作者：Haotian，獨立研究員來源：X，@tmel0211
以太坊從Plasma到Validium再到主流Rollup，比特幣從側鏈到狀態通道再到客戶端驗證，Layer2本質上都在找一套兼顧安全、可擴展性、去中心化的Tradeoff方案。基於此，我比較了ZK-Rollup和最近熱議的@BsquaredNetwork方案，從DA實現、可交互操作性、安全挑戰等技術實現方面，探討下比特幣layer2的差異性和複雜性。
為了更好地做同比參考，可以先模糊「定義」一組對應：
ETH Plasma = BTC 狀態通道；ETH Validium = BTC 側鏈；ETH Rollup = BTC 用戶端驗證。
不難看出，以太坊Plasma對應比特幣生態Lightning Network，承接了BTC的安全性，但HTLC合約目前受限於小額支付Payment方向；以太坊Validium對應比特幣生態的側鏈，擴展性很強，但一套獨立的共識讓它始終不受主流認可；以太坊Rollup我傾向於對應比特幣生態的客戶端驗證，安全性、可擴展性，去中心化特性會取綜合權衡點，以太坊Rollup也正因為此成了一條主流焦點賽道。
順著以太坊ZK-Rollup的思路，我們以比特幣客戶端驗證為突破口，比特幣layer2 Rollup方案該如何建構？以@BsquaredNetwork為例探討下：
1）客戶端驗證部分：
在一個完整的以太坊ZK-Rollup中，鏈下環節包括Sequencer收集並batch交易，會產生ZK SNARK證明和Merkle樹等打包同步到主網Calldata，然後鏈下會把ZK SNARK證明經過Prover系統的驗證，將最終的State diff上傳到主網，主網根據State root根再結合Calldata中的區塊數據，驗證數據的完整性和一致性，最終完成Finality狀態確認。
Bsquare的客戶端部分，主要包含Rollup layer 和DA layer兩大部分，Rollup layer的工作流程大致為：Sequencer 收集並Batch交易，先同步到去中心化存儲環境下一份，然後經zkEVM生成Proof證明，同時把交易Raw data，Merkle樹以及Bitcoin state等資料匯總成Aggregator聯合Proof證明一起同步給DA layer的B²nodes。
過程中有兩個差異，一方面比特幣需要將TXs原始資料同步到去中心化儲存環境下，而zk-Rollup預設了本地環境儲存；另一方面以太坊可以直接把資料匯總同步到主網Call Data，但比特幣主網儲存量有限，驗證能力缺失，因此Bsquare將這些資料同步到了客戶端環境下的B²nodes。
2）Data Availability部分
在以太坊系統中，主網來給Rollup鏈輸出DA能力，Rollup把資料同步到Calldata的操作目的正為主網的DA驗證能力，鑑於比特幣主網不具備驗證能力，DA功能由客戶端環境下建構的DA layer來承擔。
DA layer中的B²nodes在收到這部分Rollup匯總資料後，會進行電路編譯操作，將資料壓縮後以Inscription銘文的方式上傳到比特幣主網。同時B²nodes也會運作Prover系統對ZK證明進行去中心化驗證產生比特幣Commitment承諾，該承諾會連同Rollupdata等匯總資料一同去刻銘文。
這裡會產生兩個疑問：
1.為何不直接用Celestia這類第三方DA而選擇自己構建，這正是比特幣生態的特殊性所決定，B²node需要配備indexer索引器對inscribe到比特幣主網的銘文進行去中心化解析和索引，同時產生的ZK Proof會議Commitment的形式上傳到主網，在刻銘文的時候還需要對資料進行Circuit電路預編譯壓縮，以確保降低對主網儲存空間的佔用。
2.既然DA並非由主網提供，為何要把各類Rollup資料以銘文形式同步到主網，這其實是在主網保留一個不可篡改的交易記錄，為後續的Challenge過程提供基礎。
3）Challenge 部分
在ZK-Rollup中，主網Rollup合約的可透過Calldata中的打包資料和Prover上傳到主網的State diff二次校驗確保交易的完整性和一致性，這是主網具備驗證能力，ZK技術的優勢。
然而在比特幣的Rollup環境下，由於主網缺乏驗證能力，ZK技術價值本質在於SNARKs資料簡潔壓縮同時確保一致性，倘若在鏈下環境的Sequencer收集交易過程中就存在數據作假，整個鏈條的數據都是假的，Finality狀態確認並無法拒絕作假的數據，因此要設計一套機制要對「作假」行為進行挑戰。
要如何做呢？大家回看我關於BitVM的文章就會知道，BitVM是理論假設下可以讓比特幣實現圖靈完備計算的方案，只不過其預編譯電路向比特幣主網傳輸TXs的Taproot Tree方式過於消耗礦工費而不現實，如果借鏡BitVM的實作邏輯來進行挑戰機制設計就不一樣了。
挑戰機制會在主網UTXO中鎖定BTC，一旦用戶以BitVM的形式向layer2鏈挑戰，就可以拿走提前鎖倉在比特幣主網的資產。而刻錄在比特幣主網的銘文以及公開透明的B²nodes等Raw data、Merkle樹、Commitment承諾等都會成為用戶發起挑戰的證據，一旦挑戰結果證明B²nodes中的一系列數據和主網銘刻的Inscription數據存在不一致問題，B²nodes的節點不僅會失去鎖在主網路UTXO中的資產，還需要將交易回滾，重新更新索引器和歷史資料。
以上不難看出，比特幣生態的layer2 Rollup方案有相當的技術複雜性和特殊性：例如客戶端驗證環節要基於去中心化儲存將Sequencer產生的一切資料都留底，為了確保資料可追溯；又例如DA環節要在鏈下環境中建構一套去中心化資料驗證系統，並且透過Commitment承諾和刻錄銘文的方式來確保DA資料的一致性；又例如即使採用了ZK技術，也需要配備公開透明的挑戰機制以確保安全；整個過程要權衡一套去中心化、安全、可擴展性三個矛盾點得到一個公允的方案出來。
探索的雛形答案顯而易見：既然比特幣主網無法驗證，無法DA，那就利用銘文向主網刻錄受限的DA+一套基於BitVM電路的圖靈完備挑戰系統來實現Rollup鏈的透明性和安全性。以ZK技術+BitVM挑戰系統來彌補比特幣缺失的DA和驗證能力。
既然以太坊Rollup也還存在Rollup合約可Update的多簽合約治理隱患，也不能百分百確保安全，大家相信的其實是一套相對透明公開的合約交互機制，那現在做不到絕對BTC共識安全，眼前是一套基於BitVM的透明公開挑戰機制，雖然技術實作複雜太多，邏輯似乎也Make Sense。
總之，比特幣Layer2這套ZK技術+客戶端驗證+DA銘刻+BitVM挑戰的典範若逐漸得到市場認可，你覺得會成為新一輪的比特幣layer2 Rollup標榜嗎？
