Stacks — 透过 Nakamoto 发布进入下一阶段

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1. 比特币网络的新可能性

2023 年初，序数币引入比特币网络引发了一场关于利用网络区块空间的新方法的热烈讨论。到同年 5 月，BRC-20 的需求激增导致网络暂时无法处理区块，促使全球最大的中心化交易所币安暂时停止比特币提现。

“序数”一词源于 ordinal 一词，意为“表示序列中位置的数字”，指的是 Casey Rodarmor 于 2023 年 1 月开发的一项协议。Rodarmor 使用比特币脚本，将数据任意附加到比特币最小单位 satoshis。这项创新允许将文本、图像、音频、视频和代码直接存储在比特币区块链上，从而导致比特币生态系统中以太坊上常见的 PFP NFT 集合激增（点击此处了解更多详情）。

在 Ordinals 问世一年后，比特币网络上发行的三个 NFT 集合已进入市值前十名（NodeMonkes、Runestone、Bitcoin Puppets），展示了其作为真正的智能合约平台的潜力。

1.1 比特币 L2 和堆栈

因此，许多声称是基于比特币的第 2 层 (L2) 解决方案的项目应运而生。截至本文撰写之日 4 月 15 日，DefiLlama 上归类为“比特币侧链”的项目数量为 11 个，总锁定价值 (TVL) 接近 9 亿美元。关于这些项目是否有效地以比特币作为第 1 层 (L1) 发挥 L2 的作用，目前仍存在争议，但 TVL 的快速增长和新项目的激增表明市场对比特币叙事的兴趣日益浓厚。

其中，Stacks 的增长尤为引人注目。Stacks 于 2017 年推出，自 2021 年以来一直致力于在比特币网络上实现智能合约。在以下部分中，我们将探索 Stacks 的发展轨迹以及即将推出的重大升级，即“Nakamoto 版本”。

2. Blockstack，Stacks 的开端

2017 年，完成博士学位的 Muneeb Ali 发布了 Stacks（当时称为 Blockstack）的原始白皮书，并通过 CoinList 上的代币销售成功筹集了 5200 万美元。在此之前，早期团队曾直接在比特币 L1 上构建协议和应用程序。该项目名称为 Onename，它在比特币网络上启用了去中心化的名称和个人资料页面。这一经验促成了 2017 年 Stacks 的设计，当时团队将重点转向创建更强大的平台。

Blockstack 指出，现有的互联网采用中心化数据存储和管理方式，利用区块链技术实现用户对自己数据拥有主权的去中心化网络，因此希望创建一个类似以太坊的区块链层，让开发者可以轻松开发 dApp。

与此同时，Blockstack 生态系统代币 Stacks (STX) 的发售于 2019 年根据 A+ 条例获得美国证券交易委员会批准，该公司成功筹集了 2300 万美元。这是美国证券交易委员会批准的首个代币发售，因此该公司在监管框架内发行代币的努力引起了市场的关注。

从 2018 年到 2020 年，Stacks 团队致力于构建为项目提供支持的强大基础设施。Stacks 旨在充当比特币的编程层，作为具有跨链共识的区块链运行，与比特币网络无缝集成。该团队还开发了 Clarity，这是一种专为 Stacks 生态系统量身定制的安全编程语言。在此期间，Stacks 获得了知名投资者的支持，包括 Union Square Ventures、哈佛捐赠基金、Winklevoss Capital、Naval Ravikant 以及业内其他知名人物。

3. Stacks 2.0

Ali 上周在纽约举行的 Messari Mainnet 会议上告诉 Decrypt：“我认为比特币是最好的、最去中心化的货币层”，并补充说，目前流通的所有比特币中有 1% 是以以太坊上的包装比特币(wBTC) 形式发行的。“这显然意味着在智能合约中使用比特币是有需求的……与其试图将比特币以包装的方式带入某个智能合约链，为什么不直接将智能合约功能带入比特币呢？”—— 比特币 DeFi？Decrypt Stacks 创始人 Muneeb Ali 表示，这是一回事

2021 年 1 月，Blockstack 推出了 Stacks 2.0 主网，将自己重塑为 Stacks 网络。正如 Muneeb Ali 在采访中所见，Stacks 2.0 的构想目标是在不改变比特币本身的情况下将智能合约功能集成到比特币网络中。该链的设计旨在继承比特币网络的去中心化和安全性，同时通过添加智能合约功能来增强其可扩展性。

3.1. 转移证明（PoX）

Stacks 的共识机制被称为转移证明（PoX），这是一项核心创新，旨在继承比特币网络的安全性，可以看作是销毁证明（PoB）的延伸。PoB 是在工作量证明（PoW）环境中的一种共识机制，矿工销毁该网络的加密货币以参与挖矿竞争。

与 PoB 中矿工销毁比特币不同，在 PoX 模型中，矿工将自己的比特币转给参与 Stacking 过程的 STX 持有者。矿工运营 Stacks 节点，并使用比特币网络作为创建和挖矿的锚链。PoX 机制的工作原理如下：

• 注册：矿工将共识数据传输到网络，注册为挖矿候选人。
• 承诺：注册矿工通过将比特币转移到 STX 代币持有者池来参与挖矿竞赛。
• 选举：选择一名矿工，使用可验证随机函数 (VRF) 在 Stacks 区块链上创建一个新区块。
• 组装：选定的矿工生成一个区块并获得 STX 代币作为奖励。

通过选举过程，当选的矿工不仅将 Stacks 链上所有新交易的哈希记录到比特币区块中，而且还遵循 PoX 模型帮助维护比特币网络和 Stacks 链的安全。此方法在比特币网络上的矿工和 Stacks 链上的 Staker 之间建立了激励系统。“Stacking”类似于权益证明 (PoS) 网络中的“staking”，但不同之处在于 STX 被锁定以获得锚链代币 BTC 的奖励。矿工和 stacker 的详细角色如下：

[矿工]

1. 矿工将 BTC 转移到 stacker 以接收 Stacks 区块上累积的交易费和区块奖励。
2. 他们转移的BTC数量决定了他们在挖矿竞赛中获胜的概率，这个过程采用了VRF。
3. 当选的矿工有权在 Stacks 链上生成新区块并流式传输微区块。
4. 当选的矿工将获得 STX 和交易费作为区块奖励。

[堆叠器]

1. 堆垛机按照指定的周期锁定其 STX。
2. 他们可以选择独立堆叠或与其他堆叠者合并他们的 STX，具体数量与锁定的 STX 数量成比例。
3. Stackers 提供一个 BTC 地址来接收 BTC 奖励，获得奖励的概率与堆叠的 STX 数量成正比。
4. 经过设定的锁定周期后，堆叠的STX将被解锁。

3.2. 比特币L2？

Stacks 2.0 的推出和 PoX 机制的引入标志着其作为比特币网络智能合约平台的功能。然而，由于几个细微差别，将其严格归类为比特币网络上的 L2 具有挑战性：

• Stacks 2.0 拥有自己的代币和与比特币网络分开的安全预算。
  • 安全预算是指为维护网络完整性而分配的资源，包括挖矿奖励、运营成本和网络费用。
• 与以太坊和其他生态系统的 L2 不同，资产转移并不在 L1 安全卫士的验证下进行。

由于这些原因，很难将 Stacks 2.0 归为与传统 L2 相同的类别。此外，Stacks 链上的交易最终在比特币网络上结算，这也不太符合侧链类别。Stacks 联合创始人 Muneeb Ali 在2021 年 Decrypt 采访中将 Stacks 链称为“第 1.5 层”。

比特币网络并非以智能合约平台开始的，因此不会像以太坊和 EVM 链那样尝试通过智能合约引入或增强可扩展性。根据 Spartan Group 2023 年 12 月的报告《比特币层 — 无信任金融时代的挂毯》 ，可以更清楚地理解比特币 L2 的区别。

报告中介绍的比特币L2三难困境由以下组成部分定义：

1. 开放网络：采用开放网络模型，而不是联合模型。
2. 无新令牌：不引入新令牌。
3. 完整 VM/全局状态：应用“全局状态”方法代替有限的链下合约。

Stacks 虽然引入了新代币（STX），违反了条件 2，但满足条件 1 和 3，将其定位为比特币 L2 解决方案。相比之下，闪电网络满足条件 1 和 2，但采用“本地共识”方法，交易仅在 P2P 网络内记录，因此不满足条件 3。

这是 Nakamoto 发布之前 Stacks 连接比特币网络的方式，随着 Nakamoto 的发布，他们正在更接近理想的比特币 L2。

4. 迈向 Nakamoto 版本的 Stacks 3.0

4.1. Stacks Chain 现存的问题

Stacks 链的独特结构，虽然使其能够作为比特币网络的智能合约平台发挥作用，但也带来了系统性问题。这些问题包括：

• 安全模型
  • 与拥有大量安全预算的比特币网络不同，Stacks 链采用由 Stacks 矿工支付的 BTC 定义的单独预算运行。这种对矿工预算的依赖增加了安全风险。
• 性能和可扩展性
  • Stacks 链和比特币网络之间的转移证明（PoX）机制和其他连接结构增强了去中心化和安全性，但对链的性能和可扩展性造成了限制。
  • 矿工选举过程将新区块创建与比特币缓慢的区块生成周期联系起来，从而引入了较高的交易确认延迟，影响了用户体验并使 dApp 的入门变得复杂。
• 矿工可提取价值（MEV）问题
  • 持有大量比特币哈希率的比特币矿工可能会审查其他 Stacks 矿工的承诺交易（参与 STX 挖矿竞赛的 BTC 交易），从而让他们能够确定性地确保 Stacks 奖励和交易费用。

4.2. 主要目标和设计变更

4.2.1. 主要目标

Nakamoto 版本是计划于今年进行的一次重大升级，旨在解决 Stacks 链的上述问题，增强链的性能和安全性。主要变化包括：

• 快速阻止时间
  • 通过将矿工选举过程与区块生成分离，区块内的交易确认时间从几分钟缩短到几秒，从而允许矿工在下次选举之前生成多个区块。
• 通过比特币最终性实现交易安全
  • Stacks 交易通过比特币网络的哈希算力实现安全性，这意味着交易在比特币区块链上结算，确保最安全网络的不变性。
• 提高对 MEV 的抵抗力
  • 完善了 BTC 对 STX 奖励的竞标机制，缓解矿工选举过程中的 MEV 问题，改变矿工选举算法，防止比特币矿工获得不当优势。

4.2.2. 区块生成机制和 Stacker 角色的变化

在之前的系统下，Stacks 链上生成的区块直接与比特币区块绑定，导致区块生成和交易确认时间缓慢。

Nakamoto 发布后，引入了“基于任期的区块生产”机制，允许当选矿工在单个比特币区块周期内生产多个 Stacks 区块，从而解决了这些问题。此机制将区块生成和确认时间大大缩短至约 5 秒，从而大大增强了 Stacks 链的可扩展性。

在这个新系统中，堆叠者负责验证矿工任期内产生的每个区块，从仅仅锁定 STX 代币转变为主动验证、存储、签名和广播每个区块。这一新角色显著改变了矿工和堆叠者之间的动态，如下所述：

1. 矿工将BTC传输给堆叠器并参与挖矿选举过程。
2. 在矿工当选后，一项“任期变更”交易将授予新矿工任期。
3. 矿工在几秒钟内生成区块，并且必须在验证过程中收集来自堆叠者的签名。
4. 验证一个区块需要超过 70% 的 stackers 的签名。

4.2.3. 链结构变化和实现比特币最终性

Stacker 现在充当签名者，通过在任期变更或挖矿选举过程中仅签署最新的有效区块来确保区块链的连续性，防止矿工任意分叉。

此外，在任期内，矿工必须在“提交”交易中包含索引块哈希，其中包含上一任期内记录的第一个 Stacks 块的哈希。然后，此索引哈希将记录在比特币区块链上，并不断更新 Stacks 区块链在任期内的历史记录。

最终，这种结构意味着在第 N 个任期内提交的交易将在第 N+2 个任期内记录在比特币区块链上，这使得逆转 Stacks 交易与逆转比特币区块一样困难。该系统符合传统的 L2 特性，在继承比特币网络的安全性的同时提供快速交易批准。

4.2.4. 解决比特币 MEV 问题

在 Nakamoto 发布之前，MEV 问题就出现了，因为 F2Pool 等比特币矿工可以审查其他 Stacks 矿工的承诺交易，操纵自己的 BTC 出价以确保区块奖励和交易费。这不仅减少了 Stackers 矿工的 BTC 奖励，还降低了挖矿过程的可靠性。

Nakamoto Release引入了增强挖矿过程公平性的标准：

• 矿工参与最近区块的情况
  • 为了在任期变更期间获得矿工选举资格，需要参与至少 10 个最近区块的挖矿选举过程，从而培养稳定的挖矿社区并阻止挑选链奖励。
• 过去投标中值法
  • 矿工被选中的概率取决于最近 10 个区块记录的所有 BTC 出价金额的中位数，从而防止矿工通过异常出价获得区块奖励。
• 绝对出价总额
  • 选择过程考虑投标的绝对总数，而不仅仅是可变的投标金额，以确保采矿选举在稳定的经济基础上进行。

这些措施旨在通过引入这些标准来缓解 MEV 问题，从而提高 Stacks 区块链挖矿过程的透明度和可信度。

4.3. 中本聪发布计划

继 2022 年底发布 sBTC 和 Nakamoto Release 白皮书之后，Stacks 基金会及其开发团队花费了大量时间为 Nakamoto Release 做准备。如图所示，到 2024 年 2 月，Nakamoto Release 的功能已完成并集成到测试网中（ Nakamoto Milestone 0.3 下名为 Argon ）。从那时起，Nakamoto Release 更新的推出一直在积极推进。

Nakamoto 发布包含两个阶段，每个阶段都涉及一次硬分叉。这两个阶段分别称为实例化和激活，代表了一项计划，该计划旨在通过允许在完全激活功能之前进行最后的调整来修复错误，从而最大限度地减少链环境的中断。

4.3.1. 原发布计划

• 第一阶段：实例化
  • 虽然 Nakamoto 版本的大部分代码（包括升级的转移证明机制 pox-4）都已应用，但功能尚未激活。
  • 签名者和合作伙伴至少有两个质押周期来注册 pox-4 合约。在此期间，将对已注册的签名者进行监控，以确保他们在进入激活阶段之前正确验证区块。
• 第 2 阶段：激活
  • 此阶段涉及通过应用 Nakamoto 发布更新和激活 Nakamoto 规则来激活基于签名者的系统、快速区块和比特币最终性。
  • “中本聪规则”是指区分中本聪发布前后的整体逻辑。

4.3.2. 计划调整后的新一轮发射计划

第一阶段升级 Instantiation 于 4 月 22 日启动，假设没有发现重大 Bug，Instantiation 顺利结束，第二阶段升级原计划于 5 月中旬启动。但随着第一阶段的推进，发现了与 Signer Resiliency/Recovery 系统相关的改进，Stacks 基金会于 5 月 1 日宣布对原计划进行修订，主要内容如下：

• 最初的 Nakamoto 发布计划仅包括一个基本的签名者恢复系统来开始激活阶段。
• 在实例化期间签名者入职后，人们认识到需要一个高级签名者恢复系统。该系统的升级计划于 2024 年底（Nakamoto 版本激活后）完成。
• 在 Nakamoto 发布激活阶段之前还需要额外八周的开发时间，签名者恢复系统代码计划于 7 月 15 日完成，Nakamoto 发布激活计划于 8 月 28 日完成。
• 新的工作和时间表将提供一些关键好处，例如，提高矿工对签名超时和签名者不良响应的弹性，更好地处理签名者的响应能力和密钥丢失情况，改进矿工生产和处理任期延长的方式，以及网络反熵和闪存块处理。

修改后的计划涉及为期八周的代码开发期，于 7 月 15 日结束，中本聪版本的激活阶段最初计划于 5 月中旬进行，现在大约在三个月后的 8 月 28 日开始。幸运的是，原计划在第三季度进行的 sBTC 升级仍将在激活阶段开始四周后按计划进行。

5. sBTC：Stacks L2 过渡的最后一块拼图

预计 5 月份将全面启动 Nakamoto Release，这对于 Stacks 链性能的显著提升以及实现 Stacks 区块的比特币最终性至关重要。然而，要真正发挥比特币网络 L2 的作用，仅靠 Nakamoto Release 是不够的。

在 Nakamoto 发布后，Stacks 将类似于一个主权汇总环境。然而，要真正发挥比特币智能合约平台和 L2 的作用，必须能够直接在链上集成和利用比特币的原生资产 BTC。Stacks 创始人 Muneeb Ali 强调了在不改变比特币 L1 的情况下将 BTC 移入和移出各个层的难度，并建议将挂钩机制应用于 BTC（即 sBTC）的去中心化和开放的签名者群体将是最接近无信任桥梁的方法。

sBTC 基于两个主要特点在比特币网络和 Stacks 链之间连接 BTC 资产：

• 1：1 可兑换性：只要 Stacks 链可运行，sBTC 和 BTC 始终可以以 1：1 的比例进行兑换。
• 开放会员资格：任何人都可以参与 sBTC 协议，并且没有任何中心化实体控制 BTC 的保管。

与现有的 Stacks 链 BTC 相关资产（如 xBTC 或 aBTC）不同，这些资产在桥接过程中需要集中管理或多重签名，而 sBTC 利用转移证明机制的堆叠者作为签名者组来促进近乎无需信任的 BTC 桥接。

sBTC 更新和实施计划于 2024 年第三季度进行。Nakamoto 发布和 sBTC 更新是 Stacks 实现其雄心勃勃的目标（即转变为完整的比特币网络智能合约平台）的关键里程碑。强烈建议关注 Stacks 链的进展，因为它旨在成为真正的比特币 L2 和利用休眠 BTC 的智能合约平台。

<参考文献>

• 堆栈文档
• Stacks：智能合约的比特币层
• sBTC：比特币无需信任的双向挂钩设计
• Jeff Benson 和 Daniel Roberts， 《比特币 DeFi？Stacks 创始人 Muneeb Ali 表示，这是一件大事》 ，Decrypt
• Katelyn Peters， Blockstack（Stacks）：它是什么，它如何工作，常见问题解答，Investopedia
• muneeb.btc 推文
• 轻推文
• Stacks， Nakamoto 发布交易的展示平台
• Stacks， Nakamoto 升级后 Stacks 的下一步是什么
• 斯巴达集团， 《比特币层：无信任金融时代的脉络》
• Mitchell Cuevas、 Nakamoto 激活：预计额外开发时间 8 周、Stacks Foundation