Introduction

Citrea est le premier rollup à utiliser la technologie à connaissance zéro pour améliorer la fonctionnalité de l'espace de blocs de Bitcoin. C'est la seule solution de mise à l'échelle qui exploite Bitcoin en tant que couche de disponibilité de données et de règlement grâce à son mécanisme de chevauchement bidirectionnel basé sur BitVM et minimisé en termes de confiance, Clementine. Citrea est entièrement compatible avec EVM, permettant à tous les développeurs EVM de construire facilement sur Bitcoin.

Contexte de financement

Citrea a réalisé deux tours de financement cette année. Le tour de démarrage a été clôturé le 21 février 2023, levant 2,7 millions de dollars, dirigé par Galaxy, avec d'autres investisseurs, dont Delphi Ventures, Eric Wall, Anurag Arjun, BatuX, Igor Barinov et James Parillo. Le tour de série A a été réalisé le 31 octobre 2024, levant 14 millions de dollars, dirigé par Founders Fund, avec la participation de Maven 11, Mirana Ventures, dao5, Axiom et d'autres.

Équipe fondatrice

L'équipe principale de Citrea est composée d'Orkun Mahir Kılıç, d'Esad Yusuf Atik et de Murat Karademir, tous dotés d'une vaste expérience dans la blockchain et sont des membres clés de Chainway Labs, qui a développé Citrea.

Défis auxquels fait face Bitcoin

Fort demande pour l'espace de bloc Bitcoin

En raison de la sécurité, de la décentralisation et de la résistance à la censure de Bitcoin, les utilisateurs cherchent à satisfaire tous leurs besoins on-chain grâce à Bitcoin. Au cours des derniers mois, l'intérêt pour l'écosystème Bitcoin a connu une croissance exponentielle, comme en témoigne l'augmentation des frais de transaction. Les utilisateurs sont impatients de payer pour de l'espace sur la chaîne de blocs, que ce soit pour des paiements ou des transactions d'inscription.

Assurer une participation durable dans le réseau Bitcoin est crucial pour sa santé à long terme et son budget de sécurité. Cependant, il y a un compromis : les frais élevés et les limitations de taille de bloc nécessaires excluent inévitablement certaines transactions. Bitcoin doit évoluer pour pouvoir accueillir des transactions plus complexes sans compromettre ses principes fondamentaux. Cet intérêt croissant met en lumière un problème significatif avec les propositions de mise à l'échelle existantes : leur incapacité à répondre à la demande croissante d'espace de blocs Bitcoin.

Limitations des propositions existantes en matière de scalabilité

Couche 2 de Bitcoin

Bitcoin a longtemps eu du mal à traiter plus de transactions et à prendre en charge des applications supplémentaires sans compromettre sa sécurité ou ses principes fondamentaux. Ce défi multifacette s'est avéré difficile à résoudre entièrement. Certaines solutions, comme le Lightning Network, visent à améliorer l'efficacité des paiements de Bitcoin, tandis que d'autres se concentrent sur l'expansion de la fonctionnalité du BTC, comme les sidechains.

Dans le paysage actuel, la demande inhérente pour la blockchain du Bitcoin est redirigée vers des protocoles de consensus séparés, à savoir les sidechains. Cette approche crée un compromis—sacrifier la sécurité du Bitcoin et se désaligner de ses mécanismes d'incitation en échange de frais plus bas et de cas d'utilisation plus larges du BTC. En conséquence, le Bitcoin, dominé par des solutions de scalabilité basées sur les sidechains, est confronté à des défis qui ne contribuent pas de manière significative à sa santé à long terme et à ses incitations. Ces solutions ne renforcent pas la sécurité du Bitcoin ou ne mettent pas à l'échelle de manière adéquate sa blockchain, transformant la demande de sidechains en une divergence par rapport à la demande réelle de Bitcoin.

Couche d'exécution remplaçant les chaînes secondaires

Sidechains traditionnels vs. Citrea

Citrea est la seule couche d'exécution implémentée sur Bitcoin, la première à offrir une vérification de preuve de connaissance nulle, et la première vérification L2 à usage général au sein de Bitcoin. Contrairement aux sidechains monolithiques, Citrea crée un écosystème modulaire pour Bitcoin grâce à ses fragments d'exécution, en maintenant le règlement et la disponibilité des données on-chain et au sein du réseau Bitcoin. [2]

Fonctionnalités clés

Citrea est la seule couche d'exécution sur Bitcoin qui règle les transactions directement sur Bitcoin. Chaque transaction qui se produit sur Citrea est entièrement protégée par des preuves à divulgation nulle et vérifiée par Bitcoin. L'environnement d'exécution de Citrea est sans confiance par rapport à Bitcoin et accessible à tous les participants du réseau Bitcoin. Par conséquent, Citrea garantit qu'il répond aux mêmes garanties de disponibilité des données, de résistance à la censure et de résistance à la réorganisation que Bitcoin.

Bitcoin comme fondement des applications :

La mission de Citrea est de construire une couche de liquidité programmable sur la blockchain la plus sécurisée et décentralisée - Bitcoin. Nous croyons que l'espace de bloc Bitcoin doit être utilisé efficacement pour répondre à diverses activités financières, telles que les achats BTC sans confiance, l'utilisation de BTC comme levier financier ou le prêt de BTC. Alors que la plupart des méta-protocoles actuels tentent de fournir ces fonctions en étant trustés et inefficaces, Citrea est la plateforme la plus efficace et sécurisée pour construire des applications sur Bitcoin.

Règlement Bitcoin et peg Bitcoin à deux voies minimisé par la confiance :

Citrea met en œuvre le premier mécanisme de liaison bidirectionnelle minimisant la confiance grâce à Clementine, protégé par des preuves ZK et BitVM. Tant qu'un seul validateur dans la configuration BitVM est honnête, Clementine reste sécurisé. Cela représente une amélioration significative par rapport aux solutions existantes (telles que les fédérations ouvertes et fermées). La conception de Clementine, combinée au client léger sans confiance de Citrea, minimise les exigences de confiance de la liaison bidirectionnelle sans nécessiter de fork. Les composants clés de Clementine comprennent : des preuves de client léger (pour Bitcoin et Citrea) et des validateurs ZKP dans BitVM. Le processus principal est le suivant :

• In-Peg et Out-Peg
  Clementine, basée sur BitVM, permet uniquement des UTXO de taille fixe pour les transferts d'entrée et de sortie de pégué. Pour simplifier, supposons qu'il s'agit exactement de 1 BTC.

• En-Peg

Logique de sortie In-Peg

Pour initier le peg, l'utilisateur verrouille 1 BTC dans une UTXO qui ne peut être accessible que par les parties suivantes : N+1 multisignature en N+1 (N-1 validateurs, l'opérateur du pont et l'utilisateur) ou l'utilisateur recevra les fonds après 200 blocs. Après avoir verrouillé l'UTXO, l'utilisateur envoie la signature de transaction aux validateurs.

Une fois la transaction sur Bitcoin terminée, les fonds sont transférés vers une nouvelle adresse multisignature N-of-N. L'utilisateur peut créer sa propre BTC ancrée en présentant une preuve SPV au contrat intelligent sur Citrea. La transaction comprend une adresse EVM utilisée pour identifier l'utilisateur sur Citrea.

• Logique de sortie
  Pour initier un retrait, l'utilisateur doit transférer 1 BTC vers un contrat intelligent sur Citrea et fournir une adresse Bitcoin. Cette adresse est enregistrée en tant que nouvelle feuille dans l'« Arbre de retrait Merkle », puis les 1 BTC sont détruits sur Citrea. Pour simplifier, nous pouvons supposer que chaque adresse Bitcoin est unique, mais cela n'est pas restrictif. Par conséquent, tout transfert de 1 BTC vers une adresse Bitcoin donnée sur le réseau Bitcoin entraînera un retrait valide.

• Connecteur Source UTXO

Principe UTXO

Clementine s’assure que si l’opérateur du pont tente de réclamer plus de BTC que le montant de retrait couvert, il perdra définitivement l’accès aux fonds du pont.

Le connecteur Source UTXO est utilisé par l'opérateur pour réclamer à partir de Clémentine. Pour accéder au connecteur Source UTXO, l'opérateur utilise l'arbre UTXO du connecteur, qui est un arbre UTXO que l'opérateur utilise pour prouver le montant de BTC qu'il peut réclamer pour ses retraits couverts.

• Schéma de liaison à double sens

Définition de la chronologie

Chronologie

• Date limite du client léger : L'engagement BitVM vérifie la hauteur de bloc pour les retraits.
• Période de soumission : Le temps alloué à l'opérateur pour satisfaire les retraits restants et enregistrer la préimage.
• K-deep Assumption: Assure la finalisation du dernier bloc Bitcoin. Comme les validateurs peuvent contester en utilisant la PoW du dernier bloc, l'opérateur ne devrait pas pouvoir utiliser des hachages de blocs différents pour des forks privés.
• Période de réponse au défi BitVM : période pendant laquelle les validateurs défient l’opérateur et s’engagent dans un jeu de validation interactif (si nécessaire). À la fin de cette période, il n’y a que deux issues possibles : \
  a. La source UTXO du connecteur est disponible pour l'opérateur afin qu'il puisse utiliser, lui permettant de réclamer le montant de BTC couvert pendant le retrait. \
  b. L'UTXO de la Source Connector est brûlée avec l'UTXO de la réponse BitVM, révoquant l'accès de l'opérateur aux fonds du pont.

La coupure du client léger a lieu tous les 6 mois et continue indéfiniment au même intervalle.

Logique

Dans Clementine, une fois la preuve, y compris le retrait, est finalisée sur Bitcoin, l'opérateur est responsable de couvrir chaque retrait. Après chaque période, l'opérateur s'engage à verser le montant des fonds de pont réclamés par Clementine en révélant log2(n) pré-images sur Bitcoin. Ce montant équivaut aux retraits totaux couverts par le frontend depuis le dernier point de contrôle.

Équivalence EVM

Citrea apporte la programmabilité à Bitcoin grâce à la machine virtuelle Ethereum (EVM). L'EVM de Citrea est à la fois prouvable sans connaissance et personnalisé pour Bitcoin et BitVM. Cet environnement d'exécution permet aux utilisateurs de déployer des contrats intelligents complexes au-delà des capacités de script de Bitcoin. Citrea échelonne Bitcoin en agrégeant des milliers de transactions et en générant des preuves de validité compactes. Les preuves de Citrea sont inscrites sur Bitcoin et peuvent être vérifiées de manière optimiste sur Bitcoin grâce à BitVM. Ce modèle garantit la disponibilité et la vérifiabilité des données sur la chaîne.

• Dépôts d'utilisateurs

Dépôts d'utilisateurs

Lorsque l'utilisateur envoie du BTC à l'opérateur de pont, le processus d'arrimage commence. Les validateurs (participants autorisés à contester l'opérateur de pont) signent ensuite la transaction de l'utilisateur. Cette signature est soumise à l'opérateur de pont, indiquant que les validateurs approuvent le dépôt de BTC. Une fois cette étape de validation terminée, l'utilisateur peut créer des cBTC (CitreaBTC) en envoyant le SPV (Vérification Simplifiée du Paiement) de la transaction au contrat intelligent sur Citrea, en échange du BTC envoyé à l'adresse de dépôt contrôlée par BitVM.

Alternativement, l'utilisateur peut accéder à Citrea via un échange atomique via Bitcoin ou le Lightning Network, ce qui est plus facile et moins cher que d'utiliser le dépôt à double sens.

• Processus de transaction

Transactions de l'utilisateur

L'environnement EVM de Citrea permet des applications telles que DeFi, des transferts privés ou des échanges BTC contre BTC. Quelle que soit l'application de l'utilisateur, le processus technique commence par l'envoi d'une transaction par l'utilisateur à un nœud complet. Une fois la transaction reçue, le nœud complet l'envoie au séquenceur pour une confirmation souple. Toute personne accédant à l'historique des transactions ou aux données de requête de Citrea peut configurer un nœud complet Citrea.

Le séquenceur est un nœud complet qui confirme partiellement les transactions et construit des blocs. Il propage ensuite ces confirmations partielles (blocs partiels) à chaque nœud complet disponible. Le but des confirmations partielles est de fournir aux utilisateurs une expérience de transaction rapide. La prochaine étape implique un nœud complet spécial pour l'agrégation de connaissances nulles, appelé le prouveur, qui joue un rôle clé dans l'héritage de la sécurité des transactions utilisateur de Bitcoin.

Comme tous les nœuds complets, le prouveur reçoit une confirmation de séquenceur souple et stocke les données. La distinction clé du prouveur est qu'il crée des lots en agrégeant les transactions qui ont été souple-confirmées par le séquenceur. Il génère ensuite une preuve à connaissance zéro pour ce lot, que quiconque peut vérifier pour sa validité.

Le prouveur génère la preuve et crée un ensemble de données appelé la différence d'état, qui est la différence d'emplacement de stockage entre l'état initial et l'état le plus récent. La création de la différence d'état est la raison pour laquelle Citrea est efficace dans l'utilisation de l'espace de bloc Bitcoin. Comme l'espace de bloc Bitcoin est limité et coûteux, Citrea enregistre la différence d'état au lieu des données de transaction complètes pour minimiser l'utilisation de l'espace de bloc et les coûts de données.

• Retraits des utilisateurs

Retraits des utilisateurs

Pour se retirer de la cale, l'utilisateur peut soumettre une transaction de retrait à un nœud complet de Citrea ou l'enregistrer comme une transaction forcée sur Bitcoin. Dans les deux cas, l'opérateur de pont couvrira la cale de retrait de l'utilisateur et demandera le retrait pré-couvert à BitVM. \

Le pont Citrea utilise BitVM pour le règlement sur Bitcoin. BitVM est un paradigme de calcul qui permet de conclure des contrats Turing complets sur Bitcoin. Tant que personne ne le conteste, le calcul sur BitVM est considéré comme correct, ce qui rend BitVM optimiste. Citrea utilise BitVM pour vérifier les preuves à divulgation nulle de connaissance inscrites sur Bitcoin. Parmi les validateurs N, un seul validateur honnête est suffisant pour protéger le mécanisme d’ancrage bidirectionnel, ce qui permet à Citrea de minimiser la confiance. \

Alternativement, l'utilisateur peut sortir par le biais d'un échange atomique via Bitcoin ou le Lightning Network, ce qui est plus facile et moins cher que d'utiliser le peg à double sens.

Directions futures de développement

Approche multi-machines virtuelles

Citrea est conçu pour être compatible et interopérable avec plusieurs machines virtuelles. Il s'exécute sur le STARK zkVM polyvalent, ce qui signifie que toute machine virtuelle peut être mise en œuvre et des preuves d'exécution générées. Initialement, Citrea a mis en œuvre EVM, mais en raison de sa conception compatible avec les versions ultérieures, il peut prendre en charge d'autres machines virtuelles telles que WASM ou SVM.

Modèle Volition

Volition est un type spécial de solution de disponibilité des données qui combine des données hors chaîne et sur chaîne. En termes simples, les volitions permettent aux utilisateurs ou aux applications de choisir où les données de chaque transaction sont stockées. Ce modèle permet aux applications avec des emplacements de données différents d'interagir au sein d'une seule chaîne de blocs. Par exemple, les utilisateurs peuvent choisir la disponibilité des données hors chaîne pour des coûts inférieurs mais une sécurité réduite ou la disponibilité des données Bitcoin pour des coûts normaux mais une sécurité totale. Quelle que soit la disponibilité des données choisie, chaque transaction continuera d'être validée par le biais de preuves ZK.

Réseau de séquenceur décentralisé

Les contributeurs de Citrea explorent des solutions pour soutenir le consensus entre plusieurs séquenceurs sans affecter la latence et la finalité. Une approche pourrait consister à implémenter une couche similaire à PoS, mais uniquement pour la séquentialisation des blocs. Pour les utilisateurs, la source de vérité sera toujours les preuves de connaissance nulle dans Bitcoin. Une couche de séquentialisation décentralisée réduira la confiance à court terme dans les séquenceurs pour protéger la séquentialisation, car la séquentialisation sera finalisée dans un seul intervalle de temps sur la couche de séquentialisation. Plusieurs mécanismes de consensus, tels que CometBFT, Hotstuff et MonadBFT, sont actuellement testés.

Échanges atomiques sans confiance

Actuellement, des recherches sont en cours pour permettre des swaps atomiques sans confiance entre Citrea et Bitcoin. Ces swaps permettront aux utilisateurs d'entrer et de sortir de Citrea sans utiliser le mécanisme de fixation.

Intégration du réseau Lightning

Des recherches sont en cours sur les échanges atomiques sans confiance entre Citrea et le réseau Lightning. Cela permettra aux utilisateurs de Citrea de payer directement les factures Lightning depuis le réseau Citrea ou ses points d'entrée et de sortie sans dépendre de la couche de base Bitcoin.

Règlement sans confiance

Pour parvenir à un règlement Bitcoin entièrement sans confiance, un opcode permettant de vérifier les preuves ZK et un opcode de contrat sont nécessaires. Dans l'architecture actuelle, BitVM offre un règlement minimisé par la confiance, une amélioration significative par rapport aux solutions de sidechain non sécurisées.

Conclusion

Le cœur du protocole Citrea réside dans sa position unique pour le flux de données dynamique, offrant une solution efficace et sans confiance pour le partage et la gestion de données en temps réel. Ses larges scénarios d'application et son architecture technique innovante en font un acteur important dans le domaine de la blockchain. Cependant, il doit encore relever les défis liés à la technologie et à l'adoption par les utilisateurs pour atteindre des applications plus larges.