一文讀懂 B^2 新版技術路線圖：比特幣鏈下 DA 與驗證層的必要性

撰文：Faust，極客 web3

摘要：

• B\^2 Network 在比特幣鏈下設置了名為 B\^2 Hub 的 DA 層，該 DA 層網絡借鑒了 Celestia 的思路，引入數據採樣與糾刪碼，確保新增數據可以快速的分發給大量的外部節點，並極力避免數據扣留的發生。同時，B\^2 Hub 網絡中的 Committer 會把 DA 數據的存儲索引以及數據 hash 上傳到比特幣鏈上，供任何人閱讀；
• 為了減輕 DA 層節點的壓力，B\^2 Hub 中的歷史數據不會永久保存，所以 B\^2 又嘗試搭建起一個存儲網絡，通過類似於 Arweave 的存儲激勵方式，刺激更多節點存儲更完備的歷史數據集，以獲取存儲激勵；
• 在狀態驗證方面，B\^2 采用了混合式的驗證方案，在鏈下驗證 ZK 證明，鏈上通過 bitVM 的思路，挑戰 ZK 證明驗證痕跡，只要有 1 個挑戰者節點在檢測到錯誤後發起挑戰，B\^2 網絡就是安全的，這符合欺詐證明協議的信任模型，但由於用到了 ZK，這種狀態驗證實際上是混合型的。
• 按照 B\^2 Network 的未來路線圖，EVM 兼容的 B\^2 Hub 可以成為對接多個比特幣 Layer2 的鏈下驗證層與 DA 層，成為一個類似於 BTCKB 的比特幣鏈下功能拓展層。由於比特幣本身無法支持很多場景，這種鏈下搭建功能拓展層的方式將會成為 Layer2 生態裡越來越常態化的現象。

B\^2 Hub：比特幣鏈下的通用 DA 層與驗證層

如今的比特幣生態可謂是一片機會與騙局共存的藍海，這個因銘文之夏而煥發生機的全新領域簡直是一片肥沃的處女地，到處都彌漫著金錢的氣息。隨著今年 1 月比特幣 Layer2 如雨後春筍般集體湧現，這片原本如荒蕪原野的土地瞬間就成為了無數造夢者的搖籃。

但回歸到最本質的問題：什麼是 Layer2，人們似乎始終沒有達成共識。側鏈是嗎？索引器是嗎？搭個橋的鏈就叫 Layer2 嗎？一個依賴於比特幣和以太坊的簡易插件，可不可以當做一個 Layer？這些問題就像一組難解的方程式，始終都沒有一個確切的結局。

而按照以太坊和 Celestia 社區的思路，Layer2 只是模塊化區塊鏈的特殊情況，在這種情況下，所謂的「二層」與「一層」之間會存在緊密的耦合關係，二層網絡可以很大程度，或一定程度繼承 Layer1 的安全性。至於安全性這個概念本身，可以拆解為細分的多個指標，包括：DA、狀態驗證、提款驗證、抗審查性、抗重組等。

由於比特幣網絡本身存在諸多問題，其天生不利於支持較完備的 Layer2 網絡。比如在 DA 上，比特幣的數據吞吐量遠低於以太坊，以其平均 10min 的出塊時間來計算，比特幣最大的數據吞吐量僅為 6.8KB/s，差不多是以太坊的 1/20，如此擁擠的區塊空間自然而然造就了高昂的數據發布成本。

（比特幣區塊裡的數據發布成本，甚至可以達到每字節 1.13 美元）

如果 Layer2 直接把新增的交易數據發布到比特幣區塊裡，既不能實現高吞吐量，也不能實現低手續費。所以要麼就通過高度壓縮，把數據尺寸壓縮的盡可能小，再上傳到比特幣區塊。目前 Citrea 采用了這種方案，它們聲稱，將把一段時間內的狀態變化量 (state diff)，也就是多個賬戶上發生的狀態變更結果，連同對應的 ZK 證明，一起上傳到比特幣鏈上。

這種情況下，任何人都可以從比特幣主網下載 state diff 和 ZKP，驗證其是否有效，但上鏈的數據尺寸卻可以輕量化。

（前 Polygon Hermez 的白皮書中，說明了上述壓縮方案的原理）

這種方案在極大程度壓縮了數據尺寸的同時，最終還是容易遇到瓶頸。比如，假設在 10 分鐘內發生了幾萬筆交易，使得上萬個賬戶發生了狀態變更，你最終還是要把這些賬戶的變化情況，匯總上傳到比特幣鏈上。雖然比起直接上傳每筆交易數據，要輕量很多，但還是會產生很可觀的數據發布成本。

所以很多比特幣 Layer2 幹脆就不把 DA 數據上傳到比特幣主網，直接采用 Celestia 等第三方 DA 層。而B\^2 采用了另一種方式，直接在鏈下搭建一個 DA 網絡（數據分發網絡），名為 B\^2 Hub。在 B\^2 的協議設計中，交易數據或 state diff 等重要數據存放於鏈下，只向比特幣主網上傳這些數據的存儲索引，以及數據 hash（其實是 merkle root，為了表述方便說成數據 hash）。

這些數據 hash 和存儲索引，以類似銘文的方式寫入到比特幣鏈上，只要你運行一個比特幣節點，就可以把數據 hash 和存儲索引下載到本地，根據索引值，能從 B\^2 的鏈下 DA 層或存儲層中，讀取到原始數據。根據數據 hash，你可以判斷，自己從鏈下 DA 層獲取的數據是否正確（能否和比特幣鏈上的數據 hash 相對應）。通過這種簡單的方式，Layer2 可以避免在 DA 問題上過度依賴比特幣主網，節約手續費成本並實現高吞吐量。

當然，有一點不可忽視，就是這種鏈下的第三方 DA 平台有可能搞數據扣留，拒絕讓外界獲取到新增的數據， 這種場景有一個專用術語，叫「數據扣留攻擊」，可以歸納為數據分發中的抗審查問題。不同的 DA 方案有不同的解決辦法，但核心宗旨，都是要把數據盡可能快、盡可能廣泛的傳播出去，防止一小撮特權節點控制著數據獲取權限不放。

按照 B\^2 Network 官方新的路線圖，其 DA 方案借鑒了 Celestia。在後者的設計中，第三方的數據提供者會不斷的向 Celestia 網絡提供數據，Celestia 出塊者會把這些數據片段，組織為 Merkle Tree 的形態，塞到 TIA 區塊裡，廣播給網絡裡的 Validator/ 全節點。

由於這些數據比較多，區塊比較大，大多數人運行不起全節點，只能運行輕節點。輕節點不同步完整區塊，只同步一個區塊頭，寫有 Mekrle Tree 的樹根 Root。

輕節點僅憑區塊頭，自然不知道 Merkle Tree 的全貌，不知道新增數據都有什麼，無法驗證數據是否有問題。但輕節點可以向全節點索要樹上的某個葉子 leaf。全節點會按照要求，把 leaf 和對應的 Merkle Proof，一並提交給輕節點，讓後者确信，這個 leaf 的確存在於 Celestia 區塊裡的 Merkle Tree 上，而不是被節點憑空杜撰出的虛假數據。

（圖源：W3 Hitchhiker）

Celestia 網絡裡存在大量的輕節點，這些輕節點可以向不同的全節點發起高頻的數據採樣，隨機性的抽選 Merkle Tree 上的某幾個數據片段。輕節點獲取到了這些數據片段後，也可以傳播給他能連接到的其他節點，這樣就可以快速的把數據分發給盡可能多的人 / 設備，以此來實現高效的數據傳播，只要足夠多的節點都能快速獲取最新的數據，人們就不用再信任一小撮數據提供者，這其實就是 DA/ 數據分發的核心目的之一。

當然，僅憑上面描述的方案，還是存在攻擊場景，因為它只能保證數據分發時，人們都能快速獲取到數據，但無法保證數據的生產源頭不作惡。比如，Celestia 出塊者可能在區塊裡掺雜一點垃圾數據，人們即便獲取了區塊中的全部數據片段，也無法還原出「本應包含」的完整數據集（注意：這裡「本應」這個詞很重要）。

進一步說，原始數據集中可能有 100 筆交易，其中某筆交易的數據沒有被完整傳播給外界。這時，只需要隱藏 1% 的數據片段，外界就無法解析出完整數據集。這正是最早的數據扣留攻擊問題中，所探討的場景。

其實，根據這裡描述的場景來理解數據可用性，可用性這個詞描述的是區塊裡的交易數據是否完整，是否可用，能否直接交由其他人去驗證， 而不是像很多人理解的那樣，可用性代表區塊鏈歷史數據能否被外界讀取到。所以，Celestia 官方和 L2BEAT 創始人曾指出，數據可用性應該改名為數據發布，意指區塊裡是否發布了完整可用性的交易數據集。

Celestia 引入了二維糾刪碼，解決上面描述的數據扣留攻擊。只要區塊裡包含的 1/4 的數據片段（糾刪碼）有效，人們就可以還原出對應的原始數據集。除非出塊者在區塊裡掺雜 3/4 的垃圾數據片段，才能讓外界無法還原出原始數據集，但這種情況下，區塊裡包含的垃圾數據太多了，很容易就會被輕節點們檢測出來。所以對於區塊生產者而言，還是不要作惡來得更好些，因為作惡幾乎很快就被無數人察覺到。

通過前面描述的方案，可以有效防止「數據分發平台」出現數據扣留，而B\^2 Network 未來會以 Celestia 的數據採樣作為重要參考，可能結合 KZG 承諾等密碼學技術，進一步降低輕節點執行數據採樣和驗證的成本。只要執行數據採樣的節點足夠多，就能讓 DA 數據的分發變得有效且去信任。

當然，上述方案只解決了 DA 平台自身的數據扣留問題，但在 Layer2 的底層結構中，有能力發動數據扣留的不止 DA 平台，還有排序器（Sequencer）。在 B\^2 Network 乃至大多數 Layer2 的工作流程中，新增數據是由排序器 Sequencer 產生的，它會把用戶端發來的交易匯總處理，附帶這些交易執行後的狀態變更結果，打包成批次 (batch)，再發送給充當 DA 層的 B\^2 Hub 節點們。

如果排序器一開始生成的 batch 就有問題，就還存在數據扣留的可能性，當然還包括其他形式的作惡場景。所以，B\^2 的 DA 網絡 (B\^2 Hub) 收到排序器生成的 Batch 後，會先對驗證 Batch 的內容，有問題就拒收。可以說，B\^2 Hub 不但充當了類似於 Celestia 的 DA 層，也充當了鏈下的驗證層，有點類似於 CKB 在 RGB++ 協議中的角色。

（不完整的 B\^2 Network 底層結構圖）

按照 B\^2 Network 最新的技術路線圖，B\^2 Hub 在收到並驗證了 Batch 後，只保留一段時間，過了這個窗口期，Batch 數據就會被過期淘汰，從 B\^2 Hub 節點本地刪除掉。為了解決類似於 EIP-4844 的數據淘汰及丟失問題，B\^2 Network 設置了一組存儲節點，這些存儲節點會負責永存 Batch 數據，這樣一來，任何人在任何時候，都可以在存儲網絡中搜索到自己需要的歷史數據。

不過，沒有人會平白無故的運行 B\^2 存儲節點，如果想讓更多人來運行存儲節點，增強網絡的去信任程度，就要提供激勵機制；要提供激勵機制，就要先想辦法反作弊。比如，假如你提出了一套激勵機制，任何人在自己的設備本地存儲了數據，就可以獲取獎勵，可能有人在下載了數據後，又偷偷的把一部分數據刪掉，卻聲稱自己存儲的數據是完整的，這就是最常見的作弊方法。

Filecoin 通過名為 PoRep 和 PoSt 的證明協議，讓存儲節點向外界出示存儲證明，證明自己在給定時間段內的確完整的保存了數據。但這種存儲證明方案需要生成 ZK 證明，且計算複雜度很高，對存儲節點的硬件設備會有較高要求，可能不是一個經濟成本上可行的方法。

在B\^2 Network 的新版技術路線圖中，存儲節點會采用類似於 Arweave 的機制，需要爭奪出塊權來獲取代幣激勵。如果存儲節點私自刪除了一些數據，則其成為下一個出塊者的概率會降低，而保留數據最多的節點，越有可能成功出塊，獲取到更多的獎勵。所以對於大多數存儲節點而言，還是保留完整的歷史數據集比較好。

當然，有激勵的不只是存儲節點，還包括前面提到的 B\^2 Hub 節點，按照路線圖，B\^2 Hub 會組建成一個 Permissionless 的 POS 網絡，任何人只要質押了足夠多的 Token，就可以成為 B\^2 Hub 或存儲網絡中的一員，通過這種方式，B\^2 Network 嘗試在鏈下打造去中心化的 DA 平台及存儲平台，並在未來集成 B\^2 以外的比特幣 Layer2，搭建通用的比特幣鏈下 DA 層與數據存儲層。

ZK 與欺詐證明混用的狀態驗證方案

前面我們闡述了 B\^2 Network 的 DA 解決方案，接下來我們將重點講述其狀態驗證方案。所謂的狀態驗證方案，就是指 Layer2 如何保證自己的狀態轉換足夠「去信任」。

（L2BEAT 網站針對 Scroll，評估出的五大安全指標，State Validation 就是指狀態驗證方案）

前面我們曾提到，在 B\^2 Network 乃至大多數 Layer2 的工作流程中，新增數據是由排序器 Sequencer 產生的，它會把用戶端發來的交易匯總處理，附帶這些交易執行後的狀態變更結果，打包成批次 (batch)，發送給 Layer2 網絡中的其他節點，包括普通的 Layer2 全節點，以及 B\^2 Hub 節點。

B\^2 Hub 節點在收到 Batch 數據後，會解析其內容並做出驗證，這裡就包含了前面提到的「狀態驗證」。其實狀態驗證，就是驗證排序器生成的 Batch 中，記錄的「交易執行後的狀態變化」是否正確。如果 B\^2 Hub 節點收到了包含錯誤狀態的 Batch，會將其拒收。

其實，B\^2 Hub 本質是一條 POS 公鏈，會有出塊人和驗證人的分野。每隔一段時間，B\^2 Hub 的出塊人會生成新的區塊，並傳播給其他節點（驗證人），這些區塊裡包含了排序器提交的 Batch 數據。剩下的工作流程和前面提到的 Celestia 有些許類似，有很多外部的節點，頻繁的向 B\^2 Hub 節點索要數據片段，在這個過程中，Batch 數據會被分發給很多節點設備，也包括前面提到的存儲網絡。

B\^2 Hub 中存在名為 Committer（承諾人）的可輪換角色，它會把 Batch 的數據 hash（其實是 Merkle root），以及存儲索引，以銘文的形式提交到比特幣鏈上。只要你讀取到這個數據 hash 和存儲索引，就有辦法在鏈下的 DA 層 / 存儲層獲取到完整的數據。假設鏈下有 N 個節點存放著 Batch 數據，只要其中 1 個節點願意對外提供數據，就能讓任何人獲取到它需要的數據，這裡的信任假設是 1/N。

當然，我們不難發現，上述過程中，負責驗證 Layer2 狀態轉換有效性的 B\^2 Hub，是獨立於比特幣主網的，只是一個鏈下的驗證層，所以這個時候，Layer2 的狀態驗證方案，在可靠性上無法等價於比特幣主網。

一般而言，ZK Rollup 可以完整的繼承 Layer1 的安全性，但目前比特幣鏈上只支持一些極為簡單的計算，無法直接驗證 ZK 證明，所以還沒有哪個 Layer2 可以在安全模型上等價於以太坊的那種 ZK Rollup，包括 Citrea 和 BOB 等。

目前看來，「比較可行」的思路是 BitVM 白皮書中所闡述的那樣，複雜的計算過程挪到比特幣鏈下，僅在必要時把某些簡單的計算挪到鏈上進行。比如驗證 ZK 證明時產生的計算痕跡，可以公開，交由外界去檢查。如果人們發現其中某個比較細微的計算步驟有問題，就可以在比特幣鏈上驗證這道「有争議的計算」。這裡面需要用比特幣的腳本語言，模擬出 EVM 等特殊虛擬機的功能，消耗的工程量可能會非常巨大，但並不是不可行。

在 B\^2 Network 的技術方案中，排序器產生了新的 Batch 後，會轉發給聚合器以及 Prover，後者把 Batch 的數據驗證過程 ZK 化，生成 ZK 證明，最終轉發給 B\^2 Hub 節點。B\^Hub 節點是 EVM 兼容的，通過 Solidity 合約來驗證 ZK Proof，這其中涉及的全部計算過程，會被拆分為非常底層的邏輯門電路形態，這些邏輯門電路又會以比特幣腳本語言的形式表達出來，全部提交至吞吐量足夠大的第三方 DA 平台中。

如果人們對這些披露出來的 ZK 驗證痕跡存在疑問，覺得某個小步驟有錯誤，就可以在比特幣鏈上進行「挑戰」，要求比特幣節點直接檢查這個有問題的步驟，並適當做出懲罰。

（B\^2 Network 的整體結構圖，不包含數據採樣節點）

那麼是誰被懲罰呢？其實是 Committer。在 B\^2 Network 的設定中，Committer 不但會把前面說的數據 hash 發布到比特幣鏈上，還要把 ZK 證明的驗證「承諾」發布到比特幣主網。通過比特幣 Taproot 的一些設定，你可以隨時在比特幣鏈上，對 Committer 發布的「ZK 證明驗證承諾」進行質疑和挑戰。

這裡解釋下什麼「承諾」（Commitment）。「承諾」的含義在於，某些人聲稱，某些鏈下數據是準確無誤的，並在鏈上發布對應的聲明，這個聲明就是「承諾」，承諾值與特定的鏈下數據相綁定。在 B\^2 的方案中，如果有人認為 Committer 發布的 ZK 驗證承諾有問題，就可以進行挑戰。

可能有人會問，前面不是提到 B\^2 Hub 在收到 Batch 後，會直接驗證其有效性嗎，這裡為何又要「多次一舉」的驗證 ZK 證明？為什麼不直接把驗證 Batch 的過程公開披露，讓人們直接挑戰，非要引入 ZK 證明幹什麼？這其實是為了把計算痕跡壓縮的足夠小，如果直接把驗證 Layer2 交易、產生狀態變更的計算流程，全部以邏輯門電路和比特幣腳本的形式公開披露，將會產生極大的數據尺寸。而 ZK 化之後，可以把數據尺寸極大程度壓縮後，再發布出去。

這裡大致總結下 B\^2 的工作流程：

1. B\^2 的排序器 Sequencer 負責產生新的 Layer2 區塊，並將多個區塊聚合為 data batch（數據批次）。data batch 會被送給聚合器 Aggregator，以及 B\^Hub 網絡中的 Validator 節點。
2. 聚合器會將 data Batch，發送給 Prover 節點，讓後者生成對應的零知識證明。ZK 證明隨後會被發送給 B\^2 的 DA 與驗證者網絡 (B\^2Hub)。
3. B\^2Hub 節點會驗證聚合器發來的 ZK Proof，能否和 Sequencer 發過來的 Batch 相對應。若兩者可以對應，則通過驗證。通過驗證的 Batch，其數據 hash 與存儲索引，會被某個指定的 B\^Hub 節點（稱為 Committer）發送至比特幣鏈上。
4. B\^Hub 節點會將其驗證 ZK Proof 的整個計算過程公開披露，將計算過程的 Commitment 發送到比特幣鏈上，允許任何人對其進行挑戰。如果挑戰成功，則發布 Commitment 的 B\^Hub 節點將受到經濟懲罰（它在比特幣鏈上的 UTXO 將被解鎖並轉移給挑戰者）

B\^2 Network 的這種狀態驗證方案，一面引入了 ZK，一面采用了欺詐證明，實際上屬於混合型的狀態驗證方式。只要鏈下存在至少 1 個誠實的節點，在檢測出錯誤後願意發起挑戰，就可以保證 B\^2 Network 的狀態轉換是沒有問題的。

按照西方比特幣社區成員的看法，未來比特幣主網可能會進行適當的分叉，以支持更多的計算功能，也許在未來，直接在比特幣鏈上驗證 ZK 證明會成為現實，屆時將為整個比特幣 Layer2 帶來新的範式級變革。而 B\^2 Hub 作為一個通用的 DA 層與驗證層，不但可以作為 B\^2 Network 的專用模塊，還可以賦能其他比特幣二層，在比特幣 Layer2 的大爭之世中，鏈下功能拓展層必將越來越重要，而 B\^Hub 和 BTCKB 的湧現，或許才剛剛揭開這些功能拓展層的冰山一角。