作者：Faust；來源：極客web3
B^2 Hub：比特幣鏈下的通用DA層與驗證層
如今的比特幣生態可謂是一片機會與騙局共存的藍海，這個因銘文之夏而煥發生機的全新領域簡直是一片肥沃的處女地，到處都瀰漫著金錢的氣息。隨著今年1月比特幣Layer2如雨後春筍般集體湧現，這片原本如荒蕪原野的土地瞬間就成為了無數造夢者的搖籃。
但回歸到最本質的問題：什麼是Layer2，人們似乎始終沒有共識。側鍊是嗎？索引器是嗎？搭橋的鏈條就叫Layer2嗎？一個依賴比特幣和以太坊的簡易插件，可不可以當一個Layer？這些問題就像一組難解的方程式，始終沒有一個確切的結局。
而依照以太坊和Celestia社群的思路，Layer2只是模組化區塊鏈的特殊情況，在這種情況下，所謂的「二層」與「一層」之間會存在緊密的耦合關係，二層網絡可以很大程度，或一定程度繼承Layer1的安全性。至於安全性這個概念本身，可以拆解為細分的多個指標，包括：DA、狀態驗證、提款驗證、抗審查性、抗重組等。
由於比特幣網路本身存在許多問題，其天生不利於支援較完備的Layer2網路。例如在DA上，比特幣的資料吞吐量遠低於以太坊，以其平均10min的出塊時間來計算，比特幣最大的資料吞吐量僅6.8KB/s，差不多是以太坊的1/20 ，如此擁擠的區塊空間自然而然地造就了高昂的資料發布成本。
（比特幣區塊裡的數據發布成本，甚至可以達到每KB 5美元）
如果Layer2直接把新增的交易資料發佈到比特幣區塊裡，既無法實現高吞吐量，也無法實現低手續費。所以要嘛就透過高度壓縮，把資料尺寸壓縮的盡可能小，再上傳到比特幣區塊。目前Citrea採用了這種方案，它們聲稱，將把一段時間內的狀態變化量(state diff)，也就是多個帳戶上發生的狀態變更結果，連同對應的ZK證明，一起上傳到比特幣鏈上。
在這種情況下，任何人都可以從比特幣主網下載state diff 和ZKP，驗證是否有效，但上鍊的資料尺寸卻可以輕量化。
（前Polygon Hermez的白皮書中，說明了上述壓縮方案的原理）
這種方案在極大程度壓縮了資料尺寸的同時，最終還是容易遇到瓶頸。例如，假設在10分鐘內發生了幾萬筆交易，使得上萬個帳戶發生了狀態變更，你最終還是要把這些帳戶的變化情況，匯總上傳到比特幣鏈上。雖然比起直接上傳每筆交易數據，要輕量很多，但還是會產生很可觀的數據發布成本。
所以很多比特幣Layer2乾脆就不把DA資料上傳到比特幣主網，直接採用Celestia等第三方DA層。而B^2採用了另一種方式，直接在鏈下搭建一個DA網路（資料分發網路），名為B^2 Hub。在B^2的協議設計中，交易數據或state diff等重要數據存放於鏈下，只向比特幣主網上傳這些數據的存儲索引，以及數據hash（其實是merkle root，為了表述方便說成數據hash）。
這些資料hash和儲存索引，以類似銘文的方式寫入到比特幣鏈上，只要你運行一個比特幣節點，就可以把資料hash和儲存索引下載到本地，根據索引值，能從B^2的鏈下DA層或儲存層中，讀取到原始資料。根據數據hash，你可以判斷，自己從鏈下DA層取得的數據是否正確（能否和比特幣鏈上的數據hash相對應）。透過這種簡單的方式，Layer2可以避免在DA問題上過度依賴比特幣主網，節省手續費成本並實現高吞吐量。
當然，有一點不可忽視，就是這種鏈下的第三方DA平台有可能搞數據扣留，拒絕讓外界獲取到新增的數據，這種場景有一個專用術語，叫“數據扣留攻擊”，可以歸納為數據分發中的抗審查問題。不同的DA方案有不同的解決辦法，但核心宗旨，都是要把資料盡可能快、盡可能廣泛的傳播出去，防止一小撮特權節點控制著資料擷取權限不放。
依照B^2 Network官方新的路線圖，其DA方案借鑒了Celestia。在後者的設計中，第三方的數據提供者會不斷的向Celestia網路提供數據，Celestia出塊者會把這些數據片段，組織為Merkle Tree的形態，塞到TIA區塊裡，廣播給網路裡的Validator/全節點。
由於這些數據比較多，區塊比較大，多數人運作不起全節點，只能運行輕節點。輕節點不同步完整區塊，只同步一個區塊頭，寫有Mekrle Tree的樹根Root。
輕節點僅憑區塊頭，自然不知道Merkle Tree的全貌，不知道新增資料都有什麼，無法驗證資料是否有問題。但輕節點可以向全節點索取樹上的某個葉子leaf。全節點會依照要求，把leaf和對應的Merkle Proof，一併提交給輕節點，讓後者確信，這個leaf的確存在於Celestia區塊裡的Merkle Tree上，而不是被節點憑空杜撰出的虛假數據。
（圖片來源：W3 Hitchhiker）
Celestia網路裡存在大量的輕節點，這些輕節點可以向不同的全節點發起高頻的資料取樣，隨機性的抽選Merkle Tree上的某幾個資料片段。輕節點獲取到了這些資料片段後，也可以傳播給他能連接到的其他節點，這樣就可以快速的把資料分發給盡可能多的人/設備，以此來實現高效的資料傳播，只要足夠多的節點都能快速取得最新的數據，人們就不用再信任一小撮數據提供者，這其實就是DA/數據分發的核心目的之一。
當然，僅憑上面描述的方案，還是存在攻擊場景，因為它只能保證數據分發時，人們都能快速獲取到數據，但無法保證數據的生產源頭不作惡。例如，Celestia出塊者可能在區塊裡摻雜一點垃圾數據，人們即便獲取了區塊中的全部數據片段，也無法還原出“本應包含”的完整數據集（注意：這裡“本應”這個字很重要）。
進一步說，原始資料集中可能有100筆交易，其中某筆交易的資料沒有完整傳播給外界。這時，只需要隱藏1%的資料片段，外界就無法解析出完整資料集。這正是最早的數據扣留攻擊問題中，所探討的場景。
其實，根據這裡描述的場景來理解數據可用性，可用性這個詞描述的是區塊裡的交易數據是否完整，是否可用，能否直接交由其他人去驗證，而不是像很多人理解的那樣，可用性代表區塊鏈歷史資料能否被外界讀取。所以，Celestia官方和L2BEAT創辦人曾指出，數據可用性應該改名為資料發布，意思是區塊裡是否發布了完整可用性的交易資料集。
Celestia引入了二維糾刪碼，解決上面描述的資料扣留攻擊。只要區塊裡包含的1/4 的資料片段（糾刪碼）有效，人們就可以還原出對應的原始資料集。除非出塊者在區塊裡摻雜3/4 的垃圾資料片段，才能讓外界無法還原出原始資料集，但在這種情況下，區塊裡包含的垃圾資料太多了，很容易就會被輕節點們檢測出來。所以對於區塊生產者而言，還是不要作惡來的更好些，因為作惡幾乎很快就被無數人察覺到。
透過前面描述的方案，可以有效防止「資料分發平台」出現資料扣留，而B^2 Network未來會以Celestia的資料採樣作為重要參考，可能結合KZG承諾等密碼學技術，進一步降低輕節點執行資料取樣和驗證的成本。只要執行資料採樣的節點夠多，就能讓DA資料的分發變得有效且去信任。
當然，上述方案只解決了DA平臺本身的資料扣留問題，但在Layer2的底層結構中，有能力發動資料扣留的不只DA平台，還有排序器（Sequencer）。在B^2 Network乃至大多數Layer2的工作流程中，新增資料是由排序器Sequencer產生的，它會把用戶端發來的交易匯總處理，附帶這些交易執行後的狀態變更結果，打包成批次(batch)，再發送給充當DA層的B^2 Hub節點們。
如果排序器一開始產生的batch就有問題，就還存在資料扣留的可能性，當然也包含其他形式的作惡場景。所以，B^2 的DA網路(B^2 Hub)收到排序器產生的Batch後，會先對驗證Batch的內容，有問題就拒收。可以說，B^2 Hub 不但扮演了類似Celestia的DA層，也扮演了鏈下的驗證層，有點類似CKB在RGB++協定中的角色。
（不完整的B^2 Network底層結構圖）
按照B^2 Network最新的技術路線圖，B^2 Hub在收到並驗證了Batch後，只保留一段時間，過了這個視窗期，Batch資料就會被過期淘汰，從B^2 Hub節點本地刪除掉。為了解決類似EIP-4844的資料淘汰及遺失問題，B^2 Network設定了一組儲存節點，這些儲存節點會負責永存Batch數據，這樣一來，任何人在任何時候，都可以在儲存網路中搜尋到自己需要的歷史資料。
不過，沒有人會平白無故的運行B^2儲存節點，如果想讓更多人來運作儲存節點，增強網路的去信任程度，就要提供激勵機制；要提供激勵機制，就要先想辦法反作弊。例如，假如你提出了一套激勵機制，任何人在自己的設備本地存儲了數據，就可以獲得獎勵，可能有人在下載了數據後，又偷偷的把一部分數據刪掉，卻聲稱自己存儲的數據是完整的，這就是最常見的作弊方法。
Filecoin透過名為PoRep和PoSt的證明協議，讓儲存節點向外界出示儲存證明，證明自己在給定時間段內的確完整的保存了資料。但這種儲存證明方案需要產生ZK證明，且運算複雜度很高，對儲存節點的硬體設備會有較高要求，可能不是一個經濟成本上可行的方法。
在B^2 Network的新版技術路線圖中，儲存節點會採用類似Arweave的機制，需要爭奪出塊權來取得代幣誘因。如果儲存節點私自刪除了一些數據，則其成為下一個出塊者的機率會降低，而保留資料最多的節點，越有可能成功出塊，獲取到更多的獎勵。所以對於大多數儲存節點而言，還是保留完整的歷史資料集比較好。
當然，激勵的不只是儲存節點，還包括前面提到的B^2 Hub節點，按照路線圖，B^2 Hub會組成一個Permissionless的POS網絡，任何人只要質押了足夠多的Token，就可以成為B^2 Hub或儲存網路中的一員，透過這種方式，B^2 Network嘗試在鏈下打造去中心化的DA平台及儲存平台，並在未來整合B^2 以外的比特幣Layer2 ，搭建通用的比特幣鏈下DA層與資料儲存層。
ZK與詐欺證明混用的狀態驗證方案
前面我們闡述了B^2 Network的DA解決方案，接下來我們將重點放在其狀態驗證方案。所謂的狀態驗證方案，就是指Layer2如何確保自己的狀態轉換足夠「去信任」。
前面我們曾提到，在B^2 Network乃至大多數Layer2的工作流程中，新增資料是由排序器Sequencer產生的，它會把用戶端發來的交易匯總處理，附帶這些交易執行後的狀態變更結果，打包成批次(batch)，發送給Layer2網路中的其他節點，包括普通的Layer2全節點，以及B^2 Hub節點。
B^2 Hub節點在收到Batch資料後，會解析其內容並做出驗證，這裡就包含了前面提到的「狀態驗證」。其實狀態驗證，就是驗證排序器產生的Batch中，記錄的「交易執行後的狀態變化」是否正確。如果B^2 Hub節點收到了包含錯誤狀態的Batch，會將其拒收。
其實，B^2 Hub本質是一條POS公鏈，會有出塊人和驗證人、的分野。每隔一段時間，B^2 Hub的出塊人會產生新的區塊，並傳播給其他節點（驗證人），這些區塊包含了排序器提交的Batch資料。剩下的工作流程和前面提到的Celestia有些許類似，有很多外部的節點，頻繁的向B^2 Hub節點索取資料片段，在這個過程中，Batch資料會被分發給很多節點設備，也包括前面提到的儲存網路。
B^2 Hub中存在名為Committer（承諾人）的可輪換角色，它會把Batch的資料hash（其實是Merkle root），以及儲存索引，以銘文的形式提交到比特幣鏈上。只要你讀取到這個資料hash和儲存索引，就有辦法在鏈下的DA層/儲存層取得到完整的資料。假設鏈下有N個節點存放著Batch數據，只要其中1個節點願意對外提供數據，就能讓任何人取得到它需要的數據，這裡的信任假設是1/N。
當然，我們不難發現，在上述過程中，負責驗證Layer2狀態轉換有效性的B^2 Hub，是獨立於比特幣主網的，只是一個鏈下的驗證層，所以這個時候，Layer2的狀態驗證方案，在可靠性上無法等價於比特幣主網。
一般而言，ZK Rollup可以完整的繼承Layer1的安全性，但目前比特幣鏈上只支援一些極為簡單的計算，無法直接驗證ZK證明，所以還沒有哪個Lay\er2可以在安全模型上等價於以太坊的那種ZK Rollup，包括Citrea和BOB等。
目前看來，「比較可行」的想法是BitVM白皮書中所闡述的那樣，複雜的計算過程挪到比特幣鏈下，僅在必要時把某些簡單的計算挪到鏈上進行。例如驗證ZK證明時產生的計算痕跡，可以公開，交由外界檢查。如果人們發現其中某個比較細微的計算步驟有問題，就可以在比特幣鏈上驗證這道「有爭議的計算」。這裡面需要用比特幣的腳本語言，模擬出EVM等特殊虛擬機器的功能，消耗的工程量可能會非常龐大，但並不是不可行。
參考資料：《極簡解讀BitVM：如何在BTC鏈上驗證詐欺證明（執行EVM或其他VM的操作碼）》
在B^2 Network的技術方案中，排序器產生了新的Batch後，會轉發給聚合器以及Prover，後者把Batch的資料驗證過程ZK化，生成ZK證明，最後轉發給B^2 Hub節點。 B^Hub節點是EVM相容的，透過Solidity合約來驗證ZK Proof，這其中涉及的全部計算過程，會被拆分為非常底層的邏輯閘電路形態，這些邏輯閘電路又會以比特幣腳本語言的形式表達出來，全部提交至吞吐量夠大的第三方DA平台。
如果人們對這些披露出來的ZK驗證痕跡存在疑問，覺得某個小步驟有錯誤，就可以在比特幣鏈上進行“挑戰”，要求比特幣節點直接檢查這個有問題的步驟，並適當做出懲罰。
（B^2 Network的整體結構圖，不含資料採樣節點）
那麼是誰被懲罰呢？其實是Committer。在B^2 Network的設定中，Committer不但會把前面說的數據hash發佈到比特幣鏈上，還要把ZK證明的驗證「承諾」發佈到比特幣主網。透過比特幣Taproot的一些設定，你可以隨時在比特幣鏈上，對Committer發布的「ZK證明驗證承諾」進行質疑和挑戰。
這裡解釋下什麼「承諾」（Commitment）。 “承諾”的含義在於，某些人聲稱，某些鏈下數據是準確無誤的，並在鏈上發布對應的聲明，這個聲明就是“承諾”，承諾值與特定的鏈下數據相綁定。在B^2的方案中，如果有人認為Committer發布的ZK驗證承諾有問題，就可以進行挑戰。
或許有人會問，前面不是提到B^2 Hub在收到Batch後，會直接驗證其有效性嗎，這裡為何又要「多次一舉」的驗證ZK證明？為什麼不直接把驗證Batch的流程公開揭露，讓人們直接挑戰，非要引進ZK證明幹嘛？這其實是為了把計算痕跡壓縮的夠小，如果直接把驗證Layer2交易、產生狀態變更的計算流程，全部以邏輯閘電路和比特幣腳本的形式公開披露，將會產生極大的資料尺寸。而ZK化之後，可以把資料尺寸大大壓縮後，再發佈出去。
這裡大致總結下B^2的工作流程：
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B^2的排序器Sequencer負責產生新的Layer2區塊，並將多個區塊聚合為data batch（資料批次）。 data batch會被送給聚合器Aggregator，以及B^Hub網路中的Validator節點。
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聚合器會將data Batch，傳送給Prover節點，讓後者產生對應的零知識證明。 ZK證明隨後會被發送給B^2的DA與驗證者網路(B^2Hub)。
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B^2Hub節點會驗證聚合器發來的ZK Proof，能否和Sequencer發過來的Batch相對應。若兩者可以對應，則通過驗證。透過驗證的Batch，其資料hash與儲存索引，會被某個指定的B^Hub節點（稱為Committer）傳送至比特幣鏈上。
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B^Hub節點會將其驗證ZK Proof的整個計算過程公開披露，將計算過程的Commitment發送到比特幣鏈上，允許任何人對其進行挑戰。如果挑戰成功，則發布Commitment的B^Hub節點將受到經濟懲罰（它在比特幣鏈上的UTXO將被解鎖並轉移給挑戰者）
B^2 Network的這種狀態驗證方案，一面引入了ZK，一面採用了欺詐證明，實際上屬於混合型的狀態驗證方式。只要鏈下存在至少1個誠實的節點，在偵測出錯誤後願意發起挑戰，就可以保證B^2 Network的狀態轉換是沒有問題的。
按照西方比特幣社群成員的看法，未來比特幣主網可能會進行適當的分叉，以支援更多的運算功能，也許在未來，直接在比特幣鏈上驗證ZK證明會成為現實，屆時將為整個比特幣Layer2帶來新的典範轉移。而B^2 Hub作為一個通用的DA層與驗證層，不但可以作為B^2 Network的專用模組，還可以賦能其他比特幣二層，在比特幣Layer2的大爭之世中，鏈下功能拓展層必將越來越重要，而B^Hub和BTCKB的湧現，或許才剛揭開這些功能拓展層的冰山一角。
