BTC还有哪些可编程扩展方案？Fractal、OP_NET、AVM、BRC100、可编程符文解读

自2024年第一季度以来，BTC生态的投机热度确实不如2023年那么火爆，但换个角度看，技术层面的进展反而在加速——越来越多的开发者涌入比特币模型，围绕可编程性扩展的方案层出不穷。本文就来梳理几个关注度最高的方向：Fractal Bitcoin、A VM、OP_NET、BRC-100，以及可编程符文（Protorunes），看看它们各自是怎么玩的。

Fractal

Fractal本质上是一个基于Bitcoin Core客户端软件虚拟化的可扩展框架，通过递归方式创建树状结构，每一层都能提升整个网络的性能。由于直接复用了比特币的核心代码，Fractal与比特币及其底层基础设施完全兼容——比如挖矿，矿工可以直接无缝接入。关键区别在于，Fractal激活了OP_CAT操作符，这让更复杂的逻辑实现成为可能。

这个项目由UniSat团队开发，2024年1月就在博客中透露了相关进度。6月1日上线了Beta测试网，7月29日做了一次测试重置，主网预计2024年9月上线。

团队刚发布了代币经济学：Fractal网络有自己的代币，其中50%通过挖矿产出，15%用于生态系统，5%向早期投资者预售，顾问与核心贡献者占20%，另外10%作为社区补贴金用于建立合作和流动性。

架构设计

Fractal的做法是完整虚拟化Bitcoin Core客户端，将其封装成可部署和运行的区块链软件包（BCSP），然后递归锚定在比特币主网上，独立运行一个或多个BCSP实例。借助现代虚拟化技术实现高效的硬件性能共享。

当链上交互需求激增时，可以选择性地把交易委派到更深层次，这种动态平衡能力能避免任何单一层级过度拥堵。为了更好的用户体验，Fractal还对Bitcoin Core做了一些调整：区块确认时间缩短到30秒甚至更短，区块大小增加到20MB（扩大了20倍）。

激活OP_CAT操作符后，更多BTC上的扩容方案有了探索测试的空间。

资产跨链方面，不同实例运行在同一物理环境下，相当于同一套BTC框架下跑了多条Bitcoin Core链，因此实例之间可以直接通信。通过构造通用的资产转移接口，就能实现不同层之间的资产无缝转移。

比特币以及BRC-20、Ordinals等资产可以通过去中心化桥接，底层机制是带有动态替换的旋转MPC签名机制——目前看应该是包装一层。后续迭代中，BTC和其他主网资产还可以作为BRC-20包装资产存在于Fractal Bitcoin上。

相比典型的以太坊Layer 2方案，Fractal这种虚拟化方式在主链之外通过附加抽象层实现计算可扩展性，同时保持与主链的一致性，不引入新的共识机制。所以现有的BTC ASIC矿工和矿池可以无缝加入Fractal网络。

Fractal的安全保障取决于算力大小。设计上通过三个方面增强PoW机制的安全性：引入了联合挖矿——每三个区块中有一个通过与BTC矿工合并挖矿生成，以此防御潜在的51%攻击；剩下两个区块由Fractal网络自己的算力产出。可见，BTC矿工的支持是Fractal成功的关键，代币经济必然向矿工倾斜。

另外，新创建的虚拟化实例链在启动阶段会经历初期脆弱期。操作员可以设置特定的区块高度提供保护，直到实例达到安全和健康的状态。未来，拥有大量算力的矿工可以将资源分配到不同BCSP实例上，增强整个系统的鲁棒性和弹性。

Fractal主网币和sats的关系

Fractal主网币的挖矿产出是为了保证链的运行，FB链和BTC基本一致，没有直接运行智能合约的能力，所以复杂的DeFi（如Swap）需要额外的基础设施。UniSat承诺将BRC-20 sats用于Swap，而这个Swap运行在Fractal上，也需要自己的节点，节点为了自负盈亏收取的服务费用就是sats。

A VM

A VM（Atomicals Virtual Machine）是Atomicals Protocol的BTC智能合约实现。它创建了一个模拟BTC脚本的虚拟机，并在其中打开了多个BTC原始操作码，开发者通过比特币脚本组合实现智能合约，自定义规则来管理资产的创建和转移。

中本聪最初为比特币设计了一套具有完全表达能力的脚本语言，包含丰富的原始操作码指令，具备数据存储能力且执行上是图灵完备的。后来比特币核心禁用了部分实现图灵完备所需的操作码，比如字符串连接（OP_CAT）和算术运算符（乘法OP_MUL、除法OP_DIV）。

A VM的思路是最大限度发挥BTC原始操作码的能力。虚拟机模拟了BTC脚本，通过双堆栈PDA（可压入存储自动机）实现图灵完备。这个虚拟机运行在沙盒中，沙盒包含索引器、指令解析器、全局状态，从而完成智能合约的处理与状态同步验证。

A VM虚拟机的指令集包含完整的BTC操作码，开发者可以在主网上利用很多BTC未启用的功能进行编程。这让A VM看起来像是BTC生态扩展的原生先行网。

A VM是一套架构，任何BTC的元数据协议（如BRC-20、ARC-20、Runes、CBRC）都可以在其基础上自定义。由应用程序开发者、服务提供者和用户共同管理，形成自发的共识。因此几乎适用于任何元数据协议，只需对虚拟机下的索引器进行微调即可。

A VM已经发布了测试版和代码库。

OP_NET

OP_NET于2024年第三季度提出，目标是在比特币网络上引入类似以太坊的智能合约功能，但要更符合比特币的特性和架构。在OP_NET上交易只需使用原生比特币，无需其他代币来支付节点激励或交易费用。

OP_NET提供了一套完整、紧凑且易于使用的开发库，主要用AssemblyScript编写（类似TypeScript，可编译为WebAssembly），设计目标是简化比特币相关技术的创建、读取和操作，尤其在智能合约和比特币智能铭文（BSI）方面。

核心功能与特性

OP_NET保留了比特币的区块共识和数据可用性，所有交易都存储在比特币网络上，受其不可篡改保护。通过执行虚拟机（OP_VM），OP_NET可以在比特币区块上执行复杂计算，所有提交的OP_NET交易都标记为“BSI”字符串，并在OP_VM中执行以更新合约状态。

OP_NET节点运行一个WASM虚拟机，因此支持AssemblyScript、Rust、Python等多种编程语言。通过利用Tapscript启用高级智能合约功能，开发者无需许可即可直接在比特币区块链上部署和交互智能合约。

这些智能合约的代码被压缩后写入BTC交易，产生一个UTXO地址作为合约地址，用户与合约交互需要向这个地址转账。

与OP_NET网络交互时，除去BTC交易的手续费，用户还需额外支付至少330聪的手续费，这是为了确保交易不会被BTC主网矿工认定为“粉尘攻击”。用户可以添加更多gas费用，OP_NET网络中交易的打包顺序根据手续费排序，不完全依靠BTC区块打包顺序。如果用户支付的OP_NET交易费超过250000 sat，超过部分将奖励给OP_NET节点网络。

为了在DeFi应用中扩展BTC的使用，OP_NET提供了Proof of Authority系统，允许BTC封装为WBTC，主网BTC通过多重签名方式桥接入OP_NET协议。

值得一提的是，OP_NET与SegWit和Taproot兼容，其代币设计不绑定到UTXO，避免了将代币错误发送给矿工的风险，进一步提高了系统的安全性和可靠性。

生态项目

OP_NET的前身是CBRC-20协议，多数生态项目直接延续。生态涵盖去中心化交易、借贷、市场做市、流动性提供、跨链桥等多个领域：

1. Motoswap
   ：运行在比特币Layer 1上的去中心化交易协议。

2. Stash
   ：运行在比特币Layer 1上的去中心化借贷协议，使用OP_NET的WBTC作为抵押品，贷款以USDs稳定币形式发放。

3. Ordinal Novus
   ：生态中的市场做市和流动性提供平台。

4. Ichigai
   ：去中心化聚合器，整合多个DeFi平台，用户可在单一界面管理交易、市场追踪和投资组合。

5. SatBot
   ：集成于Telegram的交易机器人，支持实时执行交易、追踪市场和管理投资组合。

6. KittySwap
   ：运行在OP_NET上的去中心化交易所和永续合约平台。

7. Redacted
   ：提供链上私密的合规DeFi私人银&行服务。

8. SLOHM Finance
   ：去中心化储备货币项目。

9. BuyNet
   ：为比特币DeFi生态系统开发的买入机器人。

10. SatsX
    ：开发多功能特性和工具的项目。

11. Meme Coins
    ：如Satoshi Nakamoto Inu、Zyn、Unga、Pepe等，均基于OP_20协议，由OP_NET支持。

BRC-100

BRC-100是一种基于Ordinals理论构建的去中心化计算协议。通过在BRC-20中加入“销毁”“铸造”等新操作，并在索引器中记录不同地址持有的代币余额与状态，实现复杂的DeFi操作。开发者也可以在BRC-100协议基础上扩展更多操作符来拓展业务。

协议的操作

BRC-100提供了mint_2、mint_3、burn_2、burn_3操作，使得代币可以在UTXO模型和状态机模型之间安全转换：

• mint_2
  ：生成新代币，增加系统流通量，通常需要来自应用程序或地址的权限。

• mint_3
  ：与mint_2类似，但不增加流通量，用于将应用中的余额转换为UTXO，以便在其他应用中使用。

• burn_2
  ：销毁代币，同时更新应用程序状态。销毁的代币可在满足特定条件下通过mint_2重新生成。

• burn_3
  ：与burn_2相似，但不减少流通量，而是将代币转换为应用程序的状态。销毁的代币可通过mint_3重新生成。

扩展与兼容性

计算能力和状态转换可以通过BRC-100扩展协议进行扩展。所有BRC-100扩展协议相互兼容，即实现BRC-100及其扩展协议的代币可以在所有应用中使用。同时，协议及其扩展协议可以通过改进协议进行更新升级。

BRC-100协议及其所有扩展和改进协议统称为BRC-100协议栈。主要扩展包括：

• BRC-101
  ：去中心化链上治理协议，定义如何治理基于BRC-100协议或其扩展协议的应用程序。

• BRC-102
  ：针对BRC-100资产的自动化流动性协议，基于“恒定乘积公式”（x*y=k）的自动化做市方法。

• BRC-104
  ：流动性质押/再质押池协议，定义如何通过质押将BRC-20资产、符文资产和BTC包装为BRC-100资产，以及如何将BRC-100资产奖励分配给质押者。它同时是Asset Wrapping协议和Yield Farming协议。

生态项目

项目方正在为BRC-100协议索引器探索一种实现“最小索引”的方法。需求方可以部署自己的最小索引来获取BRC-100协议栈所有资产的状态，而无需实现所有扩展协议的复杂计算逻辑，且不需要频繁更新升级。

目前BRC-100生态中有三个项目：

• inBRC
  ：第一个BRC-100市场和索引器。

• 100Swap
  ：第一个基于BRC-102协议的比特币L1 AMM铭文去中心化交易所。

• 100Layer
  ：比特币L1上的流动性协议，基于BRC-104和BRC-106协议，包含去中心化抵押品支持的稳定币、包装代币和流动性挖矿。

可编程RUNES（Protorunes）

符文本质上是一种数据结构，存储在比特币的OP_RETURN字段中。与其他基于JSON的协议（如BRC-20）相比，符文更轻量，不依赖复杂的索引系统，保持了比特币的简单性和安全性。

可编程符文是符文的扩展层，允许创建带有符文的可编程资产。这些资产可以存在于UTXO中，并支持类似AMM（自动做市商）的操作。核心理念是在比特币区块链上利用数据，通过虚拟机或类似技术实现智能合约功能。

Proto-Runes Protocol

在可编程符文中，最主要的项目是Proto-Runes Protocol，由oyl wallet创始人主导开发，已开源。

Proto-Runes Protocol是一种标准和规范，为可编程符文提供框架。通过子协议之间管理和转移符文资产，可以构建AMM、借贷协议或成熟的智能合约。比如，它在比特币网络上实现了类似Uniswap的DEX，支持符文资产的原子交换和流动性池创建。通过原型销毁和原型消息的组合，用户可以在不离开比特币网络的情况下进行去中心化交易和资产管理。

简单来说，Proto-Runes Protocol允许符文被

成可编程符文（Protorunes）的形式，从而赋予符文额外的功能和用途。

Protoburn 和 Protorunes

Proto-Runes的关键机制之一是

，它允许用户将符文销毁并转换为仅供子协议使用的表示形式。这些资产通过Runestone的指针或符文协议上的edict（法令）目标化，在子协议中生成新的资产形式——Protorunes。

原型销毁通过将符文锁定在OP_RETURN输出上来确保其不可花费性。这种机制确保了符文资产能够安全地从主协议转移到子协议，从而允许在子协议中进行进一步操作和交易。

这一过程通常是单向的：资产从符文协议转移到子协议，但无法直接转回。Protoburn消息嵌入在Runestone的Protocol字段中的Protostone内，其协议标签为13（符文协议标签）。消息包含目标子协议ID以及资产的指针等信息。这一机制为子协议之间的资产管理和转移提供了基础，并且允许原子交换等功能。

Protomessage

在Proto-Runes协议中，

是指在子协议中执行的操作指令。它通过在Protostone结构中编码并由索引器解析来实现。Protomessage通常包括对资产的操作请求，如转账、交易或其他协议定义的功能。当索引器解析到Protostone中的消息字段时，该字段包含一个字节数组，通常会通过protobuf或其他子协议预期的序列化器进行解析，然后作为参数传递给子协议的运行时。该消息可能涉及资产转移、交易逻辑或其他协议功能。

指针用于指定Protostone的目标位置，这个位置可以是交易输出中的一个UTXO，也可以是另一个Protostone。如果子协议决定不执行某个输入，交易失败时，Protorunes会被退还到退款指针指向的位置，将未使用的资产退还给原交易的发起方。

运行机制

Proto-Runes协议的运行机制是：索引器首先处理符文协议中的Runestone特性，然后按顺序处理子协议的协议消息。所有的Protostone按照它们在Runestone的Protocol字段中间出现的顺序依次处理。为了避免复杂性和潜在安全漏洞，Proto-Runes协议禁止递归执行原型消息——每个原型消息只能执行一次，任何递归指令将导致交易失败，未使用的资产会被退还。

在Proto-Runes协议中，LEB128（Little Endian Base 128）是一种用于表示大整数的可变长度编码方式，被广泛用于表示协议字段和消息，以节省空间并提高处理效率。每个子协议都有一个唯一的协议标签（以u128值表示），在Protostone中作为LEB128编码值出现。指针用于指定Protostone的目标位置，可以是交易输出中的UTXO，也可以是另一个Protostone，甚至引用原型消息，以实现复杂操作逻辑。

最新进展：创世Protorune

QUORUM•GENESIS•PROTORUNE 是第一个Protorune，它的Protoburn已经成功完成，可以看到ord索引器正确运行——Protoburn发生在没有cenotaph的情况下，因为使用了OP_RETURN输出。

这个创世Protorune仅作为参考实现，不用于出售。它旨在作为Protorune标准的公开论坛，并可集成到协议中，为项目代币提供治理功能。

团队仍在为这个创世Protorune开发一个WASM索引器，这是一个在比特币L1上实现链上治理的功能模型。作为索引器，允许用户通过protomessage生成投票代币，每个提案中同一范围的符文只能生成一次投票代币。提案在达到法定人数后自动执行，用户也可以通过将投票代币转移到不可支出的地址来撤回投票。整个过程确保了治理的透明和有效性。