Introdução

Citrea é o primeiro rollup a utilizar a tecnologia de conhecimento zero para aprimorar a funcionalidade do espaço de bloco do Bitcoin. É a única solução de escalabilidade que alavanca o Bitcoin como camada de disponibilidade de dados e liquidação por meio de seu mecanismo de pino bidirecional baseado em BitVM com minimização de confiança, Clementine. Citrea é totalmente compatível com o EVM, permitindo que todos os desenvolvedores do EVM construam facilmente sobre o Bitcoin.

Antecedentes de financiamento

Citrea completou duas rodadas de financiamento este ano. A rodada inicial foi encerrada em 21 de fevereiro de 2023, arrecadando $2.7M, liderada pela Galaxy, com outros investidores incluindo Delphi Ventures, Eric Wall, Anurag Arjun, BatuX, Igor Barinov e James Parillo. A rodada Série A foi concluída em 31 de outubro de 2024, arrecadando $14M, liderada pela Founders Fund, com a participação da Maven 11, Mirana Ventures, dao5, Axiom e outros.

Equipe Fundadora

A equipa principal da Citrea é composta por Orkun Mahir Kılıç, Esad Yusuf Atik e Murat Karademir, todos eles com uma vasta experiência em blockchain e são membros chave da Chainway Labs, que desenvolveu a Citrea.

Desafios enfrentados pelo Bitcoin

Alta demanda por espaço de bloco Bitcoin

Devido à segurança, descentralização e resistência à censura do Bitcoin, os utilizadores procuram satisfazer todas as suas necessidades on-chain através do Bitcoin. Ao longo dos últimos meses, o interesse no ecossistema Bitcoin tem crescido exponencialmente, refletido no aumento das taxas de transação. Os utilizadores estão ansiosos para pagar por espaço na blockchain, quer seja para pagamentos ou transações de inscrição.

Garantir a participação sustentável na rede Bitcoin é fundamental para a sua saúde e segurança a longo prazo. No entanto, há um trade-off: altas taxas e limitações necessárias de tamanho do bloco inevitavelmente excluem algumas transações. O Bitcoin precisa escalar para acomodar transações mais complexas sem comprometer seus princípios fundamentais. Esse interesse crescente destaca um problema significativo com as propostas de escalabilidade existentes: sua incapacidade de atender à crescente demanda por espaço de bloco do Bitcoin.

Limitações das Propostas de Escalabilidade Existente

Layer 2 do Bitcoin

O Bitcoin tem lutado há muito tempo para processar mais transações e apoiar aplicações adicionais sem comprometer a sua segurança ou princípios fundamentais. Este desafio multifacetado tem-se mostrado difícil de resolver completamente. Algumas soluções, como a Lightning Network, visam melhorar a eficiência de pagamento do Bitcoin, enquanto outras se concentram na expansão da funcionalidade do BTC, como sidechains.

No panorama atual, a demanda inerente pela blockchain do Bitcoin está a ser redirecionada para protocolos de consenso separados, nomeadamente sidechains. Esta abordagem cria um compromisso - sacrificando a segurança do Bitcoin e desalinhando-se com os seus mecanismos de incentivo em troca de taxas mais baixas e casos de uso mais amplos de BTC. Como resultado, o Bitcoin, dominado por soluções de escalabilidade impulsionadas por sidechains, enfrenta desafios que não contribuem de forma significativa para a sua saúde e incentivos a longo prazo. Estas soluções não fortalecem a segurança do Bitcoin ou dimensionam adequadamente a sua blockchain, transformando a demanda por sidechains numa divergência da demanda genuína do Bitcoin.

Camada de Execução Substituindo Sidechains

Sidechains Tradicionais vs. Citrea

Citrea é a única camada de execução implementada no Bitcoin, a primeira a oferecer verificação de prova de conhecimento zero e a primeira verificação L2 de propósito geral dentro do Bitcoin. Ao contrário das sidechains monolíticas, Citrea cria um ecossistema modular para o Bitcoin através de seus shards de execução, mantendo a liquidação e a disponibilidade de dados on-chain e dentro da rede Bitcoin. [2]

Recursos Principais

Citrea é a única camada de execução no Bitcoin que liquida transações diretamente no Bitcoin. Cada transação que ocorre na Citrea é totalmente protegida por provas de conhecimento zero e verificadas pelo Bitcoin. O ambiente de execução da Citrea é confiável em relação ao Bitcoin e acessível a todos os participantes da rede Bitcoin. Portanto, a Citrea garante que atende às mesmas garantias de disponibilidade de dados, resistência à censura e resistência à reorganização do Bitcoin.

Bitcoin como a Base para Aplicações:

A missão da Citrea é construir uma camada de liquidez programável no blockchain mais seguro e descentralizado – o Bitcoin. Acreditamos que o espaço do bloco Bitcoin deve ser usado de forma eficiente para abordar várias atividades financeiras, como compras de BTC sem confiança, alavancagem de BTC ou empréstimo de BTC. Enquanto a maioria dos meta-protocolos atuais que tentam fornecer essas funções são confiáveis e ineficientes, o Citrea é a plataforma mais eficiente e segura para construir aplicativos em Bitcoin.

Bitcoin Regulação e Confiança Minimizada na Conexão Bidirecional:

Citrea implementa o primeiro mecanismo de pino bidirecional minimizado de confiança através de Clementine, protegido por provas ZK e BitVM. Desde que um único validador na configuração do BitVM seja honesto, Clementine permanece seguro. Isto representa uma melhoria significativa em relação às soluções existentes (tais como federações abertas e fechadas). O design de Clementine, combinado com o cliente leve sem confiança da Citrea, minimiza os requisitos de confiança do pino bidirecional sem a necessidade de um fork suave. Os principais componentes de Clementine incluem: provas do cliente leve (tanto para Bitcoin como para Citrea) e validadores ZKP no BitVM. O processo principal é o seguinte:

• Dentro e fora do pino
  Clementine, com base em BitVM, permite apenas UTXOs de tamanho estático para transferências de entrada e saída. Para simplificar, vamos assumir que é exatamente 1 BTC.

• In-Peg

Lógica de Saída In-Peg

Para iniciar a âncora, o utilizador bloqueia 1 BTC num UTXO que só pode ser acedido pelas seguintes partes: N+1 multisignature em N+1 (N-1 validadores, o operador da ponte e o utilizador) ou o utilizador receberá os fundos após 200 blocos. Após bloquear o UTXO, o utilizador envia a assinatura da transação para os validadores.

Uma vez concluída a transação no Bitcoin, os fundos são transferidos para uma nova multisignatura N-of-N. O usuário pode criar a sua BTC vinculada apresentando uma prova de SPV ao contrato inteligente na Citrea. A transação inclui um endereço EVM usado para identificar o usuário na Citrea.

• Lógica de Desvinculação
  Para iniciar uma retirada, o utilizador deve transferir 1 BTC para um contrato inteligente em Citrea e fornecer um endereço Bitcoin. Este endereço é registado como uma nova folha na 'Withdrawal Merkle Tree' e, em seguida, os 1 BTC são destruídos em Citrea. Para simplificar, podemos assumir que cada endereço Bitcoin é único, mas isso não é restritivo. Portanto, qualquer transferência de 1 BTC para um determinado endereço Bitcoin na rede Bitcoin resultará em uma retirada válida.

• Conector Fonte UTXO

Princípio UTXO

Clementine garante que, se o operador da ponte tentar reivindicar mais BTC do que o valor de saque coberto, perderá permanentemente o acesso aos fundos da ponte.

O UTXO de Origem do Conector é usado pelo operador para reivindicar de Clementine. Para ter acesso ao UTXO de Origem do Conector, o operador usa a árvore de UTXO do Conector, que é uma árvore de UTXO que o operador utiliza para provar a quantidade de BTC que eles podem reivindicar para suas retiradas cobertas.

• Esquema de Ligação Bidirecional

Definindo a Linha do Tempo

Cronologia

• Prazo do Cliente Leve: A verificação de comprometimento BitVM verifica a altura do bloco para levantamentos.
• Período de envio: O tempo atribuído ao operador para satisfazer os restantes levantamentos e registar a pré-imagem.
• Suposição K-deep: Garante a finalização do último bloco de Bitcoin. Como os validadores podem desafiar usando o PoW do último bloco, o operador não deve ser capaz de usar hashes de bloco diferentes para forks privados.
• Período de resposta ao desafio BitVM: O período durante o qual os validadores desafiam o operador e participam de um jogo interativo de validação (se necessário). No final deste período, existem apenas dois resultados possíveis: \
  um. A Fonte do Conector UTXO está disponível para o operador usar, permitindo que eles reivindiquem o valor BTC coberto durante a retirada. \
  b. O UTXO da Fonte do Conector é queimado junto com o UTXO de resposta do BitVM, revogando o acesso do operador aos fundos da ponte.

O corte do cliente leve ocorre a cada 6 meses e continua indefinidamente no mesmo intervalo.

Lógica

Em Clementine, uma vez que a prova, incluindo a retirada, é finalizada em Bitcoin, o operador é responsável por cobrir cada retirada. Após cada período, o operador compromete a quantidade de fundos de ponte reivindicados de Clementine revelando pré-imagens log2(n) em Bitcoin. Este valor é igual ao total de levantamentos que o frontend cobre desde o último checkpoint.

Equivalência EVM

Citrea traz programabilidade para Bitcoin através da Máquina Virtual Ethereum (EVM). O EVM da Citrea é comprovado e personalizado para Bitcoin e BitVM. Este ambiente de execução permite que os usuários implantem contratos inteligentes complexos além dos recursos de script do Bitcoin. O Citrea escala o Bitcoin agregando milhares de transações e gerando provas de validade compactas. As provas Citrea estão inscritas no Bitcoin e podem ser verificadas com otimismo no Bitcoin através do BitVM. Este modelo garante a disponibilidade e verificabilidade dos dados on-chain.

• Depósitos do Utilizador

Depósitos do Utilizador

Quando o usuário envia BTC para o operador da ponte, o processo de ancoragem começa. Os validadores (participantes autorizados a desafiar o operador da ponte) assinam então a transação do usuário. Esta assinatura é submetida ao operador da ponte, indicando que os validadores aprovam o depósito de BTC. Uma vez concluída esta etapa de validação, o usuário pode criar cBTC (CitreaBTC) enviando a verificação simplificada de pagamento (SPV) da transação para o contrato inteligente na Citrea, em troca do BTC enviado para o endereço de depósito controlado pela BitVM.

Alternativamente, o usuário pode entrar na Citrea através de uma troca atômica via Bitcoin ou a Lightning Network, que é mais fácil e mais barato do que usar o depósito de pino de duas vias.

• Processo de Transação

Transações do utilizador

O ambiente EVM da Citrea permite aplicações como DeFi, transferências privadas ou trocas de BTC por BTC. Independentemente da aplicação do utilizador, o processo técnico começa com o envio de uma transação pelo utilizador para um nó completo. Assim que a transação é recebida, o nó completo envia-a para o sequenciador para confirmação suave. Qualquer pessoa que aceda ao histórico de transações ou aos dados de consulta da Citrea pode configurar um nó completo da Citrea.

O sequenciador é um nó completo que confirma transações suavemente e constrói blocos. Em seguida, propaga essas confirmações suaves (blocos suaves) para cada nó completo disponível. O objetivo das confirmações suaves é fornecer aos usuários uma experiência de transação rápida. O próximo passo envolve um nó completo especial para agregação de conhecimento zero, chamado de provador, que desempenha um papel fundamental na segurança de transações do usuário do Bitcoin.

Como todos os nós completos, o provador recebe confirmação do sequenciador suave e armazena os dados. A principal distinção do provador é que ele cria lotes, agregando as transações que foram confirmadas suavemente pelo sequenciador. Em seguida, gera uma prova de conhecimento zero para esse lote, que qualquer um pode verificar para validar.

O provador gera a prova e cria um conjunto de dados chamado diferença de estado, que é a diferença de slot de armazenamento entre o estado inicial e o estado mais recente. A criação da diferença de estado é a razão pela qual o Citrea é eficiente na utilização do espaço de bloco do Bitcoin. Como o espaço de bloco do Bitcoin é limitado e custoso, o Citrea registra a diferença de estado em vez dos dados completos da transação para minimizar o uso do espaço de bloco e os custos de dados.

• Levantamentos de utilizadores

Retiradas de utilizador

Para retirar-se do peg, o usuário pode enviar uma transação de retirada para um nó completo da Citrea ou registá-la como uma transação forçada no Bitcoin. Em ambos os casos, o operador da ponte cobrirá o peg de retirada do usuário e solicitará a retirada pré-coberta do BitVM. \

A ponte Citrea utiliza o BitVM para liquidação em Bitcoin. O BitVM é um paradigma computacional que permite contratos completos de Turing no Bitcoin. Desde que ninguém o desafie, o cálculo no BitVM é considerado correto, tornando o BitVM otimista. A Citrea usa o BitVM para verificar as provas de conhecimento zero inscritas no Bitcoin. Entre os N validadores, um único validador honesto é suficiente para proteger o mecanismo de ancoragem de duas vias, permitindo que a Citrea alcance a minimização da confiança.

Alternativamente, o usuário pode sair através de uma troca atômica via Bitcoin ou a Lightning Network, que é mais fácil e mais barata do que usar o pino bidirecional.

Direções Futuras de Desenvolvimento

Abordagem de máquina multivirtual

Citrea foi projetada para ser compatível e interoperável com várias máquinas virtuais. Executa no STARK zkVM de propósito geral, o que significa que qualquer máquina virtual pode ser implementada e provas de execução geradas. Inicialmente, Citrea implementava EVM, mas devido ao seu design compatível com versões futuras, pode suportar outras VMs como WASM ou SVM.

Modelo de Volição

Volition é um tipo especial de solução de disponibilidade de dados que combina dados off-chain e on-chain. Em termos simples, as volições permitem que os usuários ou aplicativos escolham onde os dados de cada transação são armazenados. Esse modelo permite que aplicativos com diferentes locais de dados interoperem dentro de uma única blockchain. Por exemplo, os usuários podem escolher a disponibilidade de dados off-chain para custos mais baixos, mas segurança reduzida, ou a disponibilidade de dados do Bitcoin para custos normais, mas segurança total. Independentemente da disponibilidade de dados escolhida, cada transação continuará sendo validada por meio de provas de ZK.

Rede de Sequenciador Descentralizada

Os colaboradores do Citrea estão explorando soluções para apoiar o consenso entre vários sequenciadores sem afetar a latência e a finalidade. Uma abordagem poderia envolver a implementação de uma camada semelhante a PoS, mas apenas para blocos de sequenciamento. Para os usuários, a fonte da verdade sempre serão as provas de conhecimento zero no Bitcoin. Uma camada de sequenciamento descentralizada reduzirá a confiança de curto prazo nos sequenciadores para proteger o sequenciamento, uma vez que o sequenciamento será finalizado em um único intervalo de tempo na camada de sequenciamento. Vários mecanismos de consenso, como CometBFT, Hotstuff e MonadBFT, estão atualmente sendo testados.

Trocas Atômicas Sem Confiança

Atualmente, está em curso uma investigação para permitir trocas atômicas sem confiança entre Citrea e Bitcoin. Essas trocas permitirão que os utilizadores entrem e saiam de Citrea sem utilizar o mecanismo de pino.

Integração da Lightning Network

Está a ser realizada uma pesquisa sobre trocas atómicas sem confiança entre Citrea e a Lightning Network. Isso permitirá aos utilizadores do Citrea pagar diretamente faturas da Lightning a partir da rede Citrea ou dos seus pontos de entrada e saída sem depender da camada base do Bitcoin.

Acordo sem confiança

Para alcançar uma liquidação totalmente confiável do Bitcoin, é necessário um opcode para verificação de provas de conhecimento-zero (ZK) e um opcode de contrato. Na arquitetura atual, o BitVM fornece uma liquidação com minimização de confiança - uma melhoria significativa em relação às soluções de sidechain inseguras.

Conclusão

O núcleo do protocolo Citrea reside no seu posicionamento único para o fluxo dinâmico de dados, fornecendo uma solução eficiente e sem confiança para partilha e gestão de dados em tempo real. Seus amplos cenários de aplicação e arquitetura técnica inovadora o tornam um player significativo no campo do blockchain. No entanto, ainda enfrenta desafios em relação à tecnologia e à adoção do usuário para alcançar aplicações mais amplas.