一、簡介

Citrea 是第一個使用零知識技術增強比特幣區塊空間功能的彙總。Citrea 是唯一使用比特幣作為數據可用性和結算層的可擴展性解決方案，通過其基於 BitVM 的信任最小化雙向掛鉤程序 - Clementine。Citrea完全兼容 EVM，使所有 EVM 開發人員都可以輕鬆地在比特幣上進行構建。

二、融資背景

融資背景

Citrea在今年獲得兩輪融資，種子輪於2023年2月21日完成，融資金額為$2.7M，由Galaxy領投，其他投資者包括 Delphi Ventures、Eric Wall、Anurag Arjun、BatuX、Igor Barinov 和 James Parillo 等。A輪融資於2024年10月31日完成，金額為$14M，由Founders fund領投，Maven 11，Mirana Ventures，dao5，Axiom等跟投。【1】

三、創始人團隊

團隊成員

Citrea核心團隊由Orkun Mahir Kılıç、Esad Yusuf Atik、Murat Karademir三人組成，三人都有豐富的區塊鏈工作經驗，並且也都為開發Citrea的Chainway Labs核心成員。

四、比特幣面臨的窘境

1.比特幣區塊空間需求旺盛

由於比特幣的安全性、去中心化和抗審查性，人們要求用比特幣滿足他們所有的鏈上需求。在過去的幾個月裡，人們對比特幣生態的興趣呈指數級增長，這反映在燃料費用上。無論是支付還是銘文交易，人們都爭先恐後地為交易付費。

所以確保可持續地參與比特幣網絡對其長期健康和安全預算至關重要，但有一個權衡：由於高昂的費用和必要的區塊大小限制，不可避免地會排除一些交易。比特幣必須在不改變其核心原則的情況下進行擴展以包含更多複雜交易。 這種日益增長的興趣凸顯了現有可擴展性提案的一個重大問題：它們未能滿足比特幣區塊空間日益增長的需求。

2.現有的可擴展性提案無法擴展比特幣

Bitcoin的L2

比特幣一直面臨著處理更多交易和支持更多應用的挑戰，同時又不損害其安全性或核心原則。事實證明，這個多方面的問題很難完全解決。一些解決方案旨在提升比特幣的支付效率，例如閃電網絡，而另一些嘗試則專注於擴大 BTC 資產的功能，例如側鏈。

在當前情況下，對比特幣區塊鏈的固有需求正在被重新定向到單獨的共識協議，即側鏈。這種方法會導致一種權衡——犧牲比特幣的安全性並與其激勵機制不一致，以換取更低的費用和更多的 BTC 使用案例。因此，由側鏈主導的比特幣受到擴容解決方案的困擾，這些解決方案無法以任何有意義的方式為其長期健康和激勵機制服務，不會為比特幣安全做出貢獻，最終也無法根據需要擴容比特幣區塊鏈，使得比特幣轉移到側鏈的需求不再是對比特幣的需求。

3.執行層代替側鏈

傳統側鏈與Citrea

Citrea 是比特幣上唯一一個落地的執行層，第一個零知識證明驗證，也是比特幣內部第一個通用的 L2 驗證。與單片側鏈不同，Citrea 通過其執行分片為比特幣創建了一個模塊化世界，使結算和數據可用性保持在鏈上和比特幣上。【2】

五、主要功能

Citrea 是比特幣上唯一真正結算在比特幣上的執行層。Citrea 上發生的每筆交易都完全由零知識證明保護，並由比特幣驗證。Citrea 的執行環境相對於比特幣而言是無需信任的，並且可供比特幣網絡的所有參與者訪問。因此，Citrea 確保它滿足與比特幣同等的數據可用性、審查阻力和重組阻力保證。

1. 比特幣作為應用基石：

Citrea 的使命是在最安全和去中心化的區塊鏈比特幣之上構建一個可編程的流動性層。我們認為，必須使用比特幣區塊空間來高效地解決各種金融活動，例如無需信任地購買 BTC、利用 BTC 或借出 BTC。儘管大多數當前試圖提供這些功能的元協議都是可信的，但效率低下。Citrea 是在比特幣上構建應用程序的最高效、最安全的平臺。

2. 比特幣結算和信任最小化雙向掛鉤：

Citrea 通過 Clementine 實現了第一個信任最小化的雙向掛鉤機制，由 ZK 證明和 BitVM 保護。只要 BitVM 設置中的單個驗證者是誠實的，Clementine 就能保持安全。這代表著對現有解決方案（例如開放和封閉聯盟）的重大改進。Clementine 的設計與 Citrea 的無需信任的輕客戶端相結合，最大限度地降低了 Citrea 雙向掛鉤的信任要求，而無需軟分叉。Clementine 的核心組件包括：輕客戶端證明（比特幣和 Citrea）和BitVM 中的零知識證明（ZKP）驗證器。核心流程如下：

• 轉入掛鉤和轉出掛鉤
  基於 BitVM 的 Clementine 僅允許 UTXO 的靜態大小進行轉入和轉出。為簡單起見，我們假設它正好是1 BTC。

• 轉入掛鉤

轉入掛鉤輸出邏輯

為了進行掛鉤，用戶將 1 BTC 鎖定到只能由以下人員使用的 UTXO 中；輸出為N+1 中的 N+1 多重簽名（N - 1 個驗證者、橋接操作員和用戶）或者用戶將在200個區塊後獲得。鎖定UTXO後，用戶將交易的簽名發送給驗證者。

一旦比特幣上的交易完成，資金就會轉移到新的 N-of-N 多重簽名中，用戶可以通過向 Citrea 上的智能合約出示 SPV 證明來鑄造其掛鉤的 BTC。交易包括一個 EVM 地址，用於在 Citrea 上識別用戶。

• 轉出掛鉤
  要發起提款，用戶必須將 1 BTC 轉移到 Citrea 上的智能合約，並附上一個比特幣地址。該地址被記錄為“提款 Merkle 樹”中的新葉，然後 1 BTC 將在 Citrea 上銷燬。為了便於討論，可以假設每個比特幣地址都是唯一的，但不失一般性。因此，任何向比特幣網絡上的給定比特幣地址轉移 1 BTC 都將導致有效提款。

• 連接器源 UTXO

UTXO原理

Clementine 確保，如果橋樑運營商試圖索取比其涵蓋的提款金額更多的 BTC，它將永遠失去對橋樑資金的使用權。

連接器源 UTXO 是操作員用來從 Clementine 索取的。為了獲得連接器源 UTXO 的訪問權限。連接器 UTXO 樹是 UTXO 樹，操作員使用它來證明它可以索取其涵蓋的提款的 BTC 數量。

• 雙向掛鉤計劃

定義時間線

時間線

• 輕客戶端截止點： BitVM 承諾檢查提款的區塊高度
• 提交期：運營商給定的時間來滿足剩餘的提款並記錄原像
• K-deep 假設：確保最後一個比特幣區塊最終確定的時間段。由於驗證者可以使用最新區塊的 PoW 發起挑戰，因此操作員不應能夠使用不同的區塊哈希進行私人分叉
• BitVM 挑戰響應期：驗證者向操作員發起挑戰並進行交互式驗證遊戲（如果需要）的時間段。在該時間段結束時，只有兩種可能的結果：a.連接器源 UTXO 可供運營商使用，從而允許運營商索取其在提款期間涵蓋的 BTC 數量、b.連接器源 UTXO 與 BitVM 響應 UTXO 一起被燒燬，從而撤銷了運營商對橋樑資金的訪問權限

輕客戶端切斷每 6 個月發生一次，並且永遠以相同的間隔持續下去。

邏輯

在 Clementine 中，一旦比特幣上最終確定了包括提款在內的證明，運營商就負責覆蓋每一筆提款。在每個週期之後，運營商都會通過揭示比特幣上的 log2(n) 個原像來承諾從 Clementine 索取的過橋資金數額。該金額等於自上一個檢查點以來前端覆蓋的提款總額。

3. EVM 等效性：

Citrea 通過以太坊虛擬機 (EVM) 為比特幣帶來可編程性。Citrea 的 EVM 是零知識可證明的，並且針對比特幣和 BitVM 進行了定製。此執行環境允許用戶部署超出比特幣腳本功能的複雜智能合約。Citrea 通過彙總數千筆交易並生成簡潔的有效性證明來擴展比特幣。Citrea 證明刻在比特幣中，可以通過 BitVM 在比特幣上進行樂觀驗證。該模型確保了鏈上數據的可用性和可驗證性。【3】

• 用戶存款

用戶存款

當用戶將 BTC 發送給橋接運營商時，掛鉤過程就開始了。驗證者（有權挑戰橋接運營商的參與者）隨後簽署用戶的交易。此簽名提交給橋接運營商，表明驗證者批准 BTC 存款。完成此驗證步驟後，用戶可以通過將交易的 SPV（簡化支付驗證）發送到 Citrea 上的智能合約來鑄造 cBTC（citreaBTC），以換取發送到 BitVM 控制的存款地址的 BTC。或者，用戶可以通過比特幣或閃電網絡的原子交換進入 Citrea，這比通過雙向掛鉤存款更容易、更便宜。

• 發生交易

用戶交易

Citrea 的 EVM 環境可以為 BTC 提供 DeFi、私人轉賬或 BTC 兌換等應用。無論用戶使用哪種應用，技術流程都始於用戶將交易發送到完整節點。收到這些交易後，完整節點將它們發送到排序器進行軟確認。任何想要訪問 Citrea 交易歷史記錄或想要查詢數據的人都可以設置 Citrea 完整節點。

序列器是一種全節點，它軟確認交易並構建區塊。然後，它將這些軟確認（軟區塊）傳播到每個可用的全節點。軟確認的目的是為用戶提供快速的交易體驗。下一步涉及一種用於零知識彙總的特殊全節點。這個全節點稱為證明者，在繼承比特幣用戶交易安全性方面發揮著重要作用。

與所有全節點一樣，證明器會從排序器接收軟確認並保存數據。證明器的特殊之處在於，它通過彙總排序器已軟確認的交易來創建批次。

然後，它會生成此批次的零知識證明，供任何人驗證其有效性。證明者不僅生成證明，還會創建一個稱為狀態差異的數據 - 這是初始狀態和最新狀態之間的存儲槽差異。創建狀態差異是 Citrea 的比特幣區塊空間使用效率高的原因。由於比特幣區塊空間有限且昂貴，Citrea 記錄狀態差異而不是完整的交易數據，以最大限度地減少區塊空間使用和數據成本。

• 用戶提款

用戶提款

要退出掛鉤，用戶可以向 Citrea 完整節點提交提款交易，也可以將其作為強制交易記入比特幣。在這兩種情況下，橋接運營商都會覆蓋用戶的退出掛鉤，然後從 BitVM 索取其預先覆蓋的提款。

Citrea 橋利用 BitVM 在比特幣上結算。BitVM 是一種計算範式，可在比特幣上實現圖靈完備合約。只要沒有人質疑，BitVM 上的計算就被認為是正確的，這使得 BitVM 成為樂觀的。Citrea 使用 BitVM 來驗證比特幣上刻寫的零知識證明。在 N 個驗證者中，1 個誠實的驗證者足以保護雙向掛鉤機制，從而使 Citrea 實現信任最小化。

或者，用戶可以通過原子交換退出比特幣或閃電網絡，這比使用雙向掛鉤更容易、更便宜。

六、未來發展方向

1.多虛擬機方法

Citrea 的設計旨在與多種虛擬機兼容並可互操作。它在通用 STARK zkVM 中運行，這意味著可以實現任何虛擬機併產生執行證明。最初，Citrea 實現了 EVM，但是由於其面向未來的設計，可以實現 WASM 或 SVM 等不同的 VM。

2.意志模型

Volition 是一種特殊類型的數據可用性解決方案，它結合了鏈下和鏈上數據。簡而言之，volitions 允許用戶或應用程序選擇在何處保存每筆交易的數據。該模型允許具有不同數據位置的應用程序在單個區塊鏈中互操作。例如，用戶可以選擇鏈下數據可用性，費用低但安全性較低，也可以選擇比特幣數據可用性，費用正常但具備完整安全性。無論選擇哪種數據可用性，每筆交易都會繼續通過 ZK 證明得到驗證。

3.去中心化序列網絡

Citrea 貢獻者正在探索解決方案，以在不影響延遲和最終性的情況下支持多個排序器達成共識。一種可能的方法是實現類似 PoS 的層，但僅用於排序塊。對於用戶來說，真相的來源永遠是比特幣中的零知識證明。去中心化的排序層將減少對排序器的短期信任以保護排序，因為排序將在單個時隙中在排序層上最終確定。目前有幾種共識機制正在試驗中，例如 CometBFT、Hotstuff 和 MonadBFT。

4.無需信任的原子交換

目前正在研究 Citrea 與比特幣之間的無信任原子交換。這些交換將允許用戶在不使用掛鉤機制的情況下從 Citrea 進出。

5.Lightning 集成

目前正在研究 Citrea 和閃電網絡之間的無信任原子交換。這可以讓 Citrea 用戶直接從 Citrea 網絡或從 Citrea 的入口和出口支付閃電發票，而無需利用比特幣基礎層。

6.無需信任的結算

要實現完全無需信任的比特幣結算，需要一個可以驗證 ZK 證明的操作碼和一個契約操作碼。在當前架構中，BitVM 提供信任最小化的結算 - 這與現有不安全的側鏈方案相比是一個巨大的改進。

七、結語

Citrea 協議的核心在於其針對動態數據流的獨特定位，為實時數據的共享與管理提供了高效且去信任化的解決方案。它的廣泛應用場景和創新型技術架構，使其成為區塊鏈領域的重要一員，但仍需應對技術和用戶普及方面的挑戰以實現更廣泛的應用。