Giới thiệu

Citrea là rollup đầu tiên sử dụng công nghệ zero-knowledge để tăng cường chức năng không gian khối của Bitcoin. Đây là giải pháp mở rộng duy nhất tận dụng Bitcoin như một lớp dữ liệu có sẵn và lớp thanh toán thông qua cơ chế chốt BitVM hai chiều dựa trên độ tin cậy tối thiểu của nó, Clementine. Citrea hoàn toàn tương thích với EVM, cho phép tất cả các nhà phát triển EVM xây dựng trên Bitcoin dễ dàng.

Lịch sử Quỹ

Citrea hoàn thành hai vòng gọi vốn trong năm nay. Vòng gọi vốn hạt giống đã đóng cửa vào ngày 21 tháng 2 năm 2023, gọi vốn được 2.7 triệu đô la, do Galaxy dẫn đầu, với sự tham gia của các nhà đầu tư khác bao gồm Delphi Ventures, Eric Wall, Anurag Arjun, BatuX, Igor Barinov và James Parillo. Vòng gọi vốn Series A đã hoàn thành vào ngày 31 tháng 10 năm 2024, gọi vốn được 14 triệu đô la, do Founders Fund dẫn đầu, với sự tham gia từ Maven 11, Mirana Ventures, dao5, Axiom và các nhà đầu tư khác.

Nhóm sáng lập

Nhóm nhân viên chính của Citrea bao gồm Orkun Mahir Kılıç, Esad Yusuf Atik và Murat Karademir, tất cả đều có kinh nghiệm rộng rãi trong lĩnh vực blockchain và là thành viên quan trọng của Chainway Labs, công ty phát triển Citrea.

Những thách thức đang đối mặt với Bitcoin

Nhu cầu cao về không gian khối Bitcoin

Do về tính bảo mật, phi tập trung và chống kiểm duyệt của Bitcoin, người dùng tìm kiếm đáp ứng tất cả nhu cầu on-chain của họ thông qua Bitcoin. Trong vài tháng qua, sự quan tâm đến hệ sinh thái Bitcoin đã tăng vọt, phản ánh trong việc tăng phí giao dịch. Người dùng háo hức trả tiền cho không gian trên blockchain cho cả thanh toán hoặc giao dịch ghi chú.

Đảm bảo sự tham gia bền vững vào mạng Bitcoin là quan trọng đối với sức khỏe và an ninh ngân sách dài hạn của nó. Tuy nhiên, có một sự đánh đổi: phí cao và giới hạn kích thước khối cần thiết tất yếu loại trừ một số giao dịch. Bitcoin phải mở rộng để chứa đựng nhiều giao dịch phức tạp hơn mà không đánh đổi nguyên tắc cốt lõi của nó. Sự quan tâm ngày càng tăng này làm nổi bật một vấn đề quan trọng với các đề xuất về khả năng mở rộng hiện có: sự thất bại của chúng trong đáp ứng nhu cầu tăng về không gian khối của Bitcoin.

Giới hạn của các đề xuất về khả năng mở rộng hiện có

Layer 2 của Bitcoin

Bitcoin đã lâu khó xử lý nhiều giao dịch và hỗ trợ các ứng dụng bổ sung mà không làm tổn hại đến an ninh hoặc nguyên tắc cốt lõi của nó. Thách thức đa mặt này đã được chứng minh là khó khăn để giải quyết hoàn toàn. Một số giải pháp, như Mạng Lightning, nhằm cải thiện hiệu suất thanh toán của Bitcoin, trong khi những giải pháp khác tập trung vào mở rộng chức năng BTC, như sidechains.

Trong tình hình hiện tại, nhu cầu bẩm sinh đối với blockchain của Bitcoin được định hướng lại cho các giao thức đồng thuận riêng biệt, cụ thể là các sidechain. Tiếp cận này tạo ra một sự đánh đổi - hy sinh an ninh của Bitcoin và không đồng bộ với cơ chế động lực của nó để đổi lấy các khoản phí thấp hơn và các trường hợp sử dụng BTC rộng hơn. Như kết quả, Bitcoin, bị chi phối bởi các giải pháp cải tiến khả năng mở rộng do sidechain, đối mặt với những thách thức không đóng góp ý nghĩa cho sức khỏe và động lực dài hạn của nó. Những giải pháp này không tăng cường an ninh cho Bitcoin hoặc mở rộng blockchain của nó một cách đầy đủ, biến nhu cầu cho sidechain thành sự sai lệch so với nhu cầu Bitcoin thực sự.

Lớp Thực Thi Thay Thế Sidechains

Sidechain truyền thống so với Citrea

Citrea là lớp thực thi duy nhất được triển khai trên Bitcoin, là lớp đầu tiên cung cấp xác minh chứng minh không có kiến thức, và là lớp xác minh L2 đa dụng đầu tiên trong Bitcoin. Khác với các sidechain monolithic, Citrea tạo ra một hệ sinh thái modular cho Bitcoin thông qua các mảnh thực thi của nó, giữ cho việc thanh toán và sẵn có dữ liệu trên chuỗi và trong mạng lưới Bitcoin.

Các tính năng chính

Citrea là lớp thực hiện duy nhất trên Bitcoin, giải quyết giao dịch trực tiếp trên Bitcoin. Mọi giao dịch xảy ra trên Citrea được bảo vệ hoàn toàn bởi các chứng minh không biết và được xác minh bởi Bitcoin. Môi trường thực thi của Citrea không đáng tin cậy so với Bitcoin và có thể truy cập được cho tất cả các thành viên trong mạng lưới Bitcoin. Do đó, Citrea đảm bảo rằng nó đáp ứng cùng sự sẵn có dữ liệu, kháng cáo trích và kháng cáo tái tổ chức như Bitcoin.

Bitcoin như là nền tảng cho các ứng dụng:

Sứ mệnh của Citrea là xây dựng một lớp thanh khoản có thể lập trình trên blockchain an toàn và phi tập trung nhất - Bitcoin. Chúng tôi tin rằng không gian khối Bitcoin phải được sử dụng hiệu quả để giải quyết các hoạt động tài chính khác nhau, chẳng hạn như mua BTC không đáng tin cậy, tận dụng BTC hoặc cho vay BTC. Trong khi hầu hết các meta-protocols hiện tại cố gắng cung cấp những chức năng này đều đáng tin cậy và không hiệu quả, Citrea là nền tảng hiệu quả và an toàn nhất để xây dựng ứng dụng trên Bitcoin.

Thanh toán Bitcoin và Chốt hai chiều tối thiểu về niềm tin:

Citrea thực hiện cơ chế chốt hai chiều giảm thiểu sự tin cậy đầu tiên thông qua Clementine, được bảo vệ bởi bằng chứng ZK và BitVM. Miễn là một trình xác thực duy nhất trong thiết lập BitVM là trung thực, Clementine vẫn an toàn. Điều này thể hiện một sự cải thiện đáng kể so với các giải pháp hiện có (chẳng hạn như các liên đoàn mở và đóng). Thiết kế của Clementine, kết hợp với máy khách ánh sáng không tin cậy của Citrea, giảm thiểu các yêu cầu tin cậy của chốt hai chiều mà không cần phuộc mềm. Các thành phần chính của Clementine bao gồm: bằng chứng máy khách nhẹ (cho cả Bitcoin và Citrea) và trình xác thực ZKP trong BitVM. Quy trình cốt lõi như sau:

• In-Peg và Out-Peg
  Clementine, dựa trên BitVM, chỉ cho phép UTXO có kích thước cố định cho việc chuyển giao in-peg và out-peg. Đơn giản hóa, hãy giả sử rằng đó chính xác là 1 BTC.

• In-Peg

Logic Đầu ra In-Peg

Để khởi tạo peg, người dùng khóa 1 BTC vào một UTXO chỉ có thể truy cập bởi các bên sau: N+1 chữ ký đa nguyên trong N+1 (N-1 validators, người vận hành cầu nối và người dùng) hoặc người dùng sẽ nhận được số tiền sau 200 khối. Sau khi khóa UTXO, người dùng gửi chữ ký giao dịch cho các validators.

Sau khi giao dịch trên Bitcoin hoàn tất, tiền sẽ được chuyển sang chữ ký N-of-N mới. Người dùng có thể đúc BTC được chốt của họ bằng cách xuất trình bằng chứng SPV cho hợp đồng thông minh trên Citrea. Giao dịch bao gồm một địa chỉ EVM được sử dụng để xác định người dùng trên Citrea.

• Logic Out-Peg
  Để khởi tạo việc rút tiền, người dùng phải chuyển 1 BTC vào một hợp đồng thông minh trên Citrea và cung cấp một địa chỉ Bitcoin. Địa chỉ này được ghi nhận là một lá mới trong “Cây rút tiền Merkle”, sau đó 1 BTC sẽ bị phá hủy trên Citrea. Để đơn giản, chúng ta có thể giả định rằng mỗi địa chỉ Bitcoin là duy nhất, nhưng điều này không hạn chế. Do đó, bất kỳ việc chuyển 1 BTC vào một địa chỉ Bitcoin cụ thể trên mạng Bitcoin đều sẽ dẫn đến việc rút tiền hợp lệ.

• Kết nối nguồn UTXO

Nguyên tắc UTXO

Clementine đảm bảo rằng nếu người điều hành cầu cố gắng yêu cầu nhiều BTC hơn số tiền rút được bảo hiểm, họ sẽ mất quyền truy cập vào quỹ cầu mãi mãi.

Connector Source UTXO được sử dụng bởi người điều hành để yêu cầu từ Clementine. Để truy cập vào Connector Source UTXO, người điều hành sử dụng cây Connector UTXO, đó là một cây UTXO mà người điều hành sử dụng để chứng minh số lượng BTC mà họ có thể yêu cầu cho các giao dịch rút tiền của mình.

• Chương trình Ghép đôi Hai chiều

Xác định Timeline

Dòng thời gian

• Thời hạn Light Client: BitVM cam kết kiểm tra chiều cao khối cho việc rút tiền.
• Thời gian nộp: Thời gian được cấp cho nhà điều hành để hoàn tất việc rút tiền còn lại và ghi lại hình ảnh trước.
• K-giả Thiết: Đảm bảo sự hoàn tất của khối Bitcoin cuối cùng. Bởi vì các nhà xác minh có thể thách thức bằng cách sử dụng PoW của khối mới nhất, người vận hành không nên có thể sử dụng các băm khối khác nhau cho các nhánh riêng tư.
• Thời gian phản đối thách thức BitVM: Khoảng thời gian trong đó các nhà xác minh phản đối người điều hành và tham gia vào trò chơi xác minh tương tác (nếu cần). Đến cuối giai đoạn này, chỉ có hai kết quả có thể xảy ra: \
  a. Người vận hành có thể sử dụng Connector Source UTXO để yêu cầu số lượng BTC đã được bảo đảm trong quá trình rút tiền.
  b. Nguồn UTXO Nguồn Kết nối được đốt cháy cùng với UTXO phản hồi BitVM, thu hồi quyền truy cập của người vận hành vào quỹ cầu.

Việc cắt khách hàng nhẹ xảy ra 6 tháng một lần và tiếp tục vô thời hạn trong cùng một khoảng thời gian.

Logic

Trong Clementine, một khi bằng chứng, bao gồm việc rút tiền, đã được hoàn tất trên Bitcoin, người vận hành chịu trách nhiệm bồi thường mỗi lần rút tiền. Sau mỗi khoảng thời gian, người vận hành cam kết số lượng tài sản cầu được yêu cầu từ Clementine bằng cách tiết lộ log2(n) hình ảnh trước trên Bitcoin. Số lượng này bằng tổng số lần rút tiền mà giao diện người dùng đã bồi thường từ lần kiểm tra cuối cùng.

Tương đương EVM

Citrea mang tính lập trình vào Bitcoin thông qua Ethereum Virtual Machine (EVM). EVM của Citrea là zero-knowledge provable và được tùy chỉnh cho Bitcoin và BitVM. Môi trường thực thi này cho phép người dùng triển khai các hợp đồng thông minh phức tạp vượt quá khả năng script của Bitcoin. Citrea mở rộng Bitcoin bằng cách tổng hợp hàng ngàn giao dịch và tạo ra chứng minh tính hợp lệ gọn nhẹ. Chứng minh Citrea được ghi chú trên Bitcoin và có thể được xác minh lạc quan trên Bitcoin thông qua BitVM. Mô hình này đảm bảo sẵn có dữ liệu trên chuỗi và khả năng xác minh.

• Nạp tiền của người dùng

User Deposits

Khi người dùng gửi BTC cho nhà điều hành cầu, quá trình pegging bắt đầu. Các nhà xác thực (những người được ủy quyền để thách thức nhà điều hành cầu) sau đó ký giao dịch của người dùng. Chữ ký này được gửi đến nhà điều hành cầu, chỉ ra rằng những nhà xác thực đã chấp thuận việc gửi BTC. Sau khi hoàn thành bước xác thực này, người dùng có thể tạo ra cBTC (CitreaBTC) bằng cách gửi SPV (Xác minh thanh toán đơn giản) của giao dịch đến hợp đồng thông minh trên Citrea, đổi lấy BTC được gửi đến địa chỉ gửi đến được kiểm soát bởi BitVM.

Hoặc người dùng có thể truy cập Citrea thông qua giao dịch atomic swap qua Bitcoin hoặc Lightning Network, điều này dễ dàng và rẻ hơn so với việc sử dụng tiền gửi hai chiều bằng cách gắn kết.

• Quá trình giao dịch

Giao dịch người dùng

Môi trường EVM của Citrea cho phép các ứng dụng như DeFi, chuyển tiền riêng tư hoặc trao đổi BTC cho BTC. Bất kể ứng dụng của người dùng, quá trình kỹ thuật bắt đầu bằng người dùng gửi giao dịch đến một nút đầy đủ. Sau khi nhận được giao dịch, nút đầy đủ gửi nó đến bộ sắp xếp để xác nhận mềm. Bất kỳ ai truy cập vào lịch sử giao dịch hoặc dữ liệu truy vấn của Citrea đều có thể thiết lập một nút đầy đủ Citrea.

Trình tự là một nút đầy đủ xác nhận mềm các giao dịch và xây dựng các khối. Sau đó, nó truyền các xác nhận mềm này (khối mềm) đến mọi nút đầy đủ có sẵn. Mục đích của xác nhận mềm là cung cấp cho người dùng trải nghiệm giao dịch nhanh chóng. Bước tiếp theo liên quan đến một nút đầy đủ đặc biệt để tổng hợp không có kiến thức, được gọi là prover, đóng vai trò chính trong việc kế thừa bảo mật giao dịch người dùng của Bitcoin.

Giống như tất cả các nút đầy đủ khác, bằng chứng nhận mềm được nhận và lưu trữ dữ liệu. Điểm khác biệt chính của bằng chứng nhân là nó tạo ra các lô bằng cách tổng hợp các giao dịch đã được xác nhận mềm bởi bộ sắp xếp. Sau đó, nó tạo ra một chứng minh không có kiến thức cho lô này, mà bất kỳ ai cũng có thể xác minh tính hợp lệ của nó.

Bên chứng minh tạo ra chứng cứ và tạo ra một tập dữ liệu được gọi là sự khác biệt trạng thái, đó là sự khác biệt vị trí lưu trữ giữa trạng thái ban đầu và trạng thái mới nhất. Việc tạo ra sự khác biệt trạng thái là lý do tại sao Citrea hiệu quả trong việc sử dụng không gian khối Bitcoin. Vì không gian khối Bitcoin có hạn và tốn kém, Citrea ghi lại sự khác biệt trạng thái thay vì dữ liệu giao dịch đầy đủ để giảm thiểu việc sử dụng không gian khối và chi phí dữ liệu.

• Rút tiền của người dùng

Người dùng rút tiền

Để rút khỏi peg, người dùng có thể gửi giao dịch rút tiền đến một nút đầy đủ Citrea hoặc ghi nhận nó như một giao dịch bắt buộc trên Bitcoin. Trong cả hai trường hợp, người điều hành cầu sẽ bao phủ peg rút tiền của người dùng và yêu cầu rút tiền đã được bảo hiểm từ BitVM. \

Cầu Citrea sử dụng BitVM để thanh toán trên Bitcoin. BitVM là một mô hình tính toán cho phép hợp đồng hoàn chỉnh Turing trên Bitcoin. Miễn là không có ai thách thức nó, việc tính toán trên BitVM được coi là đúng, khiến cho BitVM lạc quan. Citrea sử dụng BitVM để xác minh các bằng chứng không mạnh được khắc trên Bitcoin. Trong số N nhà xác minh, một nhà xác minh trung thực duy nhất là đủ để bảo vệ cơ chế peg hai chiều, cho phép Citrea đạt được sự tối thiểu hóa niềm tin.

Hoặc người dùng có thể thoát thông qua giao dịch nguyên tử qua Bitcoin hoặc Mạng Lightning, điều này dễ dàng và rẻ hơn việc sử dụng two-way peg.

Hướng phát triển trong tương lai

Phương pháp Đa máy ảo

Citrea được thiết kế để tương thích và tương tác trên nhiều máy ảo khác nhau. Nó chạy trên STARK zkVM đa mục đích, có nghĩa là bất kỳ máy ảo nào cũng có thể được triển khai và tạo ra các bằng chứng thực thi. Ban đầu, Citrea triển khai EVM, nhưng do thiết kế tương thích về phía trước, nó có thể hỗ trợ các máy ảo khác như WASM hoặc SVM.

Mô hình Volition

Volition là một loại giải pháp khả dụng dữ liệu đặc biệt kết hợp giữa dữ liệu ngoài chuỗi và trong chuỗi. Nó cho phép người dùng hoặc ứng dụng lựa chọn nơi lưu trữ dữ liệu cho mỗi giao dịch. Mô hình này cho phép các ứng dụng với vị trí dữ liệu khác nhau tương tác với nhau trên cùng một chuỗi khối. Ví dụ, người dùng có thể chọn khả dụng dữ liệu ngoài chuỗi để tiết kiệm chi phí nhưng giảm bảo mật hoặc khả dụng dữ liệu Bitcoin để có chi phí bình thường nhưng đầy đủ bảo mật. Bất kể khả dụng dữ liệu đã chọn, mỗi giao dịch sẽ tiếp tục được xác minh thông qua ZK proofs.

Mạng Máy Chủ Phi Tập Trung

Các thành viên đóng góp của Citrea đang khám phá các giải pháp để hỗ trợ sự đồng thuận giữa nhiều máy xếp mà không ảnh hưởng đến độ trễ và tính cuối cùng. Một phương pháp có thể liên quan đến việc triển khai một lớp giống như PoS, nhưng chỉ dành cho việc xếp khối. Đối với người dùng, nguồn thông tin chính luôn là các chứng minh không biết trong Bitcoin. Một lớp máy xếp phi tập trung sẽ giảm sự tin cậy ngắn hạn vào các máy xếp để bảo vệ việc xếp hàng vì việc xếp hàng sẽ được hoàn tất trong một khoảng thời gian đơn nhất trên lớp xếp hàng. Một số cơ chế đồng thuận, như CometBFT, Hotstuff và MonadBFT, đang được thử nghiệm hiện tại.

Trustless Atomic Swaps

Hiện tại, các nghiên cứu đang được tiến hành để cho phép trao đổi nguyên tử không tin cậy giữa Citrea và Bitcoin. Những giao dịch trao đổi này sẽ cho phép người dùng nhập và rời Citrea mà không cần sử dụng cơ chế peg.

Tích hợp Mạng Lightning

Đang tiến hành nghiên cứu về việc giao dịch không cần tin cậy (trustless atomic swaps) giữa Citrea và Mạng Lightning. Điều này sẽ cho phép người dùng Citrea thanh toán trực tiếp các hóa đơn Lightning từ mạng Citrea hoặc các điểm vào và ra mà không phải dựa vào lớp cơ sở Bitcoin.

Giải quyết không tin cậy

Để đạt được thanh toán Bitcoin hoàn toàn không tin cậy, cần một mã opcode để xác minh ZK proofs và một mã opcode hợp đồng. Trong kiến ​​trúc hiện tại, BitVM cung cấp thanh toán giảm thiểu rủi ro tin cậy - một cải tiến đáng kể so với các giải pháp sidechain không an toàn.

Kết luận

Hạt nhân của giao thức Citrea nằm ở vị trí độc đáo của nó cho luồng dữ liệu động, cung cấp một giải pháp hiệu quả và không cần tin cậy cho việc chia sẻ và quản lý dữ liệu thời gian thực. Các kịch bản ứng dụng rộng lớn và kiến trúc kỹ thuật đổi mới làm cho nó trở thành một người chơi quan trọng trong lĩnh vực blockchain. Tuy nhiên, nó vẫn đối mặt với những thách thức về công nghệ và sự chấp nhận từ người dùng để đạt được ứng dụng rộng rãi hơn.