项目调研 | Botanix protocol：兼容EVM智能合约的比特币二层网络
目录
一、项目简介
二、项目愿景
三、发展路线
四、团队背景
五、融资信息
六、项目架构
- The Spiderchain
- Botanix 区块
- Botanix EVM
- Orchestrators
- 安全性
七、发展成果
- 社群状况
八、经济模型
九、优势与风险
一、项目简介
比特币是目前最大、最知名的加密货币，并以其去中心化的结构和区块链技术而闻名。由于比特币最大程度上的去中心化和安全性使其被视为全球储备的加密货币。然而，比特币在可组合性和扩展性方面存在一些局限性。随着解决方案的不断发展，以太坊的出现引入了一个具有图灵完备编程语言的区块链，其可组合性产生了一个挑战基础层可扩展性的去中心化应用生态系统，加之以太坊二层的发展，使得以太坊生态达到了空前的繁荣。但如何将智能合约引入比特币仍然是一个目前仍然未被解决的问题。由于比特币的第二层应用和价值相对较低，因此，在比特币上构建二层目前而言仍然具有极大地发展空间。
目前BTC生态已经存在不同的技术来构建BTC二层，其中则包括状态通道、驱动链、多签rollup以及可能实现的ZK、OP rollup的比特币软分叉提案。而闪电网络以及Liquid多重签名已经是成功运行的BTC二层解决方案，而本文则引入一个新的概念——Botanix协议。
Botanix协议则是建立在BTC之上的分散化链的解决方案，它使用闪电的基本原理来运行以太坊虚拟机（EVM），Botanix采用的是类似于以太坊的基于账户的模型替代比特币本身的未使用交易输出（UTXO）模型，每个Botanix全节点都将运行BTC核心协议以及Botanix协议。
二、项目愿景
Botanix Labs提出在比特币之上构建第二层，具有完整的以太坊虚拟机（EVM）等效性。以比特币作为最去中心化和安全的底层，第二层将为以太坊智能合约的可组合性、生态系统和功能开辟新的可能性，引入了Spiderchain——一种在比特币之上的第二层设计，旨在优化去中心化，为用户提供更广泛的应用可能性。
三、发展路线
四、团队背景
团队目前核心成员十余名，多名员工已投身于加密货币领域十余年，不乏前Blockstream员工，创始人Willem为来自比利时的电气工程及商业经济学双学位毕业生。团队是技术和市场出身，但背景一般。
五、融资信息
暂无
六、项目架构
在目前BTC的二层和侧链中，闪电网络提供了去中心化二层的技术却受制于流动性、生态以及BTC的UTXO限制；联邦多签以及Op Rollup提供了组合型以及灵活性却受制于中心化的特征。
而Botanix协议则是建立在比特币之上的二层以太坊虚拟机（EVM）。Botanix采用了PoS（权益证明）共识机制，需要参与者在比特币一层上抵押实际的比特币来保护整个二层。整个协议在比特币上运行。它允许用户在基于EVM构建的任何应用程序中原生地使用比特币。第二层协议经过优化，允许任何人参与并运行完整节点。在Botanix上的比特币将被锁定在Spiderchain中，并随着一系列由随机子集的Orchestrator节点控制的连续多重签名提供的抵押品确保了真实有效的参与。因此，从比特币母链移动到第二层需要额外的信任假设：没有单一方控制抵押者集。Botanix协议可以无需任何比特币改进提案立即在比特币上实施。
Botanix网络通过引入了在比特币上无法实现的智能合约，其思想类似于闪电网络的节点运营商，将复杂的部分移至链下以确保Botanix区块链的正确状态。整个二层网络作为一个区块链运行，其他用户可以在该协议上创建新钱包并部署智能合约。
The Spidechain
Botanix引入了Spiderchain，它是二层区块链的一种新的机制。Spiderchain是一系列连续的多重签名钱包，由Botanix Orchestrators（协调者）之间创建。通过将这些多重签名钱包分散管理，保障了安全性。这一连续的多重签名链创建了一个网络，用于保护Botanix链上的比特币资产。这个“移动”的多重签名链可以看作是一种抵押，它被锁定在这个去中心化的多重签名网络中，因此得名Spiderchain。
Spiderchain的关键作用是将比特币资产和比特币区块链分离开来。通过在分散的多重签名链中保护Botanix上的比特币，它将比特币与以太坊虚拟机（EVM）隔离开来。这使得可以从比特币的UTXO模型过渡到EVM中使用的账户模型。
下图展示了Spiderchain的可视化示意图。每当比特币区块产生时，都会在不同的随机Orchestrators之间创建新的多重签名。
由于安全性依赖于激励和Orchestrators的数量，所有Orchestrators在参与之前必须提供一定数量的抵押。这个抵押将在发生恶意行为时用作赔偿。Spiderchain的安全性遵循权益证明的模型，只要恶意行为的参与者数量远远少于其他Orchestrators，安全性就会得到数学上的保障。
Botanix区块
Botanix区块链在正常运行时有三个主要部分。首先，它会检查来自比特币母链的用户向Orchestrator发送的交易（这是将比特币引入Botanix网络的过程）。然后，它会执行必要的状态变化，以创建一个新的区块。最后，在每个周期结束时，将创建新的未使用交易输出（UTXO），以便将资产从Spiderchain转移到母链（这是将比特币从Botanix网络取回的过程）。
检查有没有资产被发送到Botanix Orchestrators（协调器）。如果有，就进行资产引入操作。
运行Botanix的共识和状态变化过程。这部分可以类比于以太坊的区块处理。
检查有没有资产需要从Botanix转移到其他地方。如果有，就进行资产取回操作。需要注意的是，由于比特币区块链和Botanix区块链的处理速度不同，在大多数情况下，第1和第3部分只是更新UTXO的交易池。比特币的区块生成速度约为10分钟一个区块，而Botanix将以每个区块之间约为12秒的速度运行。在比特币区块之间，Botanix将生成自己的区块，这些区块包含EVM（以太坊虚拟机）上的交易。当接收到新的比特币区块时，Botanix将执行上述步骤，以确保EVM链上的交易最终得到确认。
Botanix EVM
Botanix运行一个完整的以太坊虚拟机（EVM）执行客户端，几乎等同于以太坊网络本身，因为它能够执行与以太坊相同的所有智能合约和去中心化应用程序（DApps）。它不需要生成任何限制性能的有效性证明，因为它的安全性来自Spiderchain。Botanix EVM驱动以太坊网络的运行环境，允许执行使用Solidity和其他编程语言编写的智能合约。通过运行完整的EVM客户端，Botanix能够支持与以太坊相同的所有功能。
虽然在功能上Botanix与以太坊等同，但它仍然是一个独立的网络，具有自己独特的特性和特点。例如，它采用不同的PoS共识算法，利用比特币的去中心化和经济结构。
Orchestrators
Orchestrators是Spiderchain协议的关键角色，负责管理和保护Botanix协议。
在进入Spiderchain时，新的Orchestrators需要向当前区块的Orchestrator表示他们的兴趣，并把一定数量的抵押品放在一个多重签名中。这个过程在比特币上的确认后完成，新的Orchestrator就会成为一个完整的参与节点。
在退出Spiderchain时，一个Orchestrator需要通知当前的区块Orchestrator退出的意愿，并签署退出消息。然后退出的过程会开始，包括替换多重签名和返还抵押品的步骤。
如果一个Orchestrator表现出不正当行为，如不活跃、错误的区块提议、错误的多重签名签署或错误的验证，Orchestrator将面临抵押品被扣除的风险。不活跃的Orchestrator将失去区块奖励，并且最终可能被移除。这些规则确保了Spiderchain的正常运行和安全性。
安全性
1.多重签名的大小和抵押的权衡
Spiderchain中锁定的资金有两种不同的安全保障方式：
首先，通过设计，资金存放在比特币一层上，并被锁定在多重签名的Spiderchain中。这意味着即使有恶意的Orchestrator节点，他们也无法在没有其他节点的批准的情况下访问Spiderchain中的比特币。这是因为多重签名要求多个节点共同批准任何资金操作。
其次，还有一种通过激励机制来保障安全。每个Orchestrator节点都需要承担一定数量的抵押品，这是一种经济上的保证。这意味着他们有经济动力来确保他们正确运行，因为如果他们违反规则或表现不当，他们可能会失去一部分抵押品。这种激励机制有助于保持网络的正常运行和安全性。
多重签名是用于保护存放在比特币区块链上的资金的一种方式。多重签名的大小有一个权衡考虑，如果太大，签署它可能会耗费很多时间，并且可能出现协调问题。此外，如果一个恶意方掌控了多数签名权，他们将能够获取Spiderchain中的全部资金。因此，将抵押品分成多个较小的多重签名可以降低风险，但如果多重签名太小，可能会降低保护资金免受恶意攻击的安全性。
抵押品用于确保Orchestrator节点的正确运行。为了参与Spiderchain网络，Orchestrator节点必须提供一定数量的抵押品，以确保他们的参与。这样做可以防止单一方运行多个节点，从而防止Sybil攻击。如果一个Orchestrator节点表现不当，如停机、恶意行为或消失，他们将失去一部分抵押品。
活跃性是指保持Botanix链和多重签名中的参与者的正常运行。如果参与者长时间无响应，他们可能会失去一部分奖励，并最终被从多重签名中移除。同时，有一些行为被认为是恶意的，如提出不正确的区块、错误签署多重签名等，这些行为将导致抵押品被削减。
以上这些措施旨在确保Spiderchain协议的安全和稳定运行。
2.私钥保护
前向安全性是加密系统的重要属性，用于保护秘密密钥不被泄露。在Botanix的情况下，前向安全性意味着即使攻击者获得了2/3多数控制权，他们仍不会拥有所有先前多重签名中大多数密钥的所有权。相反，攻击者只会拥有将来生成的新多重签名的大多数所有权。这确保了先前多重签名的安全性不会受到威胁，并且协议可以采取适当的措施来减轻攻击。通过Spiderchain的设计，Botanix实现了前向安全性，协议可以提供更高级别的安全性，并保护系统免受潜在攻击的威胁。
3.BTC安全性继承
Botanix的安全性取决于比特币的安全性，特别是其工作证明（PoW）系统提供的安全功能。如果比特币的安全性受到损害，这也会对Botanix的安全性产生负面影响。因此，Botanix依赖于比特币的PoW系统的安全优势，以确保其自身网络的安全性。具体来说，通过利用比特币来减轻Proof of Stake系统中的三个风险：集中化，随机验证者选择以及最终性。
七、发展成果
Twitter：1,331关注，粉丝互动程度一般
Discord：459人，Telegram：469人，活跃率不到百分之二十。
整体来看，该项目社群活跃度一般，仍处于早期阶段。
八、经济模型
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九、优势与风险
优势：
1.安全性：Botanix的安全性依赖于比特币的PoW系统，这使得它具备了与比特币相媲美的安全性。比特币是迄今为止最安全的区块链网络之一，因此Botanix在安全性方面也受益匪浅。
2.去中心化：作为第二层区块链，Botanix继续了比特币的去中心化理念，允许任何人参与并运行全节点。这有助于维持网络的去中心化性质。
3. EVM兼容：Botanix支持以太坊虚拟机（EVM），这意味着它能够运行与以太坊兼容的智能合约和去中心化应用，为开发者提供了广泛的应用可能性。
4.前向安全性：Botanix通过Spiderchain的设计实现了前向安全性，即使攻击者获得控制权，也不会威胁先前多重签名的安全性。
劣势：
1.依赖性：Botanix的安全性高度依赖于比特币的PoW系统。如果比特币的安全性受到威胁或遭受攻击（目前看来几率微乎其微），Botanix也可能受到牵连，这意味着它的安全性受到了外部因素的制约。
2.竞争：Botanix处于激烈的加密货币和区块链竞争中，目前该生态上没有良好的生态项目，需要与其他生态竞争以吸引开发者和用户。
3. 速度： 比特币和Botanix的区块生成速度不同，这可能导致需要额外的等待时间来处理跨链交易。Botanix的区块生成速度较快，但与以太坊相比仍然较慢。
综上所述，Botanix作为一个建立在比特币之上的第二层区块链系统具有一些优势，但也面临一些依赖性和竞争性的挑战。其安全性和去中心化性质使其在某些方面具有竞争力，但需要克服一些技术和市场上的障碍才能实现广泛的采用。
参考文献
https://a-us.storyblok.com/f/1014909/x/8d64a913a6/botanix-protocol-whitepaper.pdf
