Вступ

Citrea - перший роллап, який використовує технологію нульового знання для підвищення функціональності блок-простору Bitcoin. Це єдина рішення масштабованості, яке використовує Bitcoin як шар доступності даних та розрахунковий шар через його механізм двостороннього кріплення на основі довіри BitVM, Clementine. Citrea повністю сумісний з EVM, що дозволяє всім розробникам EVM легко працювати з Bitcoin.

Фінансування тла

Citrea завершила два раунда финансирования в этом году. Закрытый раунд был завершен 21 февраля 2023 года и привлек $2.7M, под руководством Galaxy, с участием других инвесторов, включая Delphi Ventures, Eric Wall, Anurag Arjun, BatuX, Igor Barinov и James Parillo. Раунд серии A был завершен 31 октября 2024 года и привлек $14M, под руководством Founders Fund, с участием Maven 11, Mirana Ventures, dao5, Axiom и других.

Засновницька команда

Основний колектив Citrea складається з Оркун Махір Килич, Есад Юсуф Атік та Мурат Карадемір, всі вони мають великий досвід у галузі блокчейну і є ключовими учасниками Chainway Labs, яка розробила Citrea.

Виклики, що стоять перед біткоїном

Високий попит на блок-майданчик Bitcoin

Завдяки безпеці Bitcoin, децентралізації та опору цензурі, користувачі намагаються задовольнити всі свої потреби в ланцюжковому блокуванні через Bitcoin. За останні кілька місяців інтерес до екосистеми Bitcoin експоненційно зріс, що відображається в зростанні комісій за транзакції. Користувачі прагнуть оплатити місце в ланцюжковому блокуванні, будь то для платежів чи транзакцій з іншими записями.

Забезпечення стійкої участі в мережі Bitcoin є критичним для її довгострокового здоров'я та безпеки бюджету. Однак є компроміс: високі комісії та необхідні обмеження розміру блоку неминуче виключають деякі транзакції. Bitcoin повинен масштабуватися для того, щоб розмістити більше складних транзакцій без порушення його основних принципів. Ці зростаючі інтереси підкреслюють значну проблему із існуючими пропозиціями щодо масштабованості: їх нездатність відповісти на зростаючий попит на блок-простір Bitcoin.

Обмеження існуючих пропозицій щодо масштабованості

Layer 2 Bitcoin

Bitcoin довго мав проблеми з обробкою більше транзакцій та підтримкою додаткових програм без порушення своєї безпеки або основних принципів. Ця багатогранна проблема виявилася важкою повністю вирішити. Деякі рішення, такі як Блискавкова мережа, спрямовані на покращення ефективності оплати Bitcoin, тоді як інші фокусуються на розширенні функціоналу BTC, наприклад, sidechains.

В нинішній обстановці вбудований попит на блокчейн Bitcoin перенаправляється на окремі протоколи консенсусу, а саме на побічні ланцюжки. Цей підхід створює компроміс - жертвуючи безпекою Bitcoin і неспівміщаючи з його механізмами стимулювання в обмін на нижчі комісії і широкі можливості використання BTC. В результаті Bitcoin, що контролюється рішеннями масштабованості на основі побічних ланцюжків, стикається з викликами, які не сприяють значущо його довгостроковому здоров'ю та стимулам. Ці рішення не зміцнюють безпеку Bitcoin або адекватно масштабують його блокчейн, перетворюючи попит на побічні ланцюжки в відхилення від справжнього попиту на Bitcoin.

Виконавчий шар, що замінює бічні ланцюги

Традиційні бічні ланцюжки проти Citrea

Citrea є єдиним рівнем виконання, реалізованим на Bitcoin, першим, який пропонує перевірку доказів з нульовим розголошенням, і першою перевіркою L2 загального призначення в Bitcoin. На відміну від монолітних сайдчейнів, Citrea створює модульну екосистему для Bitcoin за допомогою шардів виконання, зберігаючи розрахунки та доступність даних у ланцюжку та в мережі Bitcoin. [2]

Ключові функції

Цітреа - єдиний рівень виконання на Bitcoin, який вирішує транзакції безпосередньо на Bitcoin. Кожна транзакція, що відбувається на Цітреа, повністю захищена нульовими доказами та перевіряється Bitcoin. Виконавче середовище Цітреа є недовіреною відносно Bitcoin та доступною всім учасникам мережі Bitcoin. Таким чином, Цітреа забезпечує, що вона відповідає таким же гарантіям доступності даних, опору цензурі та опору реорганізації, як Bitcoin.

Bitcoin як основа для додатків:

Місія Citrea полягає в тому, щоб побудувати програмований рівень ліквідності на найбезпечнішому та децентралізованому блокчейні — Bitcoin. Ми вважаємо, що блоковий простір Bitcoin повинен ефективно використовуватися для вирішення різних фінансових дій, таких як покупки BTC без довіри, використання BTC або кредитування BTC. У той час як більшість сучасних мета-протоколів, які намагаються забезпечити ці функції, є надійними та неефективними, Citrea є найефективнішою та найбезпечнішою платформою для створення додатків на Bitcoin.

Розрахунок Bitcoin і двосторонній замок з мінімізованим довірою:

Citrea реалізує перший механізм двостороннього пегінгу з мінімізацією довіри через Clementine, захищений ZK доказами та BitVM. Достатньо, щоб один валідатор в налаштуванні BitVM був чесним, щоб Clementine залишався безпечним. Це є значним покращенням порівняно з існуючими рішеннями (такими як відкриті та закриті федерації). Дизайн Clementine, спільно з бездовірним легким клієнтом Citrea, мінімізує вимоги до довіри двостороннього пегінгу без потреби у м'якому форку. Ключові компоненти Clementine включають: докази легкого клієнта (як для Bitcoin, так і для Citrea) та ZKP валідатори в BitVM. Основний процес виглядає наступним чином:

• In-peg і out-peg
  Clementine, на основі BitVM, дозволяє лише статичні UTXO для внутрішнього та зовнішнього переказів. Для спрощення, припустимо, що це рівно 1 BTC.

• Внутрішній-пег

Логіка виведення In-Peg

Щоб ініціювати прив'язку, користувач блокує 1 BTC у UTXO, доступ до якого можуть отримати лише такі сторони: мультипідпис N+1 у N+1 (валідатори N-1, оператор мосту та користувач), або користувач отримає кошти після 200 блоків. Після блокування UTXO користувач надсилає підпис транзакції валідаторам.

Після завершення транзакції на Bitcoin кошти перекладаються на новий N-of-N мультипідпис. Користувач може створити свої пристрійні BTC, представивши доказ SPV у розумний контракт на Citrea. У транзакцію включено EVM-адресу, яка використовується для ідентифікації користувача на Citrea.

• Логіка виходу
  Для ініціювання виведення користувач повинен передати 1 BTC на розумний контракт на Citrea та вказати адресу Bitcoin. Ця адреса записується як новий листок в “Withdrawal Merkle Tree”, а потім 1 BTC знищується на Citrea. З метою спрощення ми можемо вважати, що кожна адреса Bitcoin є унікальною, але це не обмежує. Тому будь-який переказ 1 BTC на задану адресу Bitcoin в мережі Bitcoin призведе до дійсного виведення.

• Джерело з'єднувача UTXO

Принцип UTXO

Clementine гарантує, що якщо оператор моста намагається вимагати більше BTC, ніж забезпечена сума виведення, він назавжди втратить доступ до коштів моста.

Конектор Джерело UTXO використовується оператором для отримання від Клементіни. Для отримання доступу до конектора Джерело UTXO оператор використовує дерево конектора UTXO, яке є деревом UTXO, яке оператор використовує для підтвердження суми BTC, яку вони можуть отримати за свої покриті вилучення.

• Схема двостороннього зв'язку

Визначення часової шкали

Графік

• Легкий клієнтський дедлайн: Зобов'язання BitVM перевіряє висоту блоку для зняття коштів.
• Період подачі: Час, відведений оператору для задоволення залишкових виводів та запису передобображення.
• K-глибока припущення: Забезпечує завершення останнього блоку Bitcoin. Оскільки валідатори можуть викликати використання PoW останнього блоку, оператор не повинен мати змоги використовувати різні хеші блоків для приватних відгалужень.
• Період відповіді на виклик BitVM: період, протягом якого валідатори кидають виклик оператору та беруть участь в інтерактивній грі з валідацією (за потреби). Після закінчення цього терміну можливі лише два результати: \
  a. Джерело з'єднання UTXO доступне для оператора для використання, дозволяючи їм вимагати суму BTC, покриту під час виведення. \
  b. Вихідні UTXO з'єднувача спалюються разом із відповіддю UTXO BitVM, анулюючи доступ оператора до коштів мосту.

Розрив зв'язку з легким клієнтом відбувається кожні 6 місяців і продовжується нескінченно з тим самим інтервалом.

Логіка

У Clementine, після того, як доказ, включаючи зняття коштів, завершено на Bitcoin, оператор несе відповідальність за покриття кожного зняття. Після кожного періоду оператор виділяє суму коштів, отриманих від Clementine, розкриваючи попередні образи log2(n) на Bitcoin. Ця сума дорівнює загальній сумі зняттів, які покриває фронтенд з моменту останнього контрольного пункту.

Еквівалент EVM

Citrea надає можливість програмування Bitcoin за допомогою віртуальної машини Ethereum (EVM). EVM Citrea є доказом нульового знання та налаштованим для Bitcoin та BitVM. Це середовище виконання дозволяє користувачам розгортати складні смарт-контракти, що виходять за межі можливостей скрипта Bitcoin. Citrea масштабує Bitcoin, агрегуючи тисячі транзакцій та генеруючи компактні докази достовірності. Докази Citrea вписуються в Bitcoin та можуть бути оптимістично перевірені на Bitcoin через BitVM. Ця модель забезпечує доступність та перевірку даних у ланцюжку.

• Депозити користувача

Користувач вносить депозит

Коли користувач надсилає BTC оператору моста, починається процес зв'язування. Після цього валідатори (учасники, уповноважені викликати оператора моста) підписують транзакцію користувача. Цей підпис надсилається оператору моста, що свідчить про затвердження валідаторами внеску BTC. Після завершення цього етапу валідації користувач може створити нові cBTC (CitreaBTC), відправивши SPV (спрощене підтвердження платежу) транзакції до смарт-контракту на Citrea, в обмін на відправлені на адресу депозиту, що контролюється BitVM, BTC.

Альтернативно, користувач може увійти в Citrea за допомогою атомного свопу через Bitcoin або Мережу Lightning, що є простішим і дешевшим, ніж використання двостороннього депозиту з двостороннім замкненням.

• Процес транзакції

Транзакції користувача

Середовище EVM Citrea дозволяє використовувати такі програми, як DeFi, приватні перекази або свопи BTC на BTC. Незалежно від заявки користувача, технічний процес починається з того, що користувач відправляє транзакцію на повний вузол. Як тільки транзакція отримана, повний вузол відправляє її секвенсеру для м'якого підтвердження. Будь-хто, хто має доступ до історії транзакцій Citrea або даних запитів, може налаштувати повний вузол Citrea.

Секвенсор - це повний вузол, який м'яко підтверджує транзакції та будує блоки. Потім він поширює ці м'які підтвердження (м'які блоки) на кожний доступний повний вузол. Метою м'яких підтверджень є забезпечення користувачам швидкого досвіду транзакцій. Наступним кроком є особливий повний вузол для агрегації з нульовим знанням, який називається доведувачем, і який відіграє ключову роль у успадкуванні безпеки транзакції користувача Bitcoin.

Як і всі повні вузли, підтверджувач отримує підтвердження від м'якого послідовника та зберігає дані. Основна відмінність підтверджувача полягає в тому, що він створює пакети, агрегуючи транзакції, які були м'яко підтверджені послідовником. Потім він генерує доказ нульового знання для цього пакету, який може перевірити будь-хто на його коректність.

Доказувач генерує доказ і створює набір даних, який називається різницею стану, це різниця між слотом зберігання початкового стану та останнього стану. Створення різниці стану є причиною, чому Citrea ефективно використовує простір блоків Bitcoin. Оскільки простір блоків Bitcoin обмежений та дорогоцінний, Citrea записує різницю стану замість повних даних транзакцій, щоб мінімізувати використання простору блоків та витрати на дані.

• Виведення коштів користувача

Виведення користувачів

Для виведення з кріптогрошей користувач може подати транзакцію на виведення до повноцінного вузла Citrea або записати її як примусову транзакцію на Bitcoin. У обох випадках оператор мосту буде покривати кріптогрошовий пег користувача та запитувати попередньо покриту суму виведення з BitVM. \

Міст Citrea використовує BitVM для розрахунків на Bitcoin. BitVM - це обчислювальна парадигма, яка дозволяє здійснювати контракти з повною машинною обробкою на Bitcoin. Поки ніхто не викликає його, обчислення на BitVM вважаються правильними, що робить BitVM оптимістичним. Citrea використовує BitVM для перевірки нуль-знаньових доказів, врізаних в Bitcoin. Серед N валідаторів достатньо одного чесного валідатора, щоб захистити механізм двостороннього кріптографічного з'єднання, що дозволяє Citrea досягнути мінімізації довіри.

Згідно, користувач може вийти через атомний своп через біткоїн або мережу Lightning, що є простіше та дешевше, ніж використання двостороннього пега.

Майбутні напрямки розвитку

Підхід до кількох віртуальних машин

Citrea призначена для сумісності та взаємодії з кількома віртуальними машинами. Вона працює на загальнозадачній STARK zkVM, що означає, що будь-яку віртуальну машину можна реалізувати та згенерувати докази виконання. Спочатку Citrea використовувала EVM, але завдяки своєму сумісному дизайну, вона може підтримувати інші ВМ, такі як WASM або SVM.

Модель Волі

Воля - це спеціальний тип рішення щодо доступності даних, який поєднує дані поза ланцюжком і в ланцюжку. Простими словами, воля дозволяє користувачам або додаткам вибирати, де зберігати дані для кожної транзакції. Ця модель дозволяє додаткам з різними місцями зберігання даних взаємодіяти в межах єдиного блокчейну. Наприклад, користувачі можуть вибрати доступність даних поза ланцюжком для зниження витрат, але зменшення безпеки, або доступність даних Bitcoin за нормальну вартість, але з повною безпекою. Незалежно від вибраної доступності даних, кожна транзакція буде продовжувати підтверджуватися за допомогою ZK-доказів.

Децентралізована мережа секвенсерів

Учасники Citrea досліджують рішення для підтримки консенсусу серед кількох послідовників без впливу на затримку та остаточність. Один із підходів може включати в себе впровадження шару, схожого на PoS, але тільки для послідовного розміщення блоків. Для користувачів джерелом правди завжди будуть нуль-знання докази в Bitcoin. Децентралізований шар послідовного розміщення зменшить довіру до послідовників на короткостроковий період для захисту послідовного розміщення, оскільки розміщення буде завершено за один часовий інтервал на шарі послідовного розміщення. Наразі тестується кілька механізмів консенсусу, таких як CometBFT, Hotstuff та MonadBFT.

Недовірчі атомні свопи

Наразі триває дослідження можливості забезпечення недовіришних атомних свопів між Citrea та Bitcoin. Ці свопи дозволять користувачам входити та виходити з Citrea без використання механізму пегу.

Інтеграція мережі Lightning

Ведуться дослідження щодо безпідписних атомних свопів між Citrea та Lightning Network. Це дозволить користувачам Citrea безпосередньо оплачувати світлові рахунки з мережі Citrea або її точок входу та виходу без покладанняся на базовий рівень Bitcoin.

Безпечний розрахунок

Для досягнення повністю недовіреного вирішення Bitcoin необхідно опкод для перевірки ZK-доказів та опкод контракту. У поточній архітектурі BitVM надає мінімізоване довірене вирішення - значне поліпшення порівняно з ненадійними рішеннями побічних ланцюгів.

Висновок

Суть протоколу Citrea полягає в його унікальному позиціонуванні динамічного потоку даних, що забезпечує ефективне та надійне рішення для обміну та управління даними в режимі реального часу. Його широкі сценарії застосування та інноваційна технічна архітектура роблять його значним гравцем у сфері блокчейну. Однак він все ще стикається з проблемами, пов'язаними з технологіями та адаптацією користувачів для досягнення ширших застосувань.