CKB Stablecoin Payment 的實現

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深潮TechFlow
11-01
CKB 是 Nervos Network 的 Layer 1區塊鏈，其主要功能可以總結為共識與執行以及數據可用性。

作者：Jimmie，10K Ventures

1. 概述

  • CKB stablecoin payment是一種基於 CKB 網絡的去中心化穩定幣支付解決方案，允許用戶通過 CKB 和比特幣的聯合網絡，利用如 RGB++ 和 Fiber Network 等 Layer 2 擴展，生成並管理與美元掛鉤的穩定幣 RUSD，實現快速、低成本、安全的跨鏈穩定幣支付。

2. 核心組件介紹

2.1 CKB（Common Knowledge Base）

2.1.1 CKB是什麼

  • CKB是Nervos Network的Layer 1區塊鏈，其主要功能可以總結為 共識與執行（Consensus & Execution）以及 數據可用性（Data Availability），通過建立在其之上的支付通道、RGB++提升可擴展性

  • 它基於PoW共識機制，類似於BTC，並採用了升級版的BTC算法NC-MAX該算法通過加快交易確認時間和降低孤塊率，提升了網絡的效率和響應能力與BTC每10分鐘一個區塊的固定間隔不同，CKB會根據網絡活動動態調整區塊間隔（大約每四小時調整一次），從而優化性能

  • CKB採用了Eaglesong哈希函數，這是一個專門為Nervos Network 定製的哈希函數，作為SHA-256的替代，它提供了相同的安全性

  • CKB採用了Cell模型作為其數據結構的核心，是BTC的UTXO記賬模型的改進版本

    • 通過雙腳本系統，允許更靈活的數據存儲和驗證，支持資產發行和智能合約執行

    • 提供數據存儲和狀態管理功能，確保所有鏈上資產和數據的長期可用性

2.1.2 Cell 模型

  • Cell模型&特點：

    • Cell 模型類似於BTC的 UTXO 模型，但通過引入雙腳本實現了智能合約腳本的鏈上數據存儲和驗證

    • 存儲任意類型的數據或資產：在BTC的 UTXO 模型中，每個交易輸出只能包含簡單的金額信息和所有權；而CKB的每個 Cell都可以存儲智能合約代碼），並在交易中通過外部調用觸發這些腳本執行，這意味著每個Cell都能夠獨立執行與其相關的智能合約邏輯，具有可編程性

    • 狀態與計算分離：因為 Cell 存儲了智能合約的代碼和狀態，允許每個 Cell 獨立執行合約邏輯複雜的計算任務可以在 Layer 2 或鏈下執行，執行結果則通過交易同步回 Layer 1，確保網絡的安全性和數據的一致性

    • 並行執行&打包交易：通過Cell模型，不同Cell中的智能合約可以實現並行執行，而同時，不同Cell的交易結果可以打包更新上鍊，這種方式是特計算更加高效並且降低交易費用

  • Cell模型的工作原理：

  • Live Cell指的是當前仍然未被花費的 Cell，仍然可以用作輸入進行下一筆交易或狀態更新

  • 當一個 Cell 被花費後，它就成為 Dead Cell，不能再被使用，但其歷史記錄保留在鏈上以確保可追溯性

  • Lock 腳本：用於身份驗證，類似於BTC的簽名機制，防止未授權用戶訪問或修改 Cell 中的數據用戶必須提供正確的簽名或多重簽名才能解鎖並使用 Cell

  • Type 腳本：定義了 Cell 的數據驗證邏輯，用於設定在未來交易中如何使用或更改 Cell 的規則，通過執行智能合約或規則驗證來決定交易或狀態的合法性

  • Cell 是由輸入和輸出組成的：類似於BTC的 UTXO 模型，Cell 通過輸入和輸出來執行交易和狀態更新每個 Cell 可以作為交易的輸入被花費，並生成新的輸出，創建新的 Cell

  • Cell的組成元素：每一個Cell 包含Capacity，Updated Data，Lock Scripti，Type Script

  • Capacity（容量）：Capacity 記錄了 Cell 儲存空間的大小，也代表了 CKByte 代幣的存儲價值用戶創建的 Cell 需要根據數據量分配一定的 Capacity，確保鏈上存儲空間得到有效利用

  • Data（數據）：它是 Cell 模型的核心特性之一，可以存儲從簡單數字到複雜智能合約狀態的任意信息，允許在區塊鏈上存儲多樣化的數據

  • 雙腳本系統：

  • Live Cell & Dead Cell：

  • 狀態租賃機制：用戶需要通過支付CKByte代幣來租賃鏈上的存儲空間，從而保障長期的數據存儲，同時防止狀態爆炸（State Bloat）

  • 資料來源：

2.1.3 可編程性 & CKB-VM

  • Cell 模型 是 CKB 可編程性的基礎：支持在每個 Cell 中存儲智能合約的狀態和執行腳本，使合約的執行和資產的管理緊密結合

  • 通過圖靈完備的 RISC-V 虛擬機（CKB-VM），開發者可以在鏈上執行自定義的智能合約。RISC-V 指令集的靈活性賦予開發者更多編寫合約的自由，使 CKB 能夠支持複雜的合約邏輯

  • CKB-VM支持多種語言：包括 C 和 Rust 等流行語言。這種廣泛的兼容性使 CKB-VM 有別於通常僅限於特定語言的其他區塊鏈的虛擬機，向更廣泛的開發者社區開放。CKB 網絡還支持 JavaScript、Rust、Go 和 Java 等主流語言的 SDK，方便開發者使用熟悉的工具進行開發

  • 兼容性與擴展性：CKB-VM 的設計確保了與BTC的 UTXO 模型和其他區塊鏈兼容，同時支持高度擴展的智能合約和複雜應用

  • 資料來源：

2.1.4 PoW共識機制

  • CKB採用類似於BTC的PoW共識機制，保障網絡的安全性和去中心化，與BTC類似，礦工通過競爭計算哈希值來打包區塊，從而保障網絡的不可篡改性和抗審查性

  • NC-MAX 算法：相比BTC，CKB 引入了改進的 NC-MAX算法。這個改進允許更高的吞吐量並優化了區塊打包效率，降低了孤塊率，並提升了交易確認速度，使其適合大規模的應用場景，如資產存儲和支付結算。

  • Eaglesong 哈希函數：Eaglesong 哈希函數的定製設計通過 ASIC 中立性、高效性、安全性和 網絡公平性，為 Nervos CKB 網絡提供了性能和安全方面的優勢，確保去中心化的同時，提升了挖礦效率和網絡擴展性

  • 資料來源：

    • https://docs.nervos.org/docs/tech-explanation/consensus#nc-max-consensus-algorithm

2.1.5 多層次安全架構

  • CKB採用了多層次的安全架構:Layer 1專注於數據的最終結算和狀態的安全保存，Layer 2則用於擴展交易處理能力

  • 分離的架構確保了主鏈（Layer 1）的安全性: 減少了處理交易時的負載，提高了整體網絡的穩定性

2.1.6 與BTC的聯繫及正統性

  • UTXO模型的跨鏈互操作性：

    • CKB 的 Cell 模型 是BTC UTXO 模型的擴展，這種相似性使得BTC UTXO 模型上的資產可以通過 Force Bridge 等跨鏈橋接工具在 CKB 上進行跨鏈操作。BTC用戶能夠將其資產映射到 CKB 網絡，藉助 CKB 網絡的靈活性進行存儲、智能合約操作和去中心化金融（DeFi）應用

    • 由於 Cell 與BTC UTXO 在結構上相似，且 CKB 可以兼容BTC簽名算法，用戶可以用BTC錢包操縱CKB鏈上資產，對於其他UTXO公鏈同理

  • 正統性：CKB通過採用NC-Max（Nakamoto Consensus Max）與BTC保持理念上的一致性，NC-Max 是中本聰共識的改進版本，提供了更好的安全性和性能

  • 社區支持：Nervos社區由眾多區塊鏈技術愛好者、開發者和礦工組成，並得到了部分BTC社區的支持正統性在於它繼承了BTC的去中心化思想，並通過擴展功能滿足了更廣泛的需求

  • 資料：

    • https://medium.com/@NervosCN/%E7%A7%91%E6%99%AE-%E4%BB%80%E4%B9%88%E6%98%AF%E4%B8%AD%E6%9C%AC%E8%81%AA%E5%85%B1%E8%AF%86-92ffe0886104

2.1.7 CKB在穩定幣支付中的角色

  • 存儲與管理穩定幣餘額：CKB 的 Cell 模型是穩定幣存儲的基礎，用戶的 RUSD 等穩定幣餘額存儲在鏈上的 Cell 中。每個 Cell 包含完整的餘額信息，確保了資產的安全性和可追蹤性。

  • 記錄交易狀態：CKB 支持在鏈上記錄交易的每一個狀態變化，所有的支付流程都可以通過 Cell 模型透明化地記錄並追蹤。這種機制在穩定幣支付中至關重要，確保了交易的安全性和可驗證性。

  • 智能合約的執行：穩定幣支付過程中的條件支付、鎖定等複雜操作都可以通過 CKB-VM支持的智能合約實現。

2.2 RGB++

2.2.1 RGB++是什麼

2.2.2 基本功能

  • 通過RGB++，將CKB 作為BTC的影子鏈（Shadow Chain）：作為BTC的補充鏈，承擔BTC原生無法處理的包括在圖靈機中的複雜邏輯和智能合約操作

  • 與BTC網絡交互

    • 交易發生：在BTC網絡中，用戶通過常規的 UTXO 模型完成交易，而涉及智能合約執行的部分則通過 RGB++ 將合約狀態和數據綁定到 CKB 上

    • 驗證邏輯：在BTC網絡上進行的交易記錄將通過RGB++與 CKB 上存儲的合約狀態同步，通過特定的驗證邏輯來確保交易的合法性，每當網絡發生交易，RGB++ 會觸發 CKB 上的合約執行，通過鏈上合約邏輯檢查交易是否符合預定的規則，例如餘額是否充足、簽名是否有效、合約條件是否滿足等

  • RGB++ 使用客戶端驗證（Client-Side Validation）的模式來確保鏈下數據的私密性和完整性，只有在鏈下驗證通過時才會將數據提交至 CKB 進行最終結算

  • 資產發行與管理：RGB++ 允許用戶通過鏈下協議發行資產（如穩定幣、代幣等），並使用 CKB 來管理這些資產的生命週期（不僅包括資產的發行和流通，還包括更復雜的操作，如時間鎖、條件支付等功能）

  • RGB++ 實現了BTC的高安全性與 CKB 的可編程性結合

2.2.3 同構綁定（Isomorphic Binding）

  • 資產&狀態跨鏈同步：同構綁定是指在BTC和 CKB（或其他 UTXO 公鏈，如 Cardano）之間，將資產和狀態通過一種綁定機制保持同步。每當BTC鏈上發生資產交易時，RGB++ 會在 CKB 上映射出與之對應的合約狀態或資產變動

  • 擴展UTXO：在同構綁定中，BTC鏈上的每個 UTXO會在 CKB 上有對應的 Cell（UTXO 容器），並記錄與之對應的資產狀態和智能合約條件

  • 資產綁定：當用戶在BTC鏈上持有某種 RGB++ 資產時，CKB 上的 Cell會存儲相應的資產狀態，兩條鏈之間通過同構綁定確保這些資產信息的一致性

  • 交易的同步：當RGB++代幣交易發生時，同構綁定機制會在BTC網絡生成Commitment，在CKB鏈上，對應的Cell會被消耗，而新的Cells會生成用來分配資產

  • 同構綁定的優點 - 賦能BTCFi

    • 智能合約支持：BTC無法原生支持圖靈完備的智能合約，而通過同構綁定，CKB 可以作為智能合約的執行層，管理BTC資產的複雜交易條件，如時間鎖、條件支付等

    • 資產管理的靈活性：同構綁定允許在 CKB 上管理BTC網絡中流通的資產，用戶可以通過 CKB 的靈活編程能力執行復雜的金融操作，而無需改變BTC的底層協議

2.2.4 Leap

  • RGB++ Layer 升級提出: 將CKB與BTC之間的綁定關係擴展到所有UTXO鏈，通過“換綁”實現資產跨鏈

  • BTC與其他UTXO鏈之間的無橋跨鏈：它的核心目的是讓BTC鏈上的RGB++資產能夠無縫轉移到其他UTXO鏈上，它通過切換資產綁定的 UTXO，支持在多個區塊鏈上管理和轉移資產

  • 無橋技術：Leap 通過同構綁定（Isomorphic Binding）技術，以及切換不同鏈上的 UTXO，而不依賴傳統的 Lock-Mint 跨鏈橋，實現資產的跨鏈轉移

  • 操作流程：例. 用戶可以通過 Cardano 鏈來控制原本在BTC鏈上的 RGB++ 資產，並在 Cardano 鏈上進行資產的拆分和轉移

    • 發佈 Commitment：首先，用戶需要在BTC鏈上發佈一個 Commitment，聲明要將 BTC UTXO 綁定的資產解除綁定

    • Cardano 鏈綁定：接下來，在 Cardano 鏈上發佈一個新的 Commitment，將該 RGB++ 資產與 Cardano 的 eUTXO 綁定

    • 修改鎖定腳本：然後，修改 RGB++ 資產在 CKB 鏈上的鎖定腳本，將解鎖條件從BTC UTXO 切換為 Cardano 鏈上的 eUTXO。這一步允許資產持有人通過 Cardano 鏈控制原本在BTC鏈上的資產

  • CKB在Leap中的作用：

    • CKB 扮演了類似 索引器和 數據可用性（DA）層的角色。所有的 RGB++ 資產數據仍然存儲在 CKB 鏈上，CKB 作為第三方見證人來處理 Leap 請求，並確保跨鏈資產的安全性

    • CKB提供了安全性和可信度：相比傳統跨鏈橋中常見的多籤或 MPC（多方計算）機制，CKB 的安全性和去中心化屬性更為可靠

2.2.5 RGB++在穩定幣支付中的角色

  • 穩定幣的發行和流通：通過RGB++ 在BTC鏈上發行穩定幣，藉助 CKB 實現資產的智能管理。

  • 跨鏈資產管理：通過 RGB++ Layer和 CKB 的結合，確保穩定幣支付在不同UTXO鏈上無縫操作

  • 智能合約支持：為穩定幣支付提供複雜的支付條件、時間鎖等功能，提升支付的靈活性和安全性

  • 橋樑作用：RGB++ Layer 充當BTC（以及其他 UTXO 鏈）和 CKB 之間的橋樑，擴展了BTC的可編程性和資產管理能力，使BTC的穩定幣支付功能更加多樣化和靈活。

2.3 Fiber Network

2.3.1 Fiber Network簡介

  • Fiber Network 是 CKB 上類似於BTC閃電網絡的 Layer 2 擴展方案：它專門為提升 CKB 的鏈下支付能力設計，允許用戶在鏈下進行快速、低成本地支付。通過支付通道實現鏈下交易，減少主鏈的壓力，提升交易速度

  • 鏈下支付的特點：Fiber Network 通過支付通道實現了鏈下的快速轉賬，降低了對 CKB 主鏈的依賴，並提升了交易的吞吐量

  • 現狀：截止2024年9月，根據mempool的數據，當前BTC閃電網絡中安置了3億多美元的資金，節點數量約為1.2萬個，彼此之間構建了近5萬條支付通道

  • 資料：

2.3.2 技術要點

  • 鏈下支付通道（Fiber Channels）：Fiber Network 通過創建支付通道，允許用戶在鏈下直接交換資產，直到通道關閉時才將最終狀態提交到 CKB 主鏈進行結算

  • 鏈上合約（HTLC）：

    • 類似於BTC閃電網絡，Fiber Network 現在也使用哈希時間鎖合約（HTLC）來保障鏈下交易的安全性；如果鏈下交易在約定時間內沒有被確認，可以通過 HTLC 自動退回資產

    • PTLC：Fiber Network 在HTLC的基礎上改良，避免整條支付路徑圖使用同一加密值，將使用PTLC來防止對交易關聯性的隱私洩漏

  • 多跳路由（Multi-Hop Routing）：

    • Fiber Network和BTC閃電網絡一樣，支持通過多個節點進行支付路徑的跳轉，基於Dijkstra算法來搜索支付路徑，從而降低路由費用並提高多跳路徑支付的成功率

  • 監控服務-瞭望塔（Watchtower Service）：

    • 用戶可以利用全天候監控服務來監控支付通道的狀態，防止惡意節點嘗試進行雙重支付或作弊行為（防止交易參與者把過期的Commit提交上鍊），該服務可以自動追蹤交易並報警

2.3.3 Fiber Network 與 BTC閃電網絡的不同

  • 多資產支持：

    • BTC 閃電網絡僅支持BTC的鏈下支付，未來可能通過 Taproot Asset 升級支持其他資產，但目前只能原生支持BTC；

    • Fiber Network 支持多種資產，包括 CKB、BTC、RGB++ 穩定幣等

  • 手續費和交易速度：

    • BTC 閃電網絡由於在BTC鏈上運行，打開和關閉通道時需要支付較高的BTC手續費，尤其當 BTC 交易費用上漲時，通道操作成本大幅增加；

    • Fiber Network由於依賴 CKB，擁有更高的 TPS 和更低的交易費用，這使得打開和關閉通道的操作成本更低，提供了更好的用戶體驗

  • 跨鏈互操作性：

    • BTC閃電網絡主要用於BTC網絡內的支付，尚不支持其他 UTXO 鏈的跨鏈支付

    • Fiber Network 支持多種資產的流通包括：BTC 原生資產（包括銘文、符文等）、CKB 、RGB++ 原生資產（包括RUSD等）

    • 跨鏈資產鏈下支付：藉助 RGB++ Layer，所有 UTXO 鏈的資產，都可以進入閃電網絡

    • Fiber Network 與BTC閃電網絡可以互聯：實現跨鏈支付（只能Fiber Network發出，BTC閃電網絡接收），用戶可以通過 Fiber Network 使用 CKB 或 RGB++ 資產購買 BTC閃電網絡上的資產，並確保跨鏈交易的原子性（不會出現部分資產成功/失敗跨鏈的情況）

2.3.4 Fiber Network在穩定幣支付中的角色

  • Fiber Network 用於支持鏈下的穩定幣轉賬，確保支付的即時性和低成本

  • Fiber Network通過創建鏈下支付通道，讓用戶能夠在鏈下進行高頻交易，減少對主鏈的壓力

  • Fiber Network 支持跨鏈原子支付，使得穩定幣支付可以安全地跨越多個鏈

2.4 Stable++

2.4.1 Stable++簡介

  • 一個CKB生態的去中心化的超額抵押穩定幣協議，允許用戶通過抵押BTC或CKB來鑄造與美元掛鉤的RUSD

  • RUSD 理論上是第一個基於 RGB++ 協議直接在比特幣網絡上發行的穩定幣，利用 CKB 的能力提供更本地化和高效的解決方案（有疑問）

  • 手續費：用戶抵押BTC/CKB鑄造RUSD和歸還RUSD贖回BTC/CKB都需要收取手續費

  • RUSD質押：用戶可以通過借出的質押RUSD獲得治理代幣STB

  • 治理代幣STB

    • 用戶可以通過質押STB參與抵押物的清算獲得收益

    • 用戶可以通過質押STB參與手續費分成

  • 跨鏈互操作性：RUSD可以通過RGB++的同構綁定和Leap功能實現UTXO鏈賬戶之間的轉賬

  • 較低的最低質押比例（MCR）：得益於高效清算，降低了協議和穩定性提供者面臨潛在損失的風險，從而降低了對於抵押物價值的需求

  • 去中心化：Stable++ 是完全去中心化、獨立運行的協議，無需任何實體的控制或許可，用戶可自由、安全地與系統交互

  • 資料：

2.4.2 清算機制 - 雙重保險

  • 概述：清算機制是在抵押品價值下降至某個臨界點（最低質押比例*借出RUSD）時觸發的保護措施，確保生成的 RUSD 穩定幣始終有足夠的抵押品支持，系統會自動清算那些抵押不足的用戶，以維持整體系統的穩定性

  • 穩定池（Stability Pool)：

    • 為解決發生大面積清算時效率低下的問題，Stable++使用穩定池來代替大多數借貸協議通用的拍賣方式進行清算，無需在市場上尋找清算人

    • 自動清算：穩定池需要LPs（用戶）預先存入RUSD來作為儲備，當清算發生時，穩定池中與壞賬等額的RUSD會被直接銷燬，於此同時抵押物會直接分配給LPs

    • 通過穩定池自動清算的能力，用直接分配超額抵押物來代替傳統拍賣，提升了穩定幣在出現大面積清算是的運行效率和穩定性

  • 重分配

    • 概述：當穩定池沒有足夠的儲備來完成壞賬清算時，壞賬與抵押物將通過充分配機制在借款人之間分配

    • 債務重分配：當清算池無法覆蓋全部壞賬時，剩餘的債務會在所有借款人之間按比例重分配

    • 抵押物分配：所有借款人共同消化壞賬的同時，也會獲得按比例分配超額抵押無作為獎勵

    • 通過讓所有借款人共同承擔壞賬，這個機制確保了系統中沒有未覆蓋的債務，避免了系統性風險的積累

2.4.3 Stable++在穩定幣支付中的角色

  • Stable++協議生成穩定幣RUSD，作為支付中使用的主要穩定幣

  • Stable++通過創新的清算機制，改進了傳統的超額抵押方式，保證了RUSD價格的穩定性

  • Stable++藉助RBG++的同構綁定和Leap能力，使RUSD成為第一個真正能夠在任何支持 UTXO 的鏈上自由流通的穩定幣，進一步拓寬了穩定幣的流通性

2.5 JoyID

2.5.1 JoyID是什麼

2.5.2 主要功能

  • 無需密碼和助記詞：通過生物識別即可訪問錢包，實現無私鑰登陸

  • 支持BTC和Fiber Network：用戶可以更快、更高效地交易，並且可以幫助拓展CKB地應用場景

  • 多鏈支持：不僅支持 BTC 和 Nervos CKB，JoyID 也支持 ETH 和一系列 EVM 鏈

  • 通過Passkey獲得額外安全性：Passkey通過與硬件設備相關聯的secp256r1 簽名生成區塊鏈交易所需的secp256k1 簽名，因為secp256r1簽名不會在交易中暴露只會通過生物信息生成，所以給錢包增加了額外的安全性

  • 安全和易用的結合

    • 安全性：硬錢包 > Passkey錢包 > 軟件非託管錢包 > 託管錢包

    • 易用性：Passkey錢包 > 託管錢包 > 軟件非託管錢包 > 硬錢包

2.5.3 JoyID在穩定幣支付中的角色

  • JoyID作為用戶接口，允許用戶在CKB網絡中進行穩定幣支付，管理他們的RUSD資產和支付通道

  • JoyID通過其優秀的能力組合（安全性，易用性，多練支持），可以進一步賦能基於CKB的穩定幣支付與其他交易

3. 支付鏈路

  • 支付發起與接受：用戶可以通過JoyID錢包開設支付通道，進行穩定幣支付

  • 穩定幣發行：RGB++ 和 Stable++ 協同工作，Stable++ 通過超額抵押 BTC 或 CKB 生成 RUSD，然後通過RGB++在鏈上發行

  • 跨鏈交易&流通：RGB++ 通過同構綁定和Leap，將 BTC 鏈（以及其他UTXO鏈）和 CKB 鏈無縫連接，允許 RUSD 以及其他資產在多個 UTXO 鏈上進行跨鏈操作，擴展了資產流通範圍 ，並保證數據同步

  • 交易記錄與結算：Fiber Network 與 CKB 的結合，支持了鏈下支付的快速處理，並且CKB 作為L1鏈保障了交易的最終結算，確保所有交易狀態和資產的安全性

  • 複雜交易的基礎：CKB 的虛擬機和 Cell 模型提供智能合約的執行環境，支持複雜的支付條件和自定義合約邏輯，同時也保證了Stable++協議的去中心化

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