Introducción

Citrea es el primer rollup que utiliza tecnología de conocimiento cero para mejorar la funcionalidad del espacio de bloques de Bitcoin. Es la única solución de escalabilidad que aprovecha Bitcoin como capa de disponibilidad y liquidación de datos a través de su mecanismo de anclaje bidireccional Clementine, basado en BitVM con una mínima confianza. Citrea es totalmente compatible con EVM, lo que permite a todos los desarrolladores de EVM construir sobre Bitcoin de manera fácil.

Antecedentes de financiamiento

Citrea completó dos rondas de financiamiento este año. La ronda de inversión inicial se cerró el 21 de febrero de 2023, recaudando $2.7M, liderada por Galaxy, con otros inversionistas como Delphi Ventures, Eric Wall, Anurag Arjun, BatuX, Igor Barinov y James Parillo. La ronda Serie A se completó el 31 de octubre de 2024, recaudando $14M, liderada por Founders Fund, con la participación de Maven 11, Mirana Ventures, dao5, Axiom y otros.

Equipo Fundador

El equipo principal de Citrea está formado por Orkun Mahir Kılıç, Esad Yusuf Atik y Murat Karademir, todos ellos con una amplia experiencia en blockchain y son miembros clave de Chainway Labs, que desarrolló Citrea.

Desafíos que enfrenta Bitcoin

Alta demanda de espacio de bloque de Bitcoin

Debido a la seguridad, descentralización y resistencia a la censura de Bitcoin, los usuarios buscan satisfacer todas sus necesidades en cadena a través de Bitcoin. En los últimos meses, el interés en el ecosistema de Bitcoin ha crecido exponencialmente, reflejado en el aumento de las comisiones de transacción. Los usuarios están ansiosos por pagar por espacio en la cadena de bloques, ya sea para pagos o transacciones de inscripción.

Garantizar la participación sostenible en la red Bitcoin es fundamental para su salud a largo plazo y el presupuesto de seguridad. Sin embargo, hay un compromiso: las tarifas altas y las limitaciones necesarias del tamaño del bloque inevitablemente excluyen algunas transacciones. Bitcoin debe escalar para dar cabida a transacciones más complejas sin comprometer sus principios fundamentales. Este creciente interés pone de manifiesto un problema significativo con las propuestas de escalabilidad existentes: su fracaso en satisfacer la creciente demanda de espacio de bloque de Bitcoin.

Limitaciones de las propuestas de escalabilidad existentes

Layer 2 de Bitcoin

Bitcoin ha tenido dificultades para procesar más transacciones y admitir aplicaciones adicionales sin comprometer su seguridad o principios fundamentales. Este desafío multifacético ha resultado difícil de resolver por completo. Algunas soluciones, como la Lightning Network, buscan mejorar la eficiencia de pago de Bitcoin, mientras que otras se centran en expandir la funcionalidad de BTC, como las sidechains.

En el panorama actual, la demanda inherente de la cadena de bloques de Bitcoin se está redirigiendo hacia protocolos de consenso separados, a saber, las sidechains. Este enfoque crea un compromiso: sacrificar la seguridad de Bitcoin y desalinear sus mecanismos de incentivos a cambio de tarifas más bajas y casos de uso más amplios de BTC. Como resultado, Bitcoin, dominado por soluciones de escalabilidad impulsadas por sidechains, enfrenta desafíos que no contribuyen significativamente a su salud e incentivos a largo plazo. Estas soluciones no refuerzan la seguridad de Bitcoin ni escalan adecuadamente su cadena de bloques, convirtiendo la demanda de sidechains en una divergencia de la demanda genuina de Bitcoin.

Capa de ejecución que reemplaza las cadenas laterales

Cadenas laterales tradicionales vs. Citrea

Citrea es la única capa de ejecución implementada en Bitcoin, la primera en ofrecer verificación de prueba de conocimiento cero y la primera verificación L2 de propósito general dentro de Bitcoin. A diferencia de las sidechains monolíticas, Citrea crea un ecosistema modular para Bitcoin a través de sus fragmentos de ejecución, manteniendo el establecimiento y la disponibilidad de datos en la cadena y dentro de la red de Bitcoin. [2]

Características clave

Citrea es la única capa de ejecución en Bitcoin que liquida transacciones directamente en Bitcoin. Cada transacción que ocurre en Citrea está completamente protegida por pruebas de conocimiento cero y verificada por Bitcoin. El entorno de ejecución de Citrea es sin confianza en relación con Bitcoin y accesible para todos los participantes en la red de Bitcoin. Por lo tanto, Citrea asegura que cumple con las mismas garantías de disponibilidad de datos, resistencia a la censura y resistencia a la reorganización que Bitcoin.

Bitcoin como base para aplicaciones:

La misión de Citrea es construir una capa de liquidez programable en la cadena de bloques más segura y descentralizada: Bitcoin. Creemos que el espacio de bloque de Bitcoin debe utilizarse de manera eficiente para abordar diversas actividades financieras, como compras de BTC sin confianza, apalancamiento de BTC o préstamos de BTC. Si bien la mayoría de los meta-protocolos actuales que intentan proporcionar estas funciones son de confianza e ineficientes, Citrea es la plataforma más eficiente y segura para construir aplicaciones en Bitcoin.

Bitcoin Liquidación y Anclaje Bidireccional de Confianza Mínima:

Citrea implementa el primer mecanismo de vinculación bidireccional sin confianza a través de Clementine, protegido por pruebas ZK y BitVM. Siempre que un solo validador en la configuración de BitVM sea honesto, Clementine permanece seguro. Esto representa una mejora significativa sobre las soluciones existentes (como federaciones abiertas y cerradas). El diseño de Clementine, combinado con el cliente ligero sin confianza de Citrea, minimiza los requisitos de confianza del mecanismo de vinculación bidireccional sin necesidad de una bifurcación suave. Los componentes clave de Clementine incluyen: pruebas de cliente ligero (tanto para Bitcoin como para Citrea) y validadores ZKP en BitVM. El proceso principal es el siguiente:

• In-Peg y Out-Peg
  Clementine, basado en BitVM, permite solo UTXOs de tamaño estático para transferencias de entrada y salida. Para simplificar, supongamos que es exactamente 1 BTC.

• En-Peg

Lógica de salida in-peg

Para iniciar el peg, el usuario bloquea 1 BTC en un UTXO al que solo pueden acceder las siguientes partes: N+1 multifirma en N+1 (N-1 validadores, el operador del puente y el usuario) o el usuario recibirá los fondos después de 200 bloques. Después de bloquear el UTXO, el usuario envía la firma de la transacción a los validadores.

Una vez que se completa la transacción en Bitcoin, los fondos se transfieren a una nueva multisignatura N-de-N. El usuario puede acuñar su BTC anclado presentando una prueba SPV al contrato inteligente en Citrea. La transacción incluye una dirección EVM utilizada para identificar al usuario en Citrea.

• Lógica Out-Peg
  Para iniciar un retiro, el usuario debe transferir 1 BTC a un contrato inteligente en Citrea y proporcionar una dirección de Bitcoin. Esta dirección se registra como una nueva hoja en el “Árbol de Merkle de Retiros” y luego los 1 BTC se destruyen en Citrea. Para mayor simplicidad, podemos asumir que cada dirección de Bitcoin es única, pero esto no es restrictivo. Por lo tanto, cualquier transferencia de 1 BTC a una dirección de Bitcoin determinada en la red de Bitcoin resultará en un retiro válido.

• Conector Fuente UTXO

Principio UTXO

Clementine asegura que si el operador del puente intenta reclamar más BTC que la cantidad de retiro cubierta, perderán permanentemente el acceso a los fondos del puente.

El conector de origen UTXO es utilizado por el operador para reclamar a Clementine. Para acceder al conector de origen UTXO, el operador utiliza el árbol de UTXO del conector, que es un árbol de UTXO que el operador utiliza para demostrar la cantidad de BTC que pueden reclamar por sus retiros cubiertos.

• Esquema de anclaje bidireccional

Definir la Línea de Tiempo

Línea de tiempo

• Fecha límite del cliente ligero: La verificación del compromiso BitVM verifica la altura del bloque para las retiradas.
• Período de presentación: El tiempo asignado para que el operador satisfaga los retiros restantes y registre la preimagen.
• Suposición K-deep: Garantiza la finalización del último bloque de Bitcoin. Dado que los validadores pueden impugnar utilizando el PoW del último bloque, el operador no debería poder usar diferentes hash de bloques para bifurcaciones privadas.
• Periodo de respuesta del desafío BitVM: El período durante el cual los validadores desafían al operador y participan en un juego de validación interactivo (si es necesario). Al final de este período, solo hay dos posibles resultados: \
  a. El UTXO de la Fuente del Conector está disponible para que el operador lo use, lo que les permite reclamar la cantidad de BTC cubierta durante la retirada.
  b. El UTXO de origen del conector se quema junto con el UTXO de respuesta de BitVM, revocando el acceso del operador a los fondos del puente.

El corte del cliente ligero ocurre cada 6 meses y continúa indefinidamente en el mismo intervalo.

Lógica

En Clementine, una vez que la prueba, incluida la retirada, se finaliza en Bitcoin, el operador es responsable de cubrir cada retirada. Después de cada período, el operador compromete la cantidad de fondos del puente reclamados por Clementine al revelar log2(n) preimágenes en Bitcoin. Esta cantidad equivale a las retiradas totales que el frontend cubre desde el último punto de control.

Equivalencia de EVM

Citrea aporta programabilidad a Bitcoin a través de la Máquina Virtual Ethereum (EVM). El EVM de Citrea es probado de conocimiento cero y personalizado para Bitcoin y BitVM. Este entorno de ejecución permite a los usuarios implementar contratos inteligentes complejos más allá de las capacidades de script de Bitcoin. Citrea escala Bitcoin agregando miles de transacciones y generando pruebas de validez compactas. Las pruebas de Citrea están inscritas en Bitcoin y pueden verificarse de forma optimista en Bitcoin a través de BitVM. Este modelo asegura la disponibilidad y verificabilidad de los datos en cadena.

• Depósitos de usuario

Depósitos de usuario

Cuando el usuario envía BTC al operador del puente, comienza el proceso de vinculación. A continuación, los validadores (participantes autorizados a desafiar al operador del puente) firman la transacción del usuario. Esta firma se envía al operador del puente, lo que indica que los validadores aprueban el depósito de BTC. Una vez completado este paso de validación, el usuario puede acuñar cBTC (CitreaBTC) enviando el SPV (Verificación de Pago Simplificado) de la transacción al contrato inteligente en Citrea, a cambio del BTC enviado a la dirección de depósito controlada por BitVM.

Alternativamente, el usuario puede ingresar a gate a través de un intercambio atómico a través de Bitcoin o la Lightning Network, que es más fácil y más barato que usar el depósito de anclaje bidireccional.

• Proceso de transacción

Transacciones de usuario

El entorno de EVM de Citrea permite aplicaciones como DeFi, transferencias privadas o intercambios de BTC por BTC. Independientemente de la aplicación del usuario, el proceso técnico comienza con el usuario enviando una transacción a un nodo completo. Una vez que se recibe la transacción, el nodo completo la envía al secuenciador para una confirmación suave. Cualquier persona que acceda al historial de transacciones de Citrea o a los datos de consulta puede configurar un nodo completo de Citrea.

El secuenciador es un nodo completo que confirma transacciones y construye bloques. Luego propaga estas confirmaciones suaves (bloques suaves) a todos los nodos completos disponibles. El propósito de las confirmaciones suaves es proporcionar a los usuarios una experiencia de transacción rápida. El siguiente paso involucra un nodo completo especial para la agregación de conocimiento cero, llamado el probador, que desempeña un papel clave en la herencia de la seguridad de transacción del usuario de Bitcoin.

Como todos los nodos completos, el probador recibe la confirmación del secuenciador suave y almacena los datos. La diferencia clave del probador es que crea lotes agregando las transacciones que han sido confirmadas suavemente por el secuenciador. Luego genera una prueba de conocimiento cero para este lote, que cualquiera puede verificar su validez.

El probador genera la prueba y crea un conjunto de datos llamado “el estado de diferencia”, que es la diferencia de espacio de almacenamiento entre el estado inicial y el estado más reciente. La creación del estado de diferencia es la razón por la cual Citrea es eficiente en la utilización del espacio de bloque de Bitcoin. Dado que el espacio de bloque de Bitcoin es limitado y costoso, Citrea registra la diferencia de estado en lugar de los datos completos de la transacción para minimizar el uso del espacio de bloque y los costos de datos.

• Retiros de usuario

Retiros de usuarios

Para retirarse del anclaje, el usuario puede enviar una transacción de retiro a un nodo completo de Citrea o registrarla como una transacción forzada en Bitcoin. En ambos casos, el operador de puente cubrirá el anclaje de retiro del usuario y solicitará el retiro pre-cubierto a BitVM.

El puente Citrea utiliza BitVM para la liquidación en Bitcoin. BitVM es un paradigma computacional que permite contratos completos de Turing en Bitcoin. Si nadie lo desafía, el cálculo en BitVM se considera correcto, lo que hace que BitVM sea optimista. Citrea utiliza BitVM para verificar las pruebas de conocimiento cero inscritas en Bitcoin. Entre N validadores, un solo validador honesto es suficiente para proteger el mecanismo de anclaje bidireccional, lo que permite a Citrea lograr una minimización de la confianza.

Alternativamente, el usuario puede salir a través de un intercambio atómico a través de Bitcoin o Lightning Network, que es más fácil y barato que usar la vinculación bidireccional.

Direcciones futuras de desarrollo

Enfoque de Máquina Virtual Múltiple

Citrea está diseñado para ser compatible e interoperable en varias máquinas virtuales. Se ejecuta en STARK zkVM de propósito general, lo que significa que se puede implementar cualquier máquina virtual y generar pruebas de ejecución. Inicialmente, Citrea implementó EVM, pero debido a su diseño compatible con versiones posteriores, puede admitir otras máquinas virtuales como WASM o SVM.

Modelo de Volición

Volition es un tipo especial de solución de disponibilidad de datos que combina datos dentro y fuera de la cadena. En términos simples, las voliciones permiten a los usuarios o aplicaciones elegir dónde se almacenan los datos de cada transacción. Este modelo permite que las aplicaciones con diferentes ubicaciones de datos interoperen dentro de una sola cadena de bloques. Por ejemplo, los usuarios pueden elegir la disponibilidad de datos fuera de la cadena por costos más bajos pero seguridad reducida o la disponibilidad de datos de Bitcoin por costos normales pero seguridad total. Independientemente de la disponibilidad de datos elegida, cada transacción seguirá siendo validada a través de pruebas ZK.

Red de Secuenciador Descentralizado

Los contribuyentes de Citrea están explorando soluciones para respaldar el consenso entre múltiples secuenciadores sin afectar la latencia y la finalidad. Un enfoque podría implicar implementar una capa similar a PoS, pero solo para la secuenciación de bloques. Para los usuarios, la fuente de verdad siempre serán las pruebas de conocimiento cero en Bitcoin. Una capa de secuenciación descentralizada reducirá la confianza a corto plazo en los secuenciadores para proteger la secuenciación, ya que la secuenciación se finalizará en un único intervalo de tiempo en la capa de secuenciación. Actualmente se están probando varios mecanismos de consenso, como CometBFT, Hotstuff y MonadBFT.

Intercambios atómicos sin confianza

Actualmente, se está investigando para permitir intercambios atómicos sin confianza entre Citrea y Bitcoin. Estos intercambios permitirán a los usuarios entrar y salir de Citrea sin utilizar el mecanismo de anclaje.

Integración de Lightning Network

Se está llevando a cabo una investigación sobre intercambios atómicos sin confianza entre Citrea y la Lightning Network. Esto permitirá a los usuarios de Citrea pagar directamente facturas de Lightning desde la red de Citrea o sus puntos de entrada y salida sin depender de la capa base de Bitcoin.

Liquidación sin confianza

Para lograr una liquidación de Bitcoin completamente confiable, se necesita un código de operación para verificar las pruebas de conocimiento cero y un código de contrato. En la arquitectura actual, BitVM proporciona una liquidación de confianza mínima, una mejora significativa sobre las soluciones inseguras de sidechain.

Conclusión

El núcleo del protocolo Citrea radica en su posición única para el flujo de datos dinámicos, proporcionando una solución eficiente y sin confianza para el intercambio y gestión de datos en tiempo real. Sus amplios escenarios de aplicación y su arquitectura técnica innovadora lo convierten en un actor importante en el campo de la cadena de bloques. Sin embargo, aún enfrenta desafíos en cuanto a la tecnología y la adopción por parte de los usuarios para lograr aplicaciones más amplias.