Введение

Citrea - первый Rollup, использующий технологию нулевого разглашения для улучшения функциональности блочного пространства Bitcoin. Это единственное масштабируемое решение, использующее Bitcoin в качестве слоя доступности данных и расчетов с помощью доверительного двустороннего механизма крепления на основе BitVM, Clementine. Citrea полностью совместима с EVM, что позволяет всем разработчикам EVM легко создавать приложения на Bitcoin.

Финансирование

Citrea завершила два раунда финансирования в этом году. Серия A была завершена 31 октября 2024 года, собрав $14M, возглавляемая Founders Fund, с участием Maven 11, Mirana Ventures, dao5, Axiom и других.

Команда основателей

Ключевая команда Citrea состоит из Оркун Махир Кылыджа, Эсада Юсуфа Атика и Мурата Карадемира, все они имеют обширный опыт в области блокчейна и являются ключевыми членами Chainway Labs, который разработал Citrea.

Проблемы, с которыми сталкивается Биткойн

Высокий спрос на блок-пространство биткоина

Благодаря безопасности, децентрализации и устойчивости к цензуре Биткойна, пользователи стремятся удовлетворить все свои потребности в блокчейне через Биткойн. За последние несколько месяцев интерес к экосистеме биткоина вырос в геометрической прогрессии, что отразилось на росте комиссий за транзакции. Пользователи готовы платить за место в блокчейне, будь то платежи или транзакции с надписью.

Обеспечение устойчивого участия в сети Bitcoin критично для ее долгосрочного здоровья и безопасности бюджета. Однако существует компромисс: высокие комиссии и необходимые ограничения размера блока неизбежно исключают некоторые транзакции. Bitcoin должен масштабироваться, чтобы вместить более сложные транзакции, не подвергая опасности свои основные принципы. Этот растущий интерес подчеркивает значительную проблему с существующими предложениями масштабируемости: их неспособность удовлетворить растущий спрос на блок-пространство Bitcoin.

Ограничения существующих предложений по масштабируемости

Layer 2 биткоина

Биткойн долгое время борется с обработкой большего количества транзакций и поддержкой дополнительных приложений без ущерба для своей безопасности или основных принципов. Эта многофункциональная задача оказалась сложной для полного решения. Некоторые решения, такие как Lightning Network, направлены на улучшение эффективности платежей в биткойнах, в то время как другие фокусируются на расширении функциональности BTC, такие как побочные цепочки.

В текущем ландшафте встроенный спрос на блокчейн биткойна перенаправляется на отдельные протоколы согласования, а именно сайдчейны. Такой подход создает компромисс — жертвуя безопасностью биткойна и расхождаясь с его инцентивными механизмами в обмен на более низкие комиссии и более широкие случаи использования BTC. В результате биткойн, подвергнутый решениям масштабируемости, основанным на сайдчейнах, сталкивается с проблемами, которые не способствуют существенному улучшению его долгосрочного здоровья и инцентивов. Эти решения не укрепляют безопасность биткойна и не масштабируют его блокчейн должным образом, превращая спрос на сайдчейны в отклонение от подлинного спроса на биткойн.

Замена боковых цепочек на уровне исполнения

Традиционные боковые цепочки против Citrea

Citrea - единственный уровень исполнения, реализованный на Bitcoin, первый, предлагающий верификацию доказательств нулевого знания, и первая L2-проверка общего назначения в рамках Bitcoin. В отличие от монолитных боковых цепей, Citrea создает модульную экосистему для Bitcoin через свои исполнительные осколки, сохраняя урегулирование и доступность данных в сети и в пределах сети Bitcoin. [2]

Основные характеристики

Citrea - единственный уровень исполнения на Bitcoin, который расчеты совершает непосредственно на Bitcoin. Каждая транзакция, которая происходит на Citrea, полностью защищена нулевыми доказательствами и проверяется Bitcoin. Среда исполнения Citrea недоверительна по отношению к Bitcoin и доступна всем участникам сети Bitcoin. Таким образом, Citrea обеспечивает соответствие тем же гарантиям доступности данных, устойчивости к цензуре и устойчивости к реорганизации, что и Bitcoin.

Биткойн как основа для приложений:

Миссия Citrea заключается в создании программного уровня ликвидности на самой безопасной и децентрализованной блокчейн-сети — Bitcoin. Мы считаем, что блок-пространство Bitcoin должно использоваться эффективно для решения различных финансовых операций, таких как безопасные покупки BTC, использование BTC в качестве рычага или заем BTC. В то время как большинство существующих метапротоколов, пытающихся предоставить эти функции, являются недостоверными и неэффективными, Citrea является самой эффективной и безопасной платформой для создания приложений на базе Bitcoin.

Расчеты и минимизированные доверительные двусторонние переходы Bitcoin:

Citrea реализует первый механизм двусторонней минимизации доверия через Clementine, защищенный ZK-доказательствами и BitVM. Пока хотя бы один валидатор в настройке BitVM является честным, Clementine остается безопасным. Это представляет собой значительное улучшение по сравнению с существующими решениями (такими как открытые и закрытые федерации). Дизайн Clementine, в сочетании с недоверительным легким клиентом Citrea, минимизирует требования к доверию двусторонней минимизации без необходимости в мягкой вилке. Основные компоненты Clementine включают: доказательства легкого клиента (для Bitcoin и Citrea) и валидаторы ZKP в BitVM. Основной процесс выглядит следующим образом:

• Внутриигловый и внешнеигловый
  Клементин, основанный на BitVM, позволяет использовать только статические UTXO для передачи внутри блокчейна и межблокчейн. Для простоты, давайте предположим, что это ровно 1 BTC.

• In-Peg

Логика вывода In-Peg

Для инициации пега пользователь блокирует 1 BTC в UTXO, к которому можно получить доступ только следующим сторонам: N+1 мультисигнатура в N+1 (N-1 валидаторы, оператор моста и пользователь) или пользователь получит средства после 200 блоков. После блокировки UTXO пользователь отправляет подпись транзакции валидаторам.

После завершения транзакции по биткойну средства переводятся на новую N-из-N мультисигнатуру. Пользователь может создать свои привязанные BTC, представив доказательство SPV смарт-контракту на Citrea. В транзакцию включается адрес EVM, используемый для идентификации пользователя на Citrea.

• Логика выхода из Peg
  Для инициирования вывода пользователь должен перевести 1 BTC на смарт-контракт на Citrea и предоставить адрес Bitcoin. Этот адрес записывается как новый лист в «Дереве Меркля вывода», а затем 1 BTC уничтожается на Citrea. Для простоты мы можем предположить, что каждый адрес Bitcoin уникален, но это не ограничивает. Поэтому любой перевод 1 BTC на указанный адрес Bitcoin в сети Bitcoin приведет к действительному выводу.

• Исходный UTXO коннектора

Принцип UTXO

Clementine гарантирует, что если оператор моста попытается запросить больше BTC, чем покрытая сумма вывода, он навсегда потеряет доступ к средствам моста.

Источник UTXO коннектора используется оператором для получения средств от Клементины. Для доступа к UTXO источнику коннектора оператор использует дерево UTXO коннектора, которое является деревом UTXO, используемым оператором для подтверждения суммы BTC, которую они могут запросить для своих обеспеченных выводов.

• Схема двусторонней привязки

Определение временной шкалы

График

• Дедлайн для легкого клиента: проверка комитета BitVM по высоте блока для вывода.
• Период представления: Время, выделенное оператору для удовлетворения оставшихся выводов и записи предобразования.
• K-глубокое предположение: обеспечивает завершение последнего блока Bitcoin. Поскольку валидаторы могут оспаривать с использованием PoW последнего блока, оператор не должен иметь возможности использовать различные хеши блоков для частных форков.
• Период ответа на вызов BitVM: период, в течение которого валидаторы оспаривают оператора и участвуют в интерактивной игре валидации (при необходимости). В конце этого периода существует только два возможных исхода: \
  a. Исходный UTXO-коннектор доступен оператору для использования, позволяя ему запросить сумму BTC, покрытую во время вывода. \
  b. Исходный UTXO коннектора сжигается вместе с UTXO ответа BitVM, отменяя доступ оператора к средствам моста.

Обрезка легкого клиента происходит каждые 6 месяцев и продолжается бесконечно с тем же интервалом.

Логика

В Клементине, как только доказательство, включая вывод, завершается на Bitcoin, оператор несет ответственность за покрытие каждого вывода. После каждого периода оператор обязуется покрыть сумму мостовых средств, указанных Клементиной, раскрывая log2(n) преобразований на Bitcoin. Эта сумма равна общей сумме выводов, которые покрывает внешний интерфейс с момента последней контрольной точки.

Эквивалент EVM

Citrea приносит программирование в Bitcoin через виртуальную машину Ethereum (EVM). EVM Citrea является доказуемой нулевой знанием и настраивается для Bitcoin и BitVM. Эта среда выполнения позволяет пользователям развертывать сложные смарт-контракты, превышающие возможности сценариев Bitcoin. Citrea масштабирует Bitcoin, агрегируя тысячи транзакций и генерируя компактные доказательства правильности. Доказательства Citrea вписываются в Bitcoin и могут быть оптимистично проверены на Bitcoin через BitVM. Эта модель обеспечивает доступность данных on-chain и их верификацию.

• Пользовательские депозиты

Депозиты пользователей

Когда пользователь отправляет BTC оператору моста, начинается процесс привязки. Затем валидаторы (участники, авторизованные для оспаривания оператора моста) подписывают транзакцию пользователя. Эта подпись отправляется оператору моста, указывая, что валидаторы одобряют депозит BTC. После завершения этого этапа проверки пользователь может создать cBTC (CitreaBTC), отправив SPV (упрощенную проверку платежей) транзакции в смарт-контракт на Citrea в обмен на BTC, отправленные на адрес депозита, контролируемый BitVM.

В качестве альтернативы пользователь может войти в Citrea через атомный своп через Bitcoin или Lightning Network, что проще и дешевле, чем использование двустороннего залогового депозита.

• Процесс транзакции

Транзакции пользователя

EVM-среда Citrea позволяет приложениям, таким как DeFi, частные трансферы или обмен BTC на BTC. Независимо от приложения пользователя, технический процесс начинается с отправки пользователем транзакции на полный узел. После получения транзакции полный узел отправляет ее на секвенсор для мягкого подтверждения. Любой, кто получает доступ к истории транзакций или данным запросов Citrea, может настроить полный узел Citrea.

Секвенсор — это полноценный узел, который мягко подтверждает транзакции и строит блоки. Затем он распространяет эти мягкие подтверждения (мягкие блоки) на каждый доступный полный узел. Цель мягких подтверждений — предоставить пользователям быстрый опыт транзакций. Следующий шаг включает в себя специальный полный узел для агрегации с нулевым разглашением, называемый прувером, который играет ключевую роль в наследовании безопасности пользовательских транзакций Биткойна.

Как и все полные узлы, доказательство получает мягкое подтверждение последователя и сохраняет данные. Основное отличие доказательства заключается в том, что оно создает пакеты, агрегируя транзакции, которые были мягко подтверждены последователем. Затем оно генерирует доказательство нулевого знания для этого пакета, которое может быть проверено на допустимость любым.

Prover генерирует доказательство и создает набор данных, называемый разницей состояний, которая представляет собой разницу в хранилище между начальным состоянием и последним состоянием. Создание разницы состояний - это причина, по которой Citrea эффективно использует блок-пространство Bitcoin. Поскольку блок-пространство Bitcoin ограничено и дорогостояще, Citrea записывает разницу состояний вместо полных данных транзакций для минимизации использования блок-пространства и издержек на данные.

• Вывод пользователей

Пользовательские выводы

Чтобы выйти из привязки, пользователь может отправить транзакцию на вывод на полный узел Citrea или записать ее как принудительную транзакцию в Bitcoin. В обоих случаях оператор моста покроет вывод привязки пользователя и запросит предварительно покрытый вывод из BitVM.

Мост Citrea использует BitVM для расчетов по Bitcoin. BitVM - это вычислительный парадигма, которая позволяет осуществлять контракты с полным Turing на Bitcoin. Пока никто не оспаривает его, вычисление на BitVM считается правильным, что делает BitVM оптимистичным. Citrea использует BitVM для проверки доказательств с нулевым разглашением, вписанных на Bitcoin. Среди N валидаторов один честный валидатор достаточен для защиты механизма двусторонней привязки, позволяя Citrea достичь минимизации доверия.

Кроме того, пользователь может выйти через атомарный своп через Bitcoin или Lightning Network, что проще и дешевле, чем использовать двустороннюю привязку.

Направления будущего развития

Многовиртуальный подход к машине

Citrea разработана с возможностью совместимости и совместной работой с несколькими виртуальными машинами. Она работает на универсальной STARK zkVM, что означает, что можно реализовать любую виртуальную машину и сгенерировать доказательства выполнения. Изначально в Citrea была реализована EVM, но благодаря своей совместимой совместимости она может поддерживать другие виртуальные машины, такие как WASM или SVM.

Модель Volition

Volition - это особый тип решения по доступности данных, который объединяет внеблоковые и внутриблоковые данные. Простыми словами, volitions позволяют пользователям или приложениям выбирать, где хранить данные для каждой транзакции. Эта модель позволяет приложениям с разными расположениями данных взаимодействовать в рамках одной блокчейн. Например, пользователи могут выбрать доступность данных вне блокчейна для снижения затрат, но сниженной безопасности, или доступность данных Bitcoin для нормальных затрат, но полной безопасности. Независимо от выбранной доступности данных, каждая транзакция будет продолжать проверяться с помощью ZK-доказательств.

Децентрализованная сеть последователей

Участники Citrea исследуют решения для поддержки согласованности между несколькими устройствами последовательной записи без влияния на задержку и окончательность. Один из подходов может включать в себя реализацию слоя, подобного PoS, но только для последовательной записи блоков. Для пользователей источником истины всегда будут нулевые доказательства в Bitcoin. Децентрализованный слой последовательной записи уменьшит краткосрочное доверие к устройствам последовательной записи для защиты последовательной записи, так как последовательная запись будет завершена в одном временном отрезке на слое последовательной записи. В настоящее время тестируются несколько механизмов согласования, таких как CometBFT, Hotstuff и MonadBFT.

Доверительный атомный своп

В настоящее время ведется исследование по обеспечению доверительных атомных свопов между Citrea и Bitcoin. Эти свопы позволят пользователям входить и выходить из Citrea без использования механизма пега.

Интеграция Lightning Network

Исследования проводятся по поводу доверительных атомных свопов между Citrea и Lightning Network. Это позволит пользователям Citrea напрямую оплачивать счета Lightning сети с сети Citrea или её точек входа и выхода без использования базового уровня Bitcoin.

Бездоверительное заселение

Для достижения полностью безопасного урегулирования биткойнов требуется операция кода для проверки ZK-доказательств и операция кода контракта. В текущей архитектуре BitVM обеспечивает минимизацию доверия к урегулированию - значительное улучшение по сравнению с небезопасными решениями для боковых цепей.

Заключение

Основой протокола Citrea является его уникальное положение в динамическом потоке данных, обеспечивающее эффективное и доверительное решение для обмена и управления данными в режиме реального времени. Широкий спектр применения и инновационная техническая архитектура делают его значимым игроком в области блокчейна. Однако он все еще сталкивается с проблемами, связанными с технологиями и принятием пользователей, чтобы достичь более широкого применения.