摘要：二层解决方案则在比特币主链之上构建，提供额外的功能和改进，比如提高交易速度和降低交易成本。最后，图灵完备性解决方案为比特币引入智能合约功能，使其能够支持更复杂的应用，开拓比特币用例的新领域。这三大类别共同构成了一个多元化、不断发展的比特币生态系统。...
一、引言
在探索比特币的生态系统时，我们可以将其项目分为三大类别：主网扩展协议、二层解决方案和图灵完备性解决方案。主网扩展协议直接在比特币的主链上实施，扩展其功能。二层解决方案则在比特币主链之上构建，提供额外的功能和改进，比如提高交易速度和降低交易成本。最后，图灵完备性解决方案为比特币引入智能合约功能，使其能够支持更复杂的应用，开拓比特币用例的新领域。这三大类别共同构成了一个多元化、不断发展的比特币生态系统。本文将围绕这三大类别，提供一个全面的解析。
二、比特币主链扩展协议
（一）Ordinals
（1）简介
Ordinals 协议由开发者 Casey Rodarmor 于 2022 年 6 月在其 Github 中发布。ordinals 协议利用比特币区块链的特性，允许对每个 Satoshi（比特币的最小单位）进行独特标记和跟踪。Ordinals 的核心理念是通过称为"inscription"的过程，将文本、图像和视频等元数据附加到单个 Satoshi 上，从而创造出独一无二的数字资产。用户可通过开源项目 ord（https://github.com/ordinals/ord），实现链上数据存储。
（2）发展历史
2020 年 1 月：比特币核心开发者 Pieter Wuille 发布了 BIP 341 和 BIP 342 比特币改进提案为今天的比特币生态带来了可能性。
2022 年 6 月：Casey Rodarmor 对 BIP 342 中的 Tapscript 做了技术延伸与扩展，并且提出了比特币“Ordinals（序数）”和“inscription（铭）”技术概念，实现了为每个聪分配唯一编号并添加注释来实现扩展的功能。
2023 年 3 月：Domodata 进行 BRC-20 实验，通过 Ordinals 协议和 inscriptions 功能，向比特币链上存储 json 数据，证明链下代币余额状态，变相的实现了向比特币生态发布代币的功能。
2023 年 12 月 9 日：国家漏洞数据库将 Ordinals 铭文功能正式编号为 CVE-2023-50428
（3）核心技术
Ordinals 协议本质上是基于比特币的 Taproot 升级和隔离见证（SegWit）技术，通过操作码将任意数据存储在隔离见证当中，从而实现了链上存储的功能。目前国家漏洞数据库正式将 Ordinals 的“inscriptions”功能，编号为CVE-2023-50428 。
Taproot 升级的主要目的是提高比特币的隐私性和扩展性，而不是用于向区块链写入数据。Taproot 升级后，可以在创建见证脚本时，使用“OP_FALSE”，“OP_IF”等操作码将任意数据当作签名数据嵌入在脚本中。当进行交易时，签名数据将从交易主体中分离，通过操作码带入的任意数据将存储在见证数据（Witness data）当中。
Ordinals 通过上述方法绕过了数据载体大小限制，在任何比特区块的见证数据（Witness data）部分存储上限为 4 MB 的数据，变相实现了铸造 NFT 的功能。
（4）应用案例
2023 年 3 月，Domodata 基于 ordinals 协议开发了 BRC-20 铭文标准，利用 Satoshis(聪)来存储和管理代币的各种信息，如代币名称、符号、总量等，将这些信息以 JSON 格式编码后写入 Satoshis(聪)中，组成了一个一个的铭文(inscriptions)。最后通过汇总所有铭文(inscriptions)的交易活动，便可以找到 BRC-20 数字资产的余额状态，从而实现了数字资产的部署、铸造和转账功能。
基于 Ordinals 协议和 brc 20 标准铸造的数字资产，市值前三的有“SATS”，“ORDI”和“MUBI”，其市场表现情况如下图：
（5）优点和缺点
Ordinals 协议为比特币生态系统既带来了积极影响，也引发了一些担忧。积极的影响主要体现在市场热度和矿工收入方面。
优点
吸引用户：Ordinals 协议和 BRC-20 标准的组合，可以使得用户在比特币网络中铸造数字资产，例如“ordi”的价格暴涨，吸引了大量的用户以及开发者参与到比特币生态当中。同时， 2023 年 11 月，比特币链上交易数量环比 (MoM) 增长 62% ，这主要是由于 Ordinals 和 BRC-20 。
矿工收入：比特币矿工收入来自区块奖励和交易费用，由于 Ordinals 和 BRC-20 的市场热度影响，比特币每笔平均交易费用从今年 5 月初就出现大幅增长， 3 月粉手续费仅为 0.19 BTC， 5 月份便达到 4.85 BTC。
缺点
链上数据：通过 Ordinals 协议存储的数据是额外的非财务数据，这些数据将永远包含在区块链中。那些希望运行全节点的人将需要花费更多的硬盘空间。随着时间的推移，运行比特币全节点的要求将不断升高，从而导致验证链的全节点更加集中。
交易费用：Ordinals 的出现会导致节点运营商运行全节点的成本增加，提高交易费用，增加链的负担，并可能对那些想要进行链上交易的用户产生负面影响
（二）Atomicals
（1）简介
Atomicals 协议由 Arthur 开发，在 2023 年 9 月发布。Atomicals 的使命是“永久归还个人数字主权的控制权，并巩固比特币作为工作量证明灯塔的地位。”
Atomicals 协议基于 BTC 的 UTXO 进行铸造和传播， 1 token = 1 sat。Atomicals 协议内部集成了 ARC-20 铸币标准，可用通过其开源工具 atomicals-js（https://github.com/atomicals/atomicals-js）实现铸币功能，无需借助第三方工具及铸币标准（例如 BRC-20 标准）实现资产铸造功能。
同时，Atomicals 是一个基于工作量证明的的资产铸造协议，需要通过电脑 CPU 挖矿，才能获得数字资产。相比 Ordinals+BRC-20 利用 gas 的资产铸造方式要更有技术门槛，且不会为比特币网络带来额外的负担。
（2）发展历史
2022 年 6 月-2023 年 3 月：Ordinals 协议+BRC-20 标准为比特币生态带来了新的活力。
2023 年 9 月：Arthur 曾在 Ordinals 上开发域名 DID 相关的项目，发现 Ordinals 存在局限性，后重新系统性开发了 Atomicals 协议。
2023 年 9 月 21 日：基于 Atomicals 协议的第一个代币“ATOM”发布，在 5 小时内被挖完。
2024 年 12 月 13 日：Atomicals 协议作者“Arthur”接受采访，分享 Atomicals 协议的近期动态。称“Atomicals Protocol 最初是为Realm 系统（用于关联网络地址和资源信息）构建的，该项目旨在彻底改变在线身份和命名问题。”
2024 年 12 月 14 日：Atomicals 协议生态主流 ARC-20 代币出现普涨行情，“ATOM”的价格曾突破 13 美元，创下了历史新高。
（3）核心技术
Atomicals 协议基于 Taproot 升级，通过在 UTXO 中刻入 json 数据，实现了数字资产的铸造。在比特币的每个 UTXO 中，可以嵌入代表特定资产的信息，如代币的数量、类型等。
1 Satoshi = 1 Token
Atomicals 协议与最初为 NFT 设计的 Ordinals 不同，它从底层重新思考了如何在比特币上更合理的铸造数字资产。它以比特币的最小单位 Satoshi 作为基本原子，每个 Satoshi 的 UTXO 代表着 Token 本身，形成了“ 1 Satoshi = 1 Token”的绑定关系，意味着每个代币的价值永远不会低于一个聪的价值。
交易验证
在 Atomicals 中，交易的验证只需在 BTC 链上查询对应 Satoshi 的 UTXO 即可。此外，ARC 20 Token 保持着与 BTC 本身相同的原子性，其转账计算完全依赖 BTC 的基础网络处理，从而降低了对第三方排序器的依赖，增强了系统的去中心化特性。
BTC 和 ARC 20 的交换
ARC-20 使用比特币网络中的 Satoshi 单位来表示每个代币，它们可以像普通比特币一样拆分和组合。ARC-20 代币可以由任何人铸造，并转移到任何比特币地址类型，并可与支持 UTXO 的钱包配合使用。由于 BTC 本质上也由 UTXO 组成，因此 BTC 与 ARC-20 的交换只需要调换 UTXO 的输入与输出即可实现。
工作量证明
Bitwork 挖矿是 Atomicals 协议中的一个概念，其本质上是引入了工作量证明机制，既通过 CPU/GPU 挖矿来开采代币。
（4）应用案例
Atomicals 协议于 2023 年 9 推出，ARC-20 和 REALM 还处于发展初期，还需要等待社区和开发者的完善。基于 Atomicals 协议铸造的数字资产，市值前三的有“ATOM”，“REALM”和“ELECTON”，其市场表现情况如下图：
（5）Atomocals 和 ordinals 的差异
（三）Runes 和 Pipe
（1）简介
Runes 协议和 Pipe 协议都是比特币网络的铸币协议，只不过前者是技术构想，而后者是对前者的技术实现。Runes 协议是由 Ordinals 开发者 Casey Rodarmor 提出一个技术想法，公布在了个人博客当中。而 Pipe 协议则是 BennyTheDev 基于 Casey Rodarmor 的技术想法编写的一个可用协议。
Pipe 的协议设计和 ARC 20 非常相似，同样是直接向 UTXO 中写入铸币数据（部署、铸造、转移），然后将转账直接交给比特币主网来处理。
（2）发展历史
2023 年 9 月 26 日：Ordinals 开发者 Casey Rodarmor 在 x 上公布了关于Runes 协议的博客文章。
2023 年 9 月 27 日：BennyTheDev 基于 Casey Rodarmor 的 Runes 和 Ordinals 以及 BRC-20 开发出Pipe 协议
2023 年 11 月 2 日：Casey Rodarmor 在一次 space 中表示，将暂停开发 Runes 协议，继续专注优化 Ordinals 协议。
（3）应用案例
Pipe 协议的作者 BennyTheDev，同时也是Trac System的创始人。Trac Systems 将 Pipe 协议列为其生态系统的重要组成部分。
（四）Taproot Assets
（1）简介
Taproot Assets 协议（前身 taro）由 Lightning Labs 在今年 10 月发布，Taproot Assets 协议支持在比特币和闪电网络上发行稳定币和其他资产。
Taproot Assets 协议将比特币主网当作 Token 注册表，仅在比特币主网的 UTXO 中写入代币信息，并不存储代币的转账、铸造等功能。Taproot Assets 协议发行的所有资产信息由“Taproot Assets universe”保存，它保存有关已发行的资产、数量和规则的信息，并保存有关最近转移的证据。
（2）发展历史
2023 年 10 月，比特币第二层基础设施开发商 Lightning Labs 在主网上发布了 Taproot Assets 协议，支持在比特币和闪电网络上发行稳定币和其他资产。
2022 年 11 月 15 日：Lightning Labs 发布 taro v 0.1.0 版本
2023 年 5 月 16 日：Lightning Labs 发布 Taproot Assets v 0.2.0 版本
2023 年 10 月 18 日：Lightning Labs 在官方 x 上宣布 Taproot Assets v 0.3.0 版本为第一个主网版本，通过此版本可以在以扩展的方式在链上发行数字资产。
（3）核心技术
Taproot Assets 是基于 Taproot 升级设计出的比特币链上协议。Taproot Assets 使用“Merkle Sum、稀疏默克尔树 (MS-SMT)”和“Taptweak”来承诺定义资产的创建和所有权的信息。Taproot Assets 依赖于 Taproot 来实现新的树结构，允许开发人员在现有输出中嵌入任意资产元数据。
在 Taproot Assets 框架下创建资产需要执行一次单独的链上根交易（Taproot transaction），在这一交易中，对于可以铸造的资产数量以及可以持有这些资产的账户数量没有限制。实现资产转移，需要重新组织默克尔树并发布一个新的链上交易。这一单独的链上交易可以反映无限量的内部 Taproot Assets 交易。
采用这种方法，资金被分配给账户持有者，而且在进行 Taproot Assets 交易时，所有资金的移动和分配都被记录在这个单一的链上交易中。通过这种方式，Taproot Assets 允许在比特币网络和闪电网络上上进行复杂的资产管理和交易。
（4）应用案例
目前 Taproot Assets 生态尚处于发展初期，成熟的项目较少。其中最著名项目为 Nostr Assets，Nostr Assets 现在一共创建了两种代币 Trick 和 Treat，并且向 ordi 持有者发放空投。
（5）优点和缺点
优点
交易成本低：Taproot Assets 与闪电网络集成，并不是完全依赖比特币主网运行，因此这些资产必须被存入闪电网络中才能进行交易，因此交易成本相比主网要低。
主网资源占用少：Taproot Assets 只在比特币主网的 UTXO 中存储代币的信息，并不存储代币转移等功能信息。
缺点
中心化：Taproot Assets 的代币依赖第三方存储索引器，离开了存储索引器这些代币将永远地丢失。因此，用户需要独立运行比特币全节点和 Taproot Assets 客户端，否则将完全依赖中心化的服务器交易 Taproot Assets 代币。
分发方式：用户不能直接在比特币主网中自助地铸造代币，而是需要项目方（一个地址）一次性铸造所有代币，然后再由项目方地址转入闪电网络进行分发。其中项目方本身也可以预留代币。
三、比特币二层解决方案
（一）Lightning Network
（1）简介
Lightning Network 是基于链外状态通道的比特币二层网络解决方案。它旨在解决比特币网络的可扩展性问题，允许进行更快速、更高效和更便宜的交易。
（2）历史
2015 年 2 月：Joseph Poon 和 Thaddeus Dryja 发布了闪电网络白皮书的草稿。
2017 年 5 月：Blockstream 的 Christian Decker 在非测试网络上进行了第一次完整、安全的闪电支付，以及莱特币上的第一次闪电支付，发送了在区块链上通常不可能或经济的微观支付，完全结算在几分之一秒。
2019 年 1 月：Twitter 用户 hodlonaut 对闪电网络进行类似游戏的促销测试，向受信任的收件人发送 100, 000 satoshis（0.001 比特币），每个收件人添加 10, 000 satoshis（当时为 0.34 美元）发送给下一个受信任的收件人。 “闪电火炬”的支付惠及知名人士，包括 Twitter 首席执行官 Jack Dorsey、莱特币创造者 Charlie Lee、Lightning Labs 首席执行官 Elizabeth Stark 和 Binance 首席执行官“CZ”赵长鹏等。在达到之前硬编码的 4, 390, 000 satoshis 限制之前，闪电火炬被传递了 292 次。闪电火炬的最后一笔款项于 2019 年 4 月 13 日作为捐赠 4, 290, 000 聪（当时为 217.78 美元）捐赠给委内瑞拉比特币的非营利组织，该非营利组织在委内瑞拉推广比特币。
2021 年 6 月：萨尔瓦多立法议会投票通过立法，使比特币在萨尔瓦多成为法定货币。该决定基于 El Zonte 的比特币海滩生态系统的成功，该生态系统使用了基于闪电网络的钱包。政府推出了一个使用闪电网络协议的钱包，同时让公民可以自由使用其他比特币闪电钱包。
（3）核心技术
Andreas Antonopoulos 将闪电网络称为第二层路由网络。支付通道允许参与者相互转移资金，而无需在区块链上公开他们的所有交易。这是通过惩罚不合作的参与者来完成的。打开通道时，参与者必须提交一个金额（在区块链上的资金交易中）。
如果我们假设比特币区块链上有一个庞大的通道网络，并且所有比特币用户都通过在比特币区块链上打开至少一个通道来参与这个图表，那么就有可能在这个网络内创建近乎无限量的交易。
（4）应用案例
Bitfinex 和 Kraken 等加密货币交易所使用它来实现存款和取款。Laszlo Hanyecz 因 2010 年为两个披萨支付 10, 000 比特币而在加密货币社区声名鹊起，他在 2018 年使用闪电网络又购买了两个披萨并支付了 0.00649 比特币。
（5）优点和缺点
优点
原子交换（Atomic Swap）：原子交换由 Tier Nolan 于 2013 年在 BitcoinTalk 论坛上首次引入。Nolan 通过使用跨不同类型区块链的简单加密货币交易概述了跨链加密货币交换的基本原则。
粒度（Granularity）：闪电网络的一些实现允许小于比特币基础层上的最小单位 satoshi 的支付。支付给闪电网络中间节点的路由费用通常以毫秒或 msat 计价。
隐私（Privacy）：个人闪电网络支付的细节不会公开记录在区块链上。闪电网络支付可以通过许多连续的通道进行路由，每个节点运营商都可以通过他们的通道看到支付，但如果不相邻，他们将无法看到这些资金的来源或目的地。
速度（Speed）：闪电网络交易的结算时间不到一分钟，可以以毫秒为单位。相比之下，比特币区块链的确认时间平均每十分钟发生一次。
交易吞吐量（Transaction throughput）：协议下每秒可以发生的支付量没有基本限制。交易量仅受每个节点的容量和速度限制。
缺点
通道关闭：闪电网络由两个节点之间的双向支付通道组成，结合起来创建智能合约。如果任何一方放弃通道，通道将关闭并在区块链上结算。
欺诈监控：由于闪电网络的争议机制的性质，要求所有用户不断地观察区块炼是否有欺诈行为，因此发展了“瞭望塔（Watchtower）”的概念，需要将信任外包给瞭望塔节点以监控欺诈行为。
（二）stacks
（1）简介
Stacks 是基于侧链的比特币二层网络解决方案，初始版本于 2021 年初发布。其目标为扩展比特币的功能，同时保持其核心特性，如去中心化和安全性。Stacks 本质上是在比特币链外构建了一条新链，拥有独立的治理结构和交易模式。和以太坊二层解决方案 Rollup 相比，Stacks 使用 PoX（Proof of Transfer）共识算法，并且交易验证者需要质押 STX 代币（挖 BTC），矿工则需要在 Bitcoin 主链上质押 BTC（挖 STX）。
（2）历史
2013 年：Muneeb Ali 和 Ryan Shea 在普林斯顿大学计算机科学系学习时创立了 Stacks 公司。
2017 年：Stacks 发布了 Blockstack 浏览器的公开 alpha 版本，已经获得了大量公众和投资者的支持，并在年底推出了价值 4740 万美元的代币发行。
2018 年：超过 360 个应用程序使用 Stacks 开发。凭借市场热度，Stacks 的代币发行筹集了 2300 万美元。除了巨额资金之外，这也是美国历史上首次获得 SEC 认证的代币发行。
2019 年：Stacks 2.0 都处于测试开发阶段。
2020 年 1 月：Stacks 2.0 发布，标志着 Stacks 的新转折点，它引入了智能合约 、POX（转移证明）、Stacking。
2021 年初上线：Stacks 2.0 的主网上线。
2022 年：Stacks 继续着眼于改善发展、扩大社区规模以及引入与比特币网络交互的新方法
2023 年Q4-2024 年Q1：推出Nakamoto 升级
（3）核心技术
Stacks 的技术架构包括核心层和子网，其核心层基于 PoX（转移证明）机制与比特币层进行交互，PoX 是类似 PoS 的权益质押，二者交互过程如下：
STX 矿工：Stacks 网络中，STX 矿工通过在比特币区块链上发送交易来参与领导人选举。这个过程涉及到一个可验证随机函数（VRF），它随机选择每轮的领导人。在这个过程中，矿工通过提供更高的比特币出价来增加成为下一个区块领导者的机会。一旦获选为领导者，矿工将在 Stacks 区块链上创建并记录新的区块。
STX 持有者的 Stacking：STX 持有者可以通过参与称为“Stacking”的过程来参与共识并获得比特币奖励。在这个过程中，用户将他们的 STX 代币锁定一个周期（大约两周），同时运行或支持一个完整节点，并通过 STX 交易在网络上发送有用的信息。积极参与 Stacking 的 STX 持有者会根据他们对网络的贡献获得相应周期内的比特币奖
