解讀比特幣Oridinals協(xié)議與BRC-20標準的原理創(chuàng)新與局限性
The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks.
——比特幣創(chuàng)世區(qū)塊
最近 BTC 上手續(xù)費區(qū)塊收入占比最高到 74%，大約 4.85 BTC 手續(xù)費，而僅僅兩個月前才 2% 左右，源于數(shù)個百倍幣的誕生以及大眾 fomo 的情緒，讓 BRC20 的市場迎來爆發(fā)，5 月 7 日 Bitcoin 網(wǎng)絡(luò)上有超過 40 萬筆交易待確認，雖然他和我們熟知的 ERC20 雖然都被稱為代幣標準，但是實現(xiàn)的機制原理差異巨大，本文將從技術(shù)視角嘗試解讀其實現(xiàn)以及價值。
1、Ordinals 協(xié)議的核心思想
1.1、概述
每一枚比特幣都是由一億個「聰(Satoshis)」構(gòu)成 (1 btc = 10^8 sat)，這些 sat 每一個都有唯一標識且無法分割。
1、根據(jù)比特幣里面 sat 的「序數(shù)(ordinal)」，
2、賦予每一個聰特定的含義「Inscriptions(銘刻)」
這就是 Ordinals 協(xié)議。
2、聰是如何編號的?
他借由比特幣獨特的出塊流程和 UTXO 模型，從而讓每一個「聰(sat)」具有獨特的編號。
比特幣是在「挖礦」中產(chǎn)生的，挖礦過程是礦工通過解決復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題(POW)獲得出塊權(quán)，來驗證新交易并添加到區(qū)塊鏈中，比特幣網(wǎng)絡(luò)每 10 分鐘左右會生成一個新的區(qū)塊，每個區(qū)塊包含一組新的交易和之前區(qū)塊的哈希值，其中礦工的收益又被稱為Coinbase 區(qū)塊
在以太坊中采用「賬戶余額模型」，即每個地址有單獨的存儲結(jié)構(gòu)和空間余額(balance)便是其中的一個字段。
這種模型的優(yōu)點是：
- 簡單，非常容易理解和編碼實現(xiàn)。
- 高效，每筆交易只需要驗證發(fā)送賬戶是否有足夠的余額來支付交易;
缺點：會出現(xiàn)雙重支出攻擊。
但是比特幣網(wǎng)絡(luò)不同，他賬戶的余額并不是由一個數(shù)字表明，而是由當前區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中所有跟當前賬戶有關(guān)的 UTXO(未花費的交易輸出)組成。
2.1、比特幣的 UTXO 模型
UTXO(Unspent Transaction Output)是一種賬本模型，在比特幣系統(tǒng)中，每一筆交易都會產(chǎn)生一些輸出，比如轉(zhuǎn)賬交易的輸出就是接收方的比特幣地址和轉(zhuǎn)賬金額。這些輸出被存儲在 UTXO 集合中，用于記錄未花費的交易輸出。
每一筆交易都由若干個輸入(Input) 和若干個 輸出(Output) 構(gòu)成。每一筆交易都要花費一筆輸入，產(chǎn)生一筆輸出，而其所產(chǎn)生的輸出，就是「未花費過的交易輸出」;一個 Input 指向的是前面區(qū)塊的某個 Output，只有 Coinbase 交易沒有輸入，只有憑空輸出。
UTXO 模型的優(yōu)點是更加安全和隱私保護，因為它沒有中心化的賬戶記錄和傳統(tǒng)賬戶模型可能泄露的賬戶余額信息。
UTXO 模型的缺點是增加了交易的驗證成本和存儲成本。每次交易時都需要驗證交易的支付和接收是否合法，同時也需要存儲大量的 UTXO 信息。
所以任何交易，總是可以由 Input 溯源到 Coinbase 交易 繼而追溯每一個聰被挖礦挖出時的序號。
所以我們說自己有多少比特幣(bitcoin)實際上是指的我們擁有所有權(quán)的那些 UTXO 中所指明的比特幣(bitcoin)的數(shù)量，因此如果我們想要統(tǒng)計一個地址的 BTC 數(shù)量:
- 從創(chuàng)始塊開始掃描;
- 遇到某筆交易的某個 output 是指定的地址，余額增加;
- 遇到某筆交易的某個 input 是指定的地址，余額減少;
2.2、sat 和 UTXO 的關(guān)系
注意是每一個 sat 不是 UTXO! 由于 UTXO 是不可再分的最小交易單元，因此 sat 只能存在于 UTXO 中，且 UTXO 包含了一定范圍的 sats，且只能在花費某一 UTXO 后產(chǎn)生新的輸出中對 sats 編號進行拆分
比如我在創(chuàng)世塊或者 CoinBase 區(qū)塊獲得了 50 個 BTC 的獎勵，對應(yīng)的 Input 和 Output 則是
### inputs // 為空
### outputs ：addr_a:[0 -> 4,999,999,999] sats
如果我進行一筆 20BTC 的轉(zhuǎn)賬給 B 地址，則 UTXO 集中會呈現(xiàn)，這里的 input 是上一筆的 output
### inputs"
addrA: [0 -> 4,999,999,999] sats
### outputs
# 30 btc to addrA, index=0
addrA: [0 -> 2,999,999,999] sats
# 20 btc to addrB, index=1
addrB: [3,000,000,000 -> 4,999,999,999] sats
這里的 sats 消耗順序，是基于 FIFO「先進先出」(First-In-First-Out )原則，在交易費用相同的情況下，較早的 UTXO 將比較晚的 UTXO 更優(yōu)先被用于交易。
這些就是 Ordinal NFT 的核心技術(shù)支撐，非常的簡潔但是卻能衍生出很多好玩的東西! 這個 Ordinal Number 甚至可以用來表示域名等。
2.3、Ordinal number 的表示方法
Ordinal Number 則有很多種表示方式，比如度數(shù)表示法(Degree Notation)
A°B′C″D?
│ │ │ ╰─ Index of sat in the block( 每 10 分鐘一個塊 )
│ │ ╰─── Index of block in difficulty adjustment period( 每 2016 個塊調(diào)整一次，~2 周 )
│ ╰───── Index of block in halving epoch( 每 210,000 個塊減半，~4 年一次 )
╰─────── Cycle, numbered starting from 0( 減半和難度調(diào)整時間重合，~24 年一次 )
這種表示法有趣的地方在于，它根據(jù)比特幣自身的周期性特征，人為地為 sat 創(chuàng)造了一種稀缺性：
common: 所有不是區(qū)塊 mint 出的第一個 sat 的 sats
uncommon: 該 sat 是某區(qū)塊挖出的第一個 sat(D==0)
rare: 難度調(diào)整時挖出的第一個 sat(C==0&&D==0)
epic: 減半時挖出的第一個 sat(B==0&&D==0)
legendary: 發(fā)生 Cycle 輪換時挖出的第一個 sat(B==C==D==0)
mythic: 創(chuàng)世區(qū)塊挖出的第一個 sat(A==B==C==D==0)
比如：https://ordinals.com/sat/1°0′0″0?，所以目前產(chǎn)生 Fomo 追逐的核心點并非是 mint 的內(nèi)容中包含什么東西，而是對應(yīng)的 Ordinal Number 這樣的序號值。
如果說序號是結(jié)合了比特幣原生的諸多技術(shù)特性產(chǎn)生的，那么銘刻(Inscriptions)則是注入 sat 具體內(nèi)容的方法，所以問題便來到，有了唯一標識的 sat 如何定義其綁定的任意內(nèi)容呢?
3、如何 Inscriptions(銘刻)任意內(nèi)容
在討論銘刻之前，咱們先了解下比特幣擴容的兩次重大升級：SegWit 和 Taproot
3.1、SegWit(隔離見證)
他是比特幣的一個重大升級于 2017 年 8 月激活，主要目的是優(yōu)化比特幣的交易處理能力、降低交易費用，并在更安全的條件下實現(xiàn)比特幣的擴容。SegWit 是一個軟分叉(Soft Fork)升級，涵蓋多個 BIP(141、142、143、144 和 145)，所謂軟分叉也就是可以兼容老版本的比特幣客戶端，沒有破壞比特幣網(wǎng)絡(luò)的兼容性。
它的核心改變是把交易中的簽名(Witness Data)從交易數(shù)據(jù)中分離出來，使交易數(shù)據(jù)更小，從而減少交易費用，并提高比特幣網(wǎng)絡(luò)的容量。
SegWit 的實現(xiàn)方式是將所有的交易數(shù)據(jù)分為兩部分，一部分是交易的基本信息(Transaction Data)，另一部分是交易的簽名信息(Witness Data)，并把簽名信息保存在一個新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，是被稱為「隔離見證(witness)」的新區(qū)塊中，并與原始交易分開傳輸。
這樣，比特幣交易的交易數(shù)據(jù)大小提高了上限，同時降低了簽名數(shù)據(jù)的交易費用。在 SegWit 升級之前，比特幣的容量上限是 1MB，而 SegWit 之后，比特幣交易的容量上限達到了 4MB。
所以 Oridnals Inscription 的本質(zhì)就是把銘刻數(shù)據(jù)藏在見證數(shù)據(jù)中。
3.2、Taproot 升級
與 SegWit 升級類似，Taproot 升級同樣是一種軟分叉升級，是 Bitcoin Core 貢獻者 Gregory Maxwell 在 2018 年提出的比特幣升級提案，它并不會改變比特幣協(xié)議本身，而是對現(xiàn)有的比特幣交易機制進行改進。
該升級主要包含 3 個技術(shù)概念 —— P2SH、MAST 和 Schnorr 。其結(jié)果是讓復(fù)雜的交易如多簽名交易、時間鎖交易看起來如同普通的比特幣交易，增強了比特幣的隱私性，目的是推動了比特幣實現(xiàn)智能合約部署、拓展用例等各種場景升級。
在 SegWit 升級中，比特幣協(xié)議增加了一個新的版本號，用于表示新的交易格式。在 Taproot 升級中，比特幣協(xié)議最重要的更改是將腳本驗證程序從 ScriptVerify flag 更新為 ScriptVerifyv2 flag，以支持 Tapscript。
一個Tapscript的上鏈需要分為兩個步驟：commit 和 reveal。而 Inscription(銘刻)的內(nèi)容則包含在 reveal 交易的第一個輸入中，從而銘刻在此交易的第一個輸出的第一個 sat 上。比如
OP_FALSE
OP_IF
OP_PUSH "ord"
OP_1
OP_PUSH "text/plain;charset=utf-8"
OP_0
OP_PUSH "Hello, world!"
OP_ENDIF
這里有多個操作指令，但是開頭必然是OP_FALSE此指令被推入執(zhí)行棧后腳本就會停止運行，但仍然被存在了鏈上。
所以 Ordinal Inscription 的本質(zhì)是：在比特幣網(wǎng)絡(luò)上借助一個永遠不會被執(zhí)行的腳本 tapscript，搭建了一個簡易的記賬層 ，進行資產(chǎn)和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和記錄。
由于只有記賬，這就意味著不會有類似智能合約的腳本執(zhí)行以及驗證的過程，必然高度依賴鏈下的中心化管理和上報結(jié)果。
4、什么是 BRC20?
BRC-20 的名字乍一看很像以太坊的 ERC20，但其實兩者技術(shù)差別非常大，ERC-20 代幣的持有狀態(tài)保存于鏈上 ，能在鏈上得到網(wǎng)絡(luò)共識。而 BRC20 則是借助 Ordinals 協(xié)議銘刻的 JSON 格式銘文，該規(guī)范只是定義了 brc-20 代幣的部署、鑄造和轉(zhuǎn)賬行為， 且 BRC-20 代幣的持有狀態(tài)由鏈下服務(wù)維護 。
部署的 json 是什么樣的?
{
"p": "brc-20",//Protocol: 幫助線下的記賬系統(tǒng)識別和處理 brc-20 事件
"op": "deploy",//op 操作: 事件類型 (Deploy, Mint, Transfer)
"tick": "ordi", //Ticker: brc-20 代幣的標識符，長度為 4 個字母(可以是 emoji)
"max": "21000000",//Max supply: brc-20 代幣的最大供應(yīng)量
"lim": "1000"//Mint limit: 每次 brc-20 代幣鑄造量的限制
}
對應(yīng)的 op 還有 Mint 和 Transfer，兩個格式幾乎一致，當然如果熟悉以太坊上交易的話，會覺得奇怪，這里的轉(zhuǎn)賬接收方 to 怎么表示呢?
這是因為轉(zhuǎn)賬交易生效時，就是該銘文內(nèi)容對應(yīng)的 sat 被交易的時候，所以銘文對應(yīng)的 sat 被誰接收，誰就是 transfer 的對象 ，因此 brc-20 的轉(zhuǎn)賬必須伴隨比特幣所有權(quán)的轉(zhuǎn)移 (不是只是作為手續(xù)費被消耗)。
中心化機構(gòu)則依據(jù)鏈上登記的各個 op 來推導(dǎo)出用戶當前應(yīng)該有的余額。
如 unisat.io 這樣客戶端軟件(索引器)，根據(jù)mint、transfer 事件進行統(tǒng)計獲得。如：UTXO 中包含 mint 銘文，就為第一個所有者添加，transfer 則在發(fā)起者的地址上扣除余額，接收者地址加上余額。
拓展閱讀：【源碼解讀】你買的 NFT 到底是什么?
在這個過程中，銘文是 ‘附加’ 交易(聰)上的，比特幣的礦工并不會處理這些銘文，從鏈上來看跟其它聰依然是沒有分別的，他們都是當做普通的聰來轉(zhuǎn)移的。
5、如何評價 Ordinals 與 BRC20
BRC-20 及 Ordinals NFT， 給比特幣帶來了很多爭論，基本分成兩種陣營：
支持方認為，只要你支付手續(xù)費，你就有全權(quán)以任意的方式使用區(qū)塊空間，不論交易是什么內(nèi)容，他們 認為 BRC-20 與 NFT 給比特幣帶來了新的文化與敘事，有利于提高比特幣的實際應(yīng)用價值。
反對方認為，這些 BRC-20 與 NFT 毫無價值是垃圾交易，過多的垃圾交易會搶占交易帶寬，導(dǎo)致交易入塊時間變長以及手續(xù)費變高。
筆者看來，通過上文的技術(shù)實現(xiàn)路線可以顯然感受到，雖然新生事物在價格上爆火，但是其技術(shù)缺陷也十分顯著
1、過于中心化
Ordinals 協(xié)議，必須基于比特幣網(wǎng)絡(luò)之外的線下服務(wù)進行狀態(tài)維護。如果底層的狀態(tài)服務(wù)不可用或者有缺陷，可能導(dǎo)致資產(chǎn)損失，因為比特幣網(wǎng)絡(luò)沒辦法阻止失效銘文上鏈，中心化平臺要裁定誰的銘文有效，在該平臺上就是有效的。
2、缺乏可信驗證機制
不是采用智能合約公開透明的代碼規(guī)則，所以該協(xié)議無法滿足共識、防止雙花等資金安全的需求。
3、比特幣網(wǎng)絡(luò)性能局限
目前比特幣出塊間隔長達十分鐘，交易確認的速度過慢，也會導(dǎo)致交易體驗不佳。而且比特幣的交易成本太高，并且，一筆成功的上鏈銘文交易要扣掉三方抽成，平臺網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)延遲，以及各種卡頓帶來的預(yù)估差錯成本，所以礦工費拉滿至少要 2-3 倍才行
4、缺乏基礎(chǔ)設(shè)施
比如作為 token 最核心的交易和定價服務(wù)，現(xiàn)在是主要依靠交易平臺的訂單系統(tǒng)保障，完全中心化的結(jié)果缺乏權(quán)威的交易方法和定價方法。比如其交易場景若沒有中心化平臺裁定極易被雙花作惡。銘文先到先得的 fomo 機制和礦工按礦工費優(yōu)先打包的機制存在的邏輯悖論，這就決定了 mint 并不一定是公平的
5、缺乏安全性
BRC20 容易讓用戶產(chǎn)生錯覺，使其認為 BRC20 是利用了比特幣的安全性進行創(chuàng)造的代幣，會和比特幣一樣的安全以及穩(wěn)定，但其實它與 BTC 并不一樣，BTC 的安全是建立在加密以及共識算法所支撐之上，已經(jīng)相對穩(wěn)定運行了相當長的時間，經(jīng)受住了時間的考驗，而 BRC20 是利用 Ordinals 協(xié)議與 BTC 進行綁定，Ordinals 協(xié)議目前運行時間短，還在發(fā)展初始階段，其中可能會存在一些安全隱患還未被發(fā)現(xiàn)。
慢霧也發(fā)出 BRC 20 存在的安全風險的提醒：
近期 BRC-20 比較火，我們注意到 BRC-20 從 Mint 代幣到交易，可能存在安全風險：Mint 代幣上，相關(guān)的 BRC20 代幣鑄造平臺安全性存疑，防御措施較為薄弱，容易被惡意攻擊篡改代碼，從而導(dǎo)致用戶 Mint 時資產(chǎn)被盜。在交易方法上，有兩種方式：一是私下找第三方擔保交易，很容易遇到騙子、假幣等;二是去專門的交易平臺掛單交易，這些交易平臺的安全性無法得到保證。
筆者雖然并不看好眼前的 Ordinals，畢竟他對區(qū)塊空間的應(yīng)用還是太單調(diào)只是把圖片、NFT 放進去并沒有產(chǎn)生更多價值。但是作為一個有趣的嘗試，如此破圈的創(chuàng)新也能重新引發(fā)大家的思考：
如何利用比特幣可編程性?畢竟如今的公鏈中不會有比比特幣更強的共識與安全性了。
都是存儲空間的利用，其實 Ordinals 協(xié)議在 OP-Ruturn 輸出的金融交易，這在本質(zhì)上和全節(jié)點存儲的其他東西沒有什么不同，但是是否比特幣只能為高凈值交易服務(wù)?是否可自由的將區(qū)塊空間去存儲和執(zhí)行一些低成本的數(shù)據(jù)?
這也讓我想起曾經(jīng) Vitalik 為代表提出的：「當你合理地使用技術(shù)并且支付了相應(yīng)的花費，那你的行為就是有合法性的?！?/p>
附錄
https://docs.ordinals.com/introduction.html
https://github.com/casey/ord/blob/master/bip.mediawiki#specification
https://docs.lightning.engineering/the-lightning-network/taproot-assets/taproot-assets-protocol
https://learnblockchain.cn/article/3050
https://www.wu-talk.com/index.php?m=content&c=index&a=show&catid=6&id=13659
https://learnblockchain.cn/article/5376
以上就是解讀比特幣Oridinals協(xié)議與BRC-20標準的原理創(chuàng)新與局限性的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于Oridinals協(xié)議與BRC-20標準介紹的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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