Arch 在尊重比特幣確立的主權原則的同時，通過圖靈完備的可編程性增強了BTC的原生層功能，解鎖了BTC第 1 層的可編程性。
關於BTC無法運行智能合約的原因有很多討論，主要有以下三個原因：
- 有限的腳本語言：比特幣腳本的功能被刻意限制，以確保安全性和簡單性。它缺乏以太坊等平臺使用的語言中的圖靈完備性，限制了比特幣智能合約可以執行的邏輯和條件類型。
- 數據和狀態存儲：比特幣的區塊鏈針對存儲交易數據進行了優化，而不是存儲複雜智能合約所需的狀態信息。比特幣的設計缺乏狀態性，這使得實現根據不同條件進行交互和更新的動態智能合約變得具有挑戰性。
- 執行環境：比特幣缺乏能夠運行復雜智能合約的原生執行環境。支持高級 dApp 的平臺（如以太坊）擁有虛擬機 (EVM)，可為執行智能合約提供受控環境。比特幣的架構不包含用於處理複雜去中心化應用程序的類似組件。
到目前為止， BTC生態系統已經有幾種第 2 層解決方案試圖解決這些基礎缺陷，但這些解決方案通常強迫用戶（接收者）將其資產橋接至信任環境，通常是多重簽名賬戶，這違背了比特幣的第一條規則：“不是你的鑰匙，就不是你的比特幣”。
Arch 如何實現BTC第 1 層的可編程性？
Arch 的結構由兩層組成，旨在增強比特幣的功能，由 ZKVM 和去中心化驗證網絡組成。這兩部分共同構成了比特幣上的無需信任的執行層。這種整合不僅保留了比特幣的安全性和流動性，還顯著增強了其功能，允許在比特幣上實現快速、安全且完全可驗證的智能合約。
核心思想是通過在交易中存儲額外數據來實現的。數據可用性的提高為在區塊鏈上直接嵌入狀態信息和元數據開闢了新的可能性，這對於需要可訪問和可驗證狀態數據的智能合約等應用程序至關重要。
什麼是“狀態鏈”？UTXO 將狀態保留在智能合約地址內，將其與執行分離以提高效率和安全性。狀態與執行的分離允許更具表現力的智能合約，從而促進靈活的開發環境。
該協議實施了證明者-驗證者模型，其中序列化的智能合約交易在池中等待執行。證明者檢索並執行交易，生成驗證者使用的收據，驗證者使用類似於權益證明模型的Threshold簽名機制來驗證這些收據。
Arch 中的事務流程：
- 步驟 1：比特幣交易調用智能合約，包括執行所需的基本信息，例如最新狀態、部分簽名的比特幣交易 (PSBT) 和智能合約輸入。Arch Indexer 持續監控新的比特幣區塊，檢查其中的每筆交易是否進行此調用。
- 步驟 2：檢測到交易後，Arch 解析詳細信息並繼續執行智能合約。隨後，智能合約生成結果狀態和未簽名的交易，反映執行過程中的資產轉移，以及驗證智能合約執行的證據。
- 步驟 3：所有信息都傳輸到驗證網絡，尤其是傳輸到領導節點。在每個 Arch 時期，都會根據權益隨機選擇一個領導者。領導節點將收到的信息傳播給網絡中的所有其他節點。
- 步驟 4：每個節點驗證證明並將狀態更改合併到交易中，然後對交易進行背書。領導者從這些節點收集簽名，直到達到預定義的Threshold。步驟 5：一旦交易被足夠數量的節點簽名，它就可以在比特幣網絡上廣播。
總而言之，Arch 解決了BTC第 1 層如何可編程的兩個核心問題：
首先，如何在比特幣第 1 層上生成沒有私鑰的簽名？（例如，以太坊的解決方案涉及受信任合約支持的資產轉移）。Arch 使用Threshold簽名方案 (TSS)，允許驗證網絡共享密鑰並代表用戶簽署交易。
第二，Indexer 的實際作用，它的作用類似於一個計算模塊，索引完成計算之後，誰來撮合整個交易？一旦用戶簽署了比特幣交易，它也是一個智能合約調用交易。比特幣交易包括 Arch VM 捕獲的所有信息，將數據輸入和智能合約調用信息傳遞給 zkvm 進行處理，生成輸出（結果狀態、未簽名的交易和有效性證明）。
這一過程實現了 Layer 1 上的可編程性，同時 Arch 還實現了智能合約調用其他智能合約的機制，在被調用的智能合約完成處理之前暫停執行，從而實現不同智能合約之間的無縫交互和協調。
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