在比特幣閃電網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程中，盡管 PTLC、CoinJoin 在很大程度上對(duì)中心化與隱私問題做了改進(jìn)，但流動(dòng)性卻是阻礙閃電網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模采用的硬傷之一。通常對(duì)新用戶而言，下載閃電錢包后必須要尋找到入站流動(dòng)性(Inbound Liquidity)才能從閃電通道中接收比特幣，入站與出站流動(dòng)性(Outbound Liquidity)的多少也決定了用戶能接收與發(fā)送多少比特幣。同時(shí)，在閃電通道中，流動(dòng)性總量是固定的，無法改變，除非關(guān)閉通道重新設(shè)定。因此，總體來說，閃電網(wǎng)絡(luò)流動(dòng)性帶來的實(shí)際用戶體驗(yàn)可能并不佳。

在前不久的邁阿密海灘上，Bitcoin 2023 如火如荼，比特幣開發(fā)者 Burak Keceli 就這一問題為現(xiàn)場(chǎng)觀眾帶來了比特幣 Layer2 協(xié)議 Ark，這是一種閃電網(wǎng)絡(luò)的替代方案，允許用戶在不引入流動(dòng)性限制的情況下發(fā)送和接收資金。今天，F(xiàn)oresight News 將為大家介紹 Ark 的工作方式及其技術(shù)特點(diǎn)。

一、工作方式

在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，一筆交易由輸入與輸出組成，地址所持有的比特幣總額被稱為未被花費(fèi)的交易輸出(Unspent Transaction Output，UTXO)，一筆交易經(jīng)由收款方的私鑰簽署解鎖腳本后進(jìn)入新地址的 BTC 將再次成為 UTXO。Ark 協(xié)議則采用一種共享 UTXO 集進(jìn)行匿名的鏈下支付，協(xié)議中已提交但未公開的交易輸出被稱為虛擬 UTXO(vTXO)。獲取 vTXO 有兩種方式，一是從已擁有 vTXO 的用戶那里獲取;二則是通過原子雙向掛鉤機(jī)制 lifting 將其鏈上 UTXO 按 1:1 兌換為 vTXO。當(dāng)然，用戶可以單方面將 vTXO 兌換為鏈上 UTXO，而無需尋求 ASP 合作。

Ark 協(xié)議涉及用戶與 Ark Service Provider(ASP)兩方。用戶是指那些持有、發(fā)送和接收 vTXO 的非交互式實(shí)體，而 ASP 類似于閃電網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商，它擔(dān)任一種無需信任的中介，為網(wǎng)絡(luò)提供 vTXO 流動(dòng)性并收取流動(dòng)性費(fèi)用。同時(shí)，ASP 也充當(dāng)盲 CoinJoin 協(xié)調(diào)員的角色，通過提供簡(jiǎn)單的調(diào)整與盲混合(blinded mixing)為交易提供隱私保護(hù)。

當(dāng)用戶在協(xié)議上進(jìn)行付款時(shí)，需在 ASP 創(chuàng)建的共享 vTXO 資金池中支付 vTXO。ASP 每天 24 小時(shí)在線，其主要工作是每 5 秒創(chuàng)建一個(gè)盲交易池，對(duì)交易進(jìn)行盲混合，避免支付跟蹤。同時(shí)，ASP 可將發(fā)款方的 vTXO 贖回成鏈上資產(chǎn)， 并利用自己的鏈上資金為 CoinJoin 創(chuàng)建新的 vTXO。因此，上鏈的交易池即便公開可查，但也只顯示 1 個(gè)或幾個(gè)由 ASP 提供的輸入，鏈上數(shù)據(jù)觀察者無法發(fā)現(xiàn)真正的付款方。隨后，從 ASP 的盲交易池中產(chǎn)生包含新創(chuàng)建 vTXO 的 vTXO 輸出。vTXO 被捆綁并嵌套在這個(gè)共享輸出下，并可以在鏈上公開。在 Ark 協(xié)議中，vTXO 輸出生命周期只有 4 周，收款方需要在前兩周內(nèi)通過共同簽署 n-of-n 多重簽名領(lǐng)取嵌套 vTXO(nested vTXO)。如果 vTXO 在前兩周無人認(rèn)領(lǐng)，vTXO 將重回發(fā)送者的控制之下，這類似于閃電網(wǎng)絡(luò)上的 HTLC 超時(shí)。另一方面，如果 ASP 在這段時(shí)間碰巧不合作或不回應(yīng)，不共同簽署 ATLC，那么 vTXO 所有者可以公開其嵌套 vTXO，然后等到合約中編碼的某個(gè)相對(duì)時(shí)間窗口(24 小時(shí))之后再領(lǐng)取資金。當(dāng)然，如果被公開的 vTXO 超過 4 周無人認(rèn)領(lǐng)，ASP 將可以單獨(dú)清算它們。

二、技術(shù)特點(diǎn)

無流動(dòng)性限制

與閃電網(wǎng)絡(luò)的相比，Ark 協(xié)議沒有引入所謂的閃電通道、出站流動(dòng)性與入站流動(dòng)性。

非交互式

Ark 的非交互式支付通過一種類似于比特幣靜默支付的方式來實(shí)現(xiàn)，即收款方提供一個(gè)發(fā)送方與收款方之間的「共享秘密」，并為發(fā)送方提供一個(gè)類似于靜默支付的專用公鑰。每個(gè)新創(chuàng)建的 vTXO 都使用一個(gè)包含支付承諾的臨時(shí)共享秘密進(jìn)行調(diào)整，該秘密會(huì)在 vTXO 被花費(fèi)時(shí)，也即 2-of-2 連接器關(guān)閉時(shí)，錨定 ATLC 會(huì)顯示付款證明。

不過，當(dāng)前 Ark 協(xié)議的接收則是對(duì)非交互式的一種妥協(xié)，它采用一種交互式的方式即 n-of-n 多重簽名限制交易輸出，它的異步離線接收尚未完善，收款人必須在線運(yùn)行 Ark 客戶端才能簽名以限制共享 UTXO 的輸出。換言之，用戶必須每隔一兩周上線一次以接收其代幣，否則無人認(rèn)領(lǐng)的代幣將會(huì)被 ASP 清理。因此，對(duì)于 Ark 而言，要想真正實(shí)現(xiàn)完全非交互式，使用戶接收離線支付，必須有一種類似于 BIP-118 與 BIP-119 的「限制條款」(covenant)原語來限制交易輸出。事實(shí)上，即便是為閃電網(wǎng)絡(luò)附加這種原語，也依然無法實(shí)現(xiàn)非交互性。

絕對(duì)原子性

所謂原子性，就是指一筆交易不可切分，要么完全成功，要么完全失敗。Ark 使用一種稱為 Txlock 的新鎖定類型原語確保鏈下轉(zhuǎn)賬的絕對(duì)原子性。Txlock 是一種條件，在這個(gè)條件下，只有存在一個(gè)相互同意的交易標(biāo)識(shí)符才能解鎖。

在 Ark 協(xié)議中，Txlock 條件使用連接器(connector)來滿足。連接器是協(xié)議上的一種特殊輸出類型，其原語是如果我們希望比特幣腳本檢查特定的交易 ID 是否存在，只需將該交易的輸出附加到支出交易(spending transaction)中，并對(duì)照支出交易的 Prevouts 檢查一個(gè)預(yù)簽名(pre-signed)的簽名。在簽名哈希(sighash)原像(preimage)中的連接器輸出點(diǎn)(outpoint)會(huì)提交給我們想要滿足 Txlock 條件的交易 ID。在 Ark 上下文(context)中，這是包含預(yù)期收款人的 vTXO 的資金池交易。Txlocks 在錨定時(shí)間鎖合約(ATLC)中使用，以提供原子單樞紐(single-hub)支付計(jì)劃。當(dāng)首次創(chuàng)建 vTXO 時(shí)，ATLC 會(huì)附加到它上面。當(dāng)一個(gè) vTXO 被花費(fèi)時(shí)，vTXO 所有者與 ASP 合作簽署 atlc:connect，通過 ATLC 的 2-of-2 密鑰路徑，預(yù)先附加的 ATLC 會(huì)連接到連接器上以形成 Txlock。

這種 Txlock 結(jié)構(gòu)確保，如果附加的 ATLC 要被 ASP 認(rèn)領(lǐng)，那么連接器輸出點(diǎn)的上下文必須保持不變。換句話說，ASP 不能雙花其創(chuàng)建的交易池。這為發(fā)送者提供了原子支付結(jié)構(gòu)，因?yàn)槭湛钊说?vTXO 與連接器嵌套在相同的交易池中。

更少的鏈上 Footprint

與閃電網(wǎng)絡(luò)相比，Ark 沒有打開和關(guān)閉通道的概念，與鏈上交互次數(shù)少，因此占用的鏈上空間更少。

隱私性

ASP 提供的 CoinJoin「混幣」隱私服務(wù);收款人無需獲取入站流動(dòng)性、實(shí)時(shí)運(yùn)行服務(wù)器以收款并將隱私泄漏給外部觀察者。

兼容閃電網(wǎng)絡(luò)

就像 ATLC 和連接器一樣，Ark 可以通過將哈希時(shí)間鎖合約(HTLC)和點(diǎn)時(shí)間鎖合約(PTLC)附加到交易池來與閃電網(wǎng)絡(luò)兼容。附加的 HTLC 存在于另一個(gè)稱為 HTLC 輸出的共享 UTXO 下，該輸出在四周后也會(huì)過期。ASP 將 HTLC 轉(zhuǎn)發(fā)到其交易池后的那一刻，就將其轉(zhuǎn)發(fā)到更廣泛的閃電網(wǎng)絡(luò)。這意味著 ASP 也是 Lightning 服務(wù)提供商。Ark 用戶也可以使用嵌套了 HTLC 的 vTXO 從閃電網(wǎng)絡(luò)收款。

由于任何人都可以運(yùn)行 ASP，用戶可以通過不同的 ASP 發(fā)送閃電發(fā)票，在將 HTLC(或 PTLC)附加到由不同 ASP 創(chuàng)建的交易池上后，HTLC 可以通過多方支付(MPP)轉(zhuǎn)發(fā)到最終的收款人。

零確認(rèn) vTXO

Ark 協(xié)議支持零確認(rèn) vTXO，支付隨交易池的創(chuàng)建而每 5 秒計(jì)入一次，但結(jié)算則每十分鐘一次。因此，支付是立即入賬的，收款方無需等待鏈上確認(rèn)就可以花費(fèi)其零確認(rèn) vTXO，用于轉(zhuǎn)賬或支付閃電發(fā)票(類似于收款碼)。所以，理論上，當(dāng)一個(gè)交易池的交易還在內(nèi)存池中時(shí)，ASP 可以雙花這筆交易。但 Burak 表示，由于轉(zhuǎn)賬的絕對(duì)原子性，如果 ASP 在雙方約定的 CoinJoin 交易 ID 下雙花收款方的 vTXO，那么 ASP 將無法贖回發(fā)送方的 vTXO。

Burak 認(rèn)為，未來，Ark 可以利用假設(shè)的數(shù)據(jù)操作操作碼「opcode」(OP_XOR 或 OP_CAT) 來限制 ASP 的簽名中的 nonce，以避免雙重支付。到那時(shí)，如果雙花發(fā)生在 CoinJoin 交易中，用戶則可以偽造 ASP 簽名來認(rèn)領(lǐng)其之前兌換的 vTXO。

三、總結(jié)

Ark 協(xié)議的創(chuàng)始人最初是閃電網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)烈批評(píng)者，他對(duì)閃電網(wǎng)絡(luò)入站流動(dòng)性、異步接收、鏈上足跡、接收者隱私、交互性等批評(píng)是 Ark 誕生的種子。Burak 自己也承認(rèn)，他此前的一些反對(duì)意見從長遠(yuǎn)來看是可以解決的，但是他找不到解決入站流動(dòng)性問題的「良方」。在這個(gè)想法的推動(dòng)下，Ark 應(yīng)運(yùn)而生，其創(chuàng)新性將會(huì)大大降低用戶使用 Layer2 支付的門檻，并且模仿了 CoinJoin、盲化、靜默支付等諸多比特幣原語構(gòu)建 Ark 協(xié)議，實(shí)現(xiàn)比特幣的可擴(kuò)展性與隱私支付。與閃電網(wǎng)絡(luò)相比，Ark 協(xié)議不僅提出其固有的流動(dòng)性問題的解決方案，還兼容閃電網(wǎng)絡(luò)，至少已經(jīng)是一種可以與其相輔相成的協(xié)議了。

不過，Ark 還有很多需要改進(jìn)的地方。譬如，收款方必須每隔一兩周就要上線簽名以領(lǐng)取代幣，這產(chǎn)生了一種新的用戶體驗(yàn)問題。事實(shí)上，比特幣開發(fā)者社區(qū)對(duì)于 Ark 采用零確認(rèn)(0-conf) 帶來雙花問題也產(chǎn)生了一些爭(zhēng)論。如果其在非交互式、雙花問題上能夠進(jìn)一步完善，那么 Ark 的用戶體驗(yàn)與協(xié)議的安全性也會(huì)大大改善。此外，Ark 在鏈下完成，雖然鏈上無法觀察到發(fā)送者與收款方，但 ASP 是否掌握隱私數(shù)據(jù)仍然需要打個(gè)問號(hào)。

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