專案研究| Botanix protocol：相容EVM智能合約的比特幣二層網絡

Botanix協議則是建立在BTC之上的分散化鏈的解決方案，它使用閃電的基本原理來運行以太坊虛擬機（EVM），Botanix采用的是類似於以太坊的基於賬戶的模型替代比特幣本身的未使用交易輸出（UTXO）模型，每個Botanix全節點都將運行BTC核心協議以及Botanix協議。

編輯| Chainchen@Web3CN.Pro

目錄

一、專案簡介

二、專案願景

三、發展路線‍‍

四、團隊背景

五、融資資訊

六、專案架構

• The Spiderchain‍‍‍‍
• Botanix 區塊
• Botanix EVM
• Orchestrators‍‍‍‍‍‍
• 安全性

七、發展成果

• 社群狀況

八、經濟模型

九、優勢與風險

一、專案簡介

比特幣是目前最大、最知名的加密貨幣，並以其去中心化的結構和區塊鏈技術而聞名。由於比特幣最大程度上的去中心化和安全性使其被視為全球儲備的加密貨幣。然而，比特幣在可組合性和擴展性方面存在一些限製。隨著解決方案的不斷發展，以太坊的出現引入了一個具有圖靈完備程式語言的區塊鏈，其可組合性產生了一個挑戰基礎層可擴展性的去中心化應用生態係統，加上以太坊二層的發展，使得以太坊生態達到了空前的繁榮。但如何將智能合約引入比特幣仍然是一個目前仍未解決的問題。由於比特幣的第二層應用和價值相對較低，因此，在比特幣上建構二層目前而言仍具有極大發展空間。 ‍

目前BTC生態已經存在不同的技術來建構BTC二層，其中則包含狀態通道、驅動鏈、多簽rollup以及可能實現的ZK、OP rollup的比特幣軟分叉提案。而閃電網路以及Liquid多重簽章已經是成功運作的BTC二層解決方案，而本文則引進一個新的概念－Botanix協定。

Botanix協議則是建立在BTC之上的分散化鏈的解決方案，它使用閃電的基本原理來運行以太坊虛擬機（EVM），Botanix採用的是類似於以太坊的基於帳戶的模型替代比特幣本身的未使用交易輸出（UTXO）模型，每個Botanix全節點都將運行BTC核心協議以及Botanix協議。

二、專案願景

Botanix Labs提出在比特幣之上建造第二層，具有完整的以太坊虛擬機（EVM）等效性。以比特幣作為最去中心化和安全的底層，第二層將為以太坊智能合約的可組合性、生態係統和功能開闢新的可能性，引入了Spiderchain——一種在比特幣之上的第二層設計，旨在優化去中心化，為使用者提供更廣泛的應用可能性。

三、發展路線

四、團隊背景

團隊目前核心成員十餘名，多名員工已投入加密貨幣領域十餘年，不乏前Blockstream員工，創辦人Willem為來自比利時的電機工程及商業經濟學雙學位畢業生。團隊是技術和市場出身，但背景一般。

五、融資資訊

暫無

六、專案架構

在目前BTC的二層和側鏈中，閃電網路提供了去中心化二層的技術卻受製於流動性、生態以及BTC的UTXO限製；聯邦多簽以及Op Rollup提供了組合型以及靈活性卻受製於中心化的特徵。

而Botanix協議則是建立在比特幣之上的二層以太坊虛擬機器（EVM）。 Botanix採用了PoS（權益證明）共識機製，需要參與者在比特幣一層上抵押實際的比特幣來保護整個二層。整個協議在比特幣上運行。它允許用戶在基於EVM構建的任何應用程式中原生地使用比特幣。第二層協定經過最佳化，允許任何人參與並運行完整節點。在Botanix上的比特幣將被鎖定在Spiderchain中，並隨著一係列由隨機子集的Orchestrator節點控製的連續多重簽名提供的抵押品確保了真實有效的參與。因此，從比特幣母鏈移動到第二層需要額外的信任假設：沒有單一一方控製抵押者集。 Botanix協議可以無需任何比特幣改進提案立即在比特幣上實施。

Botanix網路透過引入了在比特幣上無法實現的智慧合約，其思想類似於閃電網路的節點營運商，將複雜的部分移至鏈下以確保Botanix區塊鏈的正確狀態。整個二層網路作為一個區塊鏈運行，其他用戶可以在該協議上創建新錢包並部署智能合約。

The Spidechain

Botanix引進了Spiderchain，它是二層區塊鏈的一種新的機製。 Spiderchain是一係列連續的多重簽名錢包，由Botanix Orchestrators（協調者）之間創建。透過將這些多重簽名錢包分散管理，保障了安全性。這一連續的多重簽名鏈創建了一個網絡，用於保護Botanix鏈上的比特幣資產。這個「移動」的多重簽名鏈可以看作是一種抵押，它被鎖定在這個去中心化的多重簽名網絡中，因此得名Spiderchain。

Spiderchain的關鍵作用是將比特幣資產和比特幣區塊鏈分開。透過在分散的多重簽名鏈中保護Botanix上的比特幣，它將比特幣與以太坊虛擬機器（EVM）隔離。這使得可以從比特幣的UTXO模型過渡到EVM中使用的帳戶模型。

下圖展示了Spiderchain的可視化示意圖。每當比特幣區塊產生時，都會在不同的隨機Orchestrators之間創建新的多重簽名。

由於安全性依賴激勵和Orchestrators的數量，所有Orchestrators在參與之前必須提供一定數量的抵押。這個抵押將在發生惡意行為時用作賠償。 Spiderchain的安全性遵循權益證明的模型，隻要惡意行為的參與者數量遠遠少於其他Orchestrators，安全性就會得到數學上的保障。

Botanix區塊

Botanix區塊鏈在正常運作時有三個主要部分。首先，它會檢查來自比特幣母鏈的用戶向Orchestrator發送的交易（這是將比特幣引入Botanix網路的過程）。然後，它會執行必要的狀態變化，以創建一個新的區塊。最後，在每個週期結束時，將創建新的未使用交易輸出（UTXO），以便將資產從Spiderchain轉移到母鏈（這是將比特幣從Botanix網路取回的過程）。

檢查有沒有資產被送到Botanix Orchestrators（協調器）。如果有，就進行資產引入操作。

運行Botanix的共識和狀態變化過程。這部分可以類比於以太坊的區塊處理。

檢查有沒有資產需要從Botanix轉移到其他地方。如果有，就進行資產取回操作。需要注意的是，由於比特幣區塊鏈和Botanix區塊鏈的處理速度不同，在大多數情況下，第1和第3部分隻是更新UTXO的交易池。比特幣的區塊產生速度約為10分鐘一個區塊，而Botanix將以每個區塊之間約為12秒的速度運行。在比特幣區塊之間，Botanix將產生自己的區塊，這些區塊包含EVM（以太坊虛擬機器）上的交易。當接收到新的比特幣區塊時，Botanix將執行上述步驟，以確保EVM鏈上的交易最終得到確認。

Botanix EVM

Botanix運行一個完整的以太坊虛擬機器（EVM）執行客戶端，幾乎等同於以太坊網路本身，因為它能夠執行與以太坊相同的所有智慧合約和去中心化應用程式（DApps）。它不需要產生任何限製性能的有效性證明，因為它的安全性來自Spiderchain。 Botanix EVM驅動以太坊網路的運作環境，允許執行使用Solidity和其他程式語言編寫的智慧合約。透過運行完整的EVM客戶端，Botanix能夠支援與以太坊相同的所有功能。

雖然在功能上Botanix與以太坊等同，但它仍然是一個獨立的網絡，具有自己獨特的特性和特徵。例如，它採用不同的PoS共識演算法，利用比特幣的去中心化和經濟結構。

Orchestrators

Orchestrators是Spiderchain協議的關鍵角色，負責管理和保護Botanix協議。

在進入Spiderchain時，新的Orchestrators需要向當前區塊的Orchestrator表示他們的興趣，並把一定數量的抵押品放在一個多重簽名中。這個過程在比特幣上的確認後完成，新的Orchestrator就會成為一個完整的參與節點。

在退出Spiderchain時，一個Orchestrator需要通知當前的區塊Orchestrator退出的意願，並簽署退出訊息。然後退出的過程會開始，包括替換多重簽名和返還抵押品的步驟。

如果一個Orchestrator表現出不正當行為，例如不活躍、錯誤的區塊提議、錯誤的多重簽名簽署或錯誤的驗證，Orchestrator將面臨抵押品被扣除的風險。不活躍的Orchestrator將失去區塊獎勵，並且最終可能被移除。這些規則確保了Spiderchain的正常運作和安全性。

安全性

1.多重簽名的大小和抵押的權衡

Spiderchain中鎖定的資金有兩種不同的安全保障方式：

首先，透過設計，資金存放在比特幣一層上，並鎖定在多重簽名的Spiderchain中。這意味著即使有惡意的Orchestrator節點，他們也無法在沒有其他節點的批準的情況下存取Spiderchain中的比特幣。這是因為多重簽章要求多個節點共同批準任何資金操作。

其次，還有一種透過激勵機製來保障安全。每個Orchestrator節點都需要承擔一定數量的抵押品，這是一種經濟上的保證。這意味著他們有經濟動力來確保他們正確運行，因為如果他們違反規則或表現不當，他們可能會失去部分抵押品。這種激勵機製有助於維持網路的正常運作和安全性。

多重簽名是用於保護存放在比特幣區塊鏈上的資金的一種方式。多重簽名的大小有一個權衡考慮，如果太大，簽署它可能會耗費很多時間，並且可能出現協調問題。此外，如果一個惡意方掌控了多數簽名權，他們將能夠獲得Spiderchain中的全部資金。因此，將抵押品分成多個較小的多重簽名可以降低風險，但如果多重簽名太小，可能會降低保護資金免受惡意攻擊的安全性。

抵押品用於確保Orchestrator節點的正確運作。為了參與Spiderchain網絡，Orchestrator節點必須提供一定數量的抵押品，以確保他們的參與。這樣做可以防止單一方運行多個節點，從而防止Sybil攻擊。如果一個Orchestrator節點表現不當，如停機、惡意行為或消失，他們將失去一部分抵押品。

活躍性是指保持Botanix鍊和多重簽名中的參與者的正常運作。如果參與者長時間無回應，他們可能會失去一部分獎勵，並最終從多重簽名中移除。同時，有一些行為被認為是惡意的，例如提出不正確的區塊、錯誤簽署多重簽名等，這些行為將導致抵押品被削減。

以上這些措施旨在確保Spiderchain協定的安全和穩定運作。

2.私鑰保護

前向安全性是加密係統的重要屬性，用來保護秘密金鑰不洩漏。在Botanix的情況下，前向安全性意味著即使攻擊者獲得了2/3多數控製權，他們仍不會擁有所有先前多重簽章中大多數金鑰的所有權。相反，攻擊者隻會擁有將來產生的新多重簽章的大多數所有權。這確保了先前多重簽章的安全性不會受到威脅，並且協定可以採取適當的措施來減輕攻擊。透過Spiderchain的設計，Botanix實現了前向安全性，協定可以提供更高層級的安全性，並保護係統免受潛在攻擊的威脅。

3.BTC安全性繼承

Botanix的安全性取決於比特幣的安全性，特別是其工作證明（PoW）係統提供的安全功能。如果比特幣的安全性受到損害，這也會對Botanix的安全性產生負面影響。因此，Botanix依賴比特幣的PoW係統的安全優勢，以確保其自身網路的安全性。具體來說，透過利用比特幣來減輕Proof of Stake係統中的三個風險：集中化，隨機驗證者選擇以及最終性。

七、發展成果

Twitter：1,331關注，粉絲互動程度一般

Discord：459人，Telegram：469人，活躍率不到百分之二十。

整體來看，該專案社群活躍度一般，仍處於早期階段。 ‍‍‍‍‍‍‍‍‍

八、經濟模型

暫無

九、優勢與風險

優勢：

1.安全性：Botanix的安全性依賴比特幣的PoW係統，這使得它具備了與比特幣相媲美的安全性。比特幣是迄今為止最安全的區塊鏈網路之一，因此Botanix在安全性方面也受益匪淺。

2.去中心化：作為第二層區塊鏈，Botanix繼續了比特幣的去中心化概念，允許任何人參與並運行全節點。這有助於維持網路的去中心化性質。

3. EVM相容：Botanix支援以太坊虛擬機（EVM），這意味著它能夠運行與以太坊相容的智慧合約和去中心化應用，為開發者提供了廣泛的應用可能性。

4.前向安全性：Botanix透過Spiderchain的設計實現了前向安全性，即使攻擊者獲得控製權，也不會威脅先前多重簽名的安全性。

劣勢：

1.依賴性：Botanix的安全性高度依賴比特幣的PoW係統。如果比特幣的安全性受到威脅或遭受攻擊（目前看來幾率微乎其微），Botanix也可能受到牽連，這意味著它的安全性受到了外部因素的限製。

2.競爭：Botanix處於激烈的加密貨幣和區塊鏈競爭中，目前該生態上沒有良好的生態項目，需要與其他生態競爭以吸引開發者和用戶。

3. 速度： 比特幣和Botanix的區塊產生速度不同，這可能導致需要額外的等待時間來處理跨鏈交易。 Botanix的區塊產生速度較快，但與以太坊相比仍然較慢。

綜上所述，Botanix作為一個建立在比特幣之上的第二層區塊鏈係統具有一些優勢，但也面臨一些依賴性和競爭性的挑戰。其安全性和去中心化性質使其在某些方面具有競爭力，但需要克服一些技術和市場上的障礙才能實現廣泛的採用。

參考文獻

https://a-us.storyblok.com/f/1014909/x/8d64a913a6/botanix-protocol-whitepaper.pdf