde os mineradores de Bitcoin podem ajudar a RSK na produção de blocos quase sem custo, ganhando recompensas adicionais. A RSK não possui um token nativo e continua usando BTC (RBTC) como Gas Token. A RSK possui seu próprio mecanismo de execução compatível com a Máquina Virtual Ethereum (EVM).

Líquido

Liquid é uma cadeia lateral federada de Bitcoin com acesso de nó permitido, supervisionado por quinze membros responsáveis ​​pela produção de blocos. Os ativos são transferidos usando o mecanismo lock-and-mint, onde os ativos são enviados para o endereço multiassinatura no Liquid usando BTC, permitindo que os ativos entrem na cadeia lateral do Liquid. Para sair, o L-BTC é enviado para o endereço multiassinatura na cadeia Liquid. A segurança do endereço com múltiplas assinaturas é definida em 11 de 15.

Líquido se concentra em aplicativos financeiros e oferece aos desenvolvedores um SDK relacionado a serviços financeiros. O Valor Total Bloqueado (TVL) na rede Liquid é atualmente de aproximadamente 3000 BTC.

Ativos Nostr: Centralização Reforçada

A Nostr Assets, originalmente chamada de NostrSwap, serve como uma plataforma de negociação BRC20. Atualizado para o Nostr Assets Protocol em 3 de agosto de 2023, ele suporta a transferência de todos os ativos dentro do ecossistema Nostr. A Lightning Network cuida da liquidação e segurança de ativos. O Nostr Assets permite que os usuários enviem e recebam ativos da Lightning Network usando chaves públicas e privadas do Nostr. As transações no protocolo Nostr Assets, excluindo depósitos e retiradas, são isentas de gás, criptografadas e armazenadas na retransmissão do protocolo Nostr usando IPFS para acesso rápido e eficiente. Suporta interação em linguagem natural, eliminando a necessidade de interfaces complexas. A Nostr Assets oferece aos usuários uma maneira simples e conveniente de transferir e negociar ativos, potencialmente encontrando aplicações significativas em conjunto com os efeitos de tráfego do protocolo social Nostr. No entanto, fundamentalmente, é um método de controle (custódia) de carteiras usando mensagens Nostr. Os usuários depositam ativos na retransmissão Nostr Assets transferindo-os na Lightning Network, semelhante ao depósito de ativos em uma bolsa centralizada. Quando os usuários desejam transferir e negociar ativos dentro do Nostr Assets, eles enviam mensagens assinadas com chaves Nostr para o servidor. Após a verificação, o servidor registra as transações internamente, contornando a execução na Lightning Network ou na mainnet, alcançando zero taxas de gás e alto TPS.

BitVM: programabilidade e escalabilidade infinita

“Qualquer função computável pode ser verificada no Bitcoin.”

— Robin Linus, criador do BitVM

BitVM, proposto por Robin Linus, o fundador do ZeroSync, utiliza códigos Bitcoin OP existentes (OP_BOOLEAN, OP_NOT) para formar circuitos de portas AND e NOT, dividindo os programas em circuitos de portas AND e NOT primitivos. Ele coloca a raiz do script de gastos nas transações Taproot para armazenamento on-chain de baixo custo. De acordo com a teoria computacional, todos os cálculos lógicos podem ser construídos usando circuitos de porta AND e NOT, teoricamente tornando o BitVM Turing completo e capaz de realizar todos os cálculos no Bitcoin. No entanto, existem muitas limitações práticas.

O BitVM opera em modo P2P, seguindo o conceito de OP Rollup. Existem duas funções: provador e verificador. Em cada transação, tanto o provador quanto o verificador constroem colaborativamente uma transação, depositando garantias. O provador fornece resultados e, se o verificador calcular resultados diferentes, envia uma prova de fraude à cadeia para penalizar o provador. O principal caso de uso do BitVM é para pontes de confiança mínimas e escalonamento ZKP (ZK Rollup). A proposta do BitVM é um compromisso devido à dificuldade de obter suporte na comunidade Bitcoin para aumentar a complexidade do OP_CODE. Utiliza OP_CODEs existentes para implementar novas funcionalidades.

BitVM introduz um novo paradigma de escalabilidade, mas existem inúmeros desafios na prática:

– Muito cedo: embora o EVM tenha uma arquitetura VM abrangente, o BitVM tem apenas uma função para verificar se uma string é 0 ou 1.

– Sobrecarga de armazenamento: a construção de programas com portas NAND pode exigir centenas de megabytes de dados, com bilhões de folhas principais.

– P2P: O modelo atual envolve interações entre duas partes, e a estrutura provador-desafiador tem questões de incentivo. Existem considerações a serem estendidas para 1-N ou NN, semelhantes ao OP Rollup ideal (suposição única e honesta).

Conclusão

Uma revisão abrangente do texto revela que, devido às limitações na capacidade de processamento e nas habilidades computacionais da rede principal, o Bitcoin deve mover os cálculos para fora da cadeia para promover um ecossistema mais próspero e diversificado.

Por um lado, as soluções de computação fora da cadeia e de verificação do lado do cliente utilizam determinados campos nas transações Bitcoin para armazenar informações cruciais, tratando a rede principal do Bitcoin como um sistema de registro distribuído, aproveitando sua resistência à censura e confiabilidade para garantir a disponibilidade de dados críticos. Em certo sentido, esta abordagem é semelhante aos Rollups Soberanos. Não requer modificações na camada de protocolo do Bitcoin, permitindo a construção de protocolos conforme necessário, oferecendo maior viabilidade no cenário atual, mas não herdando totalmente a segurança do Bitcoin.

Por outro lado, estão em curso esforços para avançar na verificação em cadeia, tentando utilizar ferramentas existentes para obter cálculos arbitrários no Bitcoin, utilizando posteriormente tecnologia de prova de conhecimento zero para uma escalabilidade eficiente. No entanto, estas soluções atuais ainda se encontram numa fase muito inicial, com elevados custos computacionais, e não se prevê que sejam implementadas no curto prazo.

Claro, alguns podem se perguntar por que não mudar para o Ethereum, que, junto com outros blockchains, possui alto poder computacional. Por que passar pelo processo de reimplementação de coisas no Bitcoin?

Porque é Bitcoin.

Referência:

https://wizardforcel.gitbooks.io/masterbitcoin2cn/content/appdx8.html

https://github.com/chromaway/ngcccbase/wiki/EPOBC_simple

https://github.com/OpenAssets/open-assets-protocol/blob/master/specification.mediawiki

https://twitter.com/LNstats

https://twitter.com/robin_linus/status/1723472140270174528

https://github.com/fiksn/bitvm-explained

https://bitcoinmagazine.com/technical/the-big-deal-with-bitvm-arbitrary-computation-now-possible-on-bitcoin-without-a-fork

https://mirror.xyz/0x5CCF44ACd0D19a97ad5aF0da492AC0388469DfE9/_k3vtpI7a5cQn5iISH7-riECpyudfI4BTeeeBMwNYDQ

https://twitter.com/AurtrianAjian/status/1723919714798178505

Sobre CGV
CGV (Cryptogram Venture) é uma empresa de investimento em criptomoedas com sede em Tóquio, Japão. A CGV investe e incuba a stablecoin licenciada em ienes japoneses JPYW. Além disso, a CGV FoF é parceira limitada de vários fundos de criptomoedas de renome mundial. Desde 2022, a CGV organizou com sucesso duas edições do Japan Web3 Hackathon (TWSH) e obteve o apoio conjunto de instituições e especialistas como o Ministério da Educação, Cultura, Esportes, Ciência e Tecnologia do Japão, a Universidade Keio e a NTT Docomo. Atualmente, a CGV possui filiais em Hong Kong, Cingapura, Nova York e outras regiões.

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