Pengantar

Citrea adalah rollup pertama yang menggunakan teknologi zero-knowledge untuk meningkatkan fungsionalitas ruang blok Bitcoin. Ini adalah satu-satunya solusi skalabilitas yang memanfaatkan Bitcoin sebagai lapisan ketersediaan data dan penyelesaian melalui mekanisme two-way peg berbasis BitVM yang minim kepercayaan, Clementine. Citrea sepenuhnya kompatibel dengan EVM, memungkinkan semua pengembang EVM untuk membangun di atas Bitcoin dengan mudah.

Latar Belakang Pendanaan

Citrea menyelesaikan dua putaran pendanaan tahun ini. Putaran biji ditutup pada 21 Februari 2023, mengumpulkan $2,7 juta, dipimpin oleh Galaxy, dengan investor lain termasuk Delphi Ventures, Eric Wall, Anurag Arjun, BatuX, Igor Barinov, dan James Parillo. Putaran Seri A selesai pada 31 Oktober 2024, mengumpulkan $14 juta, dipimpin oleh Founders Fund, dengan partisipasi dari Maven 11, Mirana Ventures, dao5, Axiom, dan lainnya.

Tim Pendiri

Tim inti Citrea terdiri dari Orkun Mahir Kılıç, Esad Yusuf Atik, dan Murat Karademir, yang semuanya memiliki pengalaman yang luas dalam blockchain dan merupakan anggota kunci dari Chainway Labs, yang mengembangkan Citrea.

Tantangan yang Dihadapi Bitcoin

Permintaan Tinggi untuk Ruang Blok Bitcoin

Karena keamanan, desentralisasi, dan ketahanan sensor Bitcoin, pengguna berusaha memenuhi semua kebutuhan on-chain mereka melalui Bitcoin. Selama beberapa bulan terakhir, minat terhadap ekosistem Bitcoin telah tumbuh secara eksponensial, tercermin dalam kenaikan biaya transaksi. Pengguna sangat ingin membayar ruang di blockchain baik untuk pembayaran atau transaksi prasasti.

Memastikan partisipasi yang berkelanjutan dalam jaringan Bitcoin sangat penting untuk kesehatan jangka panjang dan keamanan anggarannya. Namun, ada tradeoff: biaya tinggi dan pembatasan ukuran blok yang diperlukan tidak dapat mengakomodasi beberapa transaksi. Bitcoin harus dapat memperluas skala untuk mengakomodasi transaksi yang lebih kompleks tanpa mengorbankan prinsip intinya. Minat yang semakin meningkat ini menyoroti masalah signifikan dengan proposal skalabilitas yang ada: kegagalan mereka dalam memenuhi permintaan yang meningkat untuk ruang blok Bitcoin.

Keterbatasan Proposal Skalabilitas yang Ada

Layer 2 Bitcoin

Bitcoin telah lama berjuang untuk memproses lebih banyak transaksi dan mendukung aplikasi tambahan tanpa mengorbankan keamanan atau prinsip inti. Tantangan multifaset ini terbukti sulit untuk sepenuhnya diselesaikan. Beberapa solusi, seperti Jaringan Lightning, bertujuan untuk meningkatkan efisiensi pembayaran Bitcoin, sementara yang lain fokus pada memperluas fungsionalitas BTC, seperti sidechain.

Dalam lanskap saat ini, permintaan inheren terhadap blockchain Bitcoin diarahkan ke protokol konsensus terpisah, yaitu sidechain. Pendekatan ini menciptakan tradeoff - mengorbankan keamanan Bitcoin dan tidak sejalan dengan mekanisme insentifnya sebagai imbalan untuk biaya lebih rendah dan penggunaan BTC yang lebih luas. Akibatnya, Bitcoin, yang didominasi oleh solusi skalabilitas yang didorong oleh sidechain, menghadapi tantangan yang tidak memberikan kontribusi yang berarti terhadap kesehatan dan insentif jangka panjangnya. Solusi-solusi ini tidak memperkuat keamanan Bitcoin atau memperluas skala blockchainnya dengan memadai, mengubah permintaan terhadap sidechain menjadi perbedaan dari permintaan Bitcoin yang sebenarnya.

Lapisan Pelaksanaan Menggantikan Sidechains

Traditional Sidechains vs. Citrea

Citrea adalah satu-satunya lapisan eksekusi yang diimplementasikan di Bitcoin, yang pertama kali menawarkan verifikasi bukti pengetahuan nol, dan verifikasi L2 tujuan umum pertama dalam Bitcoin. Tidak seperti sidechain monolitik, Citrea menciptakan ekosistem modular untuk Bitcoin melalui shard eksekusinya, menjaga penyelesaian dan ketersediaan data on-chain dan dalam jaringan Bitcoin.

Fitur Utama

Citrea adalah satu-satunya lapisan eksekusi di Bitcoin yang menyelesaikan transaksi secara langsung di Bitcoin. Setiap transaksi yang terjadi di Citrea sepenuhnya dilindungi oleh bukti pengetahuan nol dan diverifikasi oleh Bitcoin. Lingkungan eksekusi Citrea bersifat tidak dipercayai relatif terhadap Bitcoin dan dapat diakses oleh semua peserta dalam jaringan Bitcoin. Oleh karena itu, Citrea memastikan bahwa ia memenuhi ketersediaan data yang sama, ketahanan sensorship, dan jaminan ketahanan reorganisasi seperti Bitcoin.

Bitcoin sebagai Dasar untuk Aplikasi:

Misi Citrea adalah membangun lapisan likuiditas yang dapat diprogram pada blockchain yang paling aman dan terdesentralisasi—Bitcoin. Kami percaya bahwa ruang blok Bitcoin harus digunakan secara efisien untuk menangani berbagai aktivitas keuangan, seperti pembelian BTC tanpa kepercayaan, memanfaatkan BTC, atau meminjamkan BTC. Sementara sebagian besar meta-protokol saat ini yang mencoba menyediakan fungsi-fungsi ini adalah terpercaya dan tidak efisien, Citrea adalah platform paling efisien dan aman untuk membangun aplikasi di Bitcoin.

Penyelesaian Bitcoin dan Peg Dua Arah Minimisasi Kepercayaan:

Citrea menerapkan mekanisme peg dua arah pertama yang dipercayai melalui Clementine, dilindungi oleh bukti ZK dan BitVM. Selama satu validator tunggal dalam setup BitVM jujur, Clementine tetap aman. Ini merupakan peningkatan signifikan dibandingkan solusi yang ada (seperti federasi terbuka dan tertutup). Desain Clementine, dikombinasikan dengan klien ringan Citrea yang tidak dipercayai, meminimalkan persyaratan kepercayaan peg dua arah tanpa perlu untuk soft fork. Komponen kunci Clementine termasuk: bukti klien ringan (untuk Bitcoin dan Citrea) dan validator ZKP di BitVM. Proses inti adalah sebagai berikut:

• In-Peg dan Out-Peg
  Clementine, berbasis BitVM, hanya mengizinkan UTXO berukuran statis untuk transfer in-peg dan out-peg. Untuk kesederhanaan, mari kita anggap itu adalah persis 1 BTC.

• In-Peg

Logika Output In-Peg

Untuk memulai peg, pengguna mengunci 1 BTC ke dalam UTXO yang hanya dapat diakses oleh pihak-pihak berikut: N+1 multisignature dalam N+1 (N-1 validator, operator jembatan, dan pengguna) atau pengguna akan menerima dana setelah 200 blok. Setelah mengunci UTXO, pengguna mengirim tanda tangan transaksi ke validator.

Setelah transaksi pada Bitcoin selesai, dana ditransfer ke N-of-N multisignature baru. Pengguna dapat mencetak BTC terikat mereka dengan menyajikan bukti SPV ke kontrak pintar di Citrea. Transaksi tersebut mencakup alamat EVM yang digunakan untuk mengidentifikasi pengguna di Citrea.

• Logika Out-Peg
  Untuk memulai penarikan, pengguna harus mentransfer 1 BTC ke kontrak pintar di Citrea dan memberikan alamat Bitcoin. Alamat ini dicatat sebagai daun baru dalam “Withdrawal Merkle Tree,” dan kemudian 1 BTC dihancurkan di Citrea. Untuk kesederhanaan, kita dapat mengasumsikan bahwa setiap alamat Bitcoin adalah unik, namun ini tidak membatasi. Oleh karena itu, setiap transfer 1 BTC ke alamat Bitcoin tertentu di jaringan Bitcoin akan menghasilkan penarikan yang valid.

• Sumber UTXO Konektor

Prinsip UTXO

Clementine memastikan bahwa jika operator jembatan mencoba mengklaim lebih banyak BTC dari jumlah penarikan yang dicover, mereka akan kehilangan akses permanen ke dana jembatan.

Connector Source UTXO digunakan oleh operator untuk klaim dari Clementine. Untuk mendapatkan akses ke Connector Source UTXO, operator menggunakan pohon Connector UTXO, yang merupakan pohon UTXO yang digunakan operator untuk membuktikan jumlah BTC yang dapat mereka klaim untuk penarikan mereka yang tercakup.

• Skema Pergelangan Dua Arah

Mendefinisikan Jangka Waktu

Timeline

• Batas Waktu Klien Ringan: Komitmen BitVM memeriksa ketinggian blok untuk penarikan.
• Periode Pengajuan: Waktu yang diberikan kepada operator untuk memenuhi penarikan yang tersisa dan mencatat preimage.
• Asumsi K-dalam: Memastikan penyelesaian blok Bitcoin terakhir. Karena validator dapat menantang menggunakan PoW blok terbaru, operator seharusnya tidak dapat menggunakan hash blok yang berbeda untuk fork pribadi.
• Periode Tanggapan Tantangan BitVM: Periode di mana validator menantang operator dan terlibat dalam permainan validasi interaktif (jika diperlukan). Pada akhir periode ini, hanya ada dua hasil yang mungkin: \
  a. Sumber UTXO Penghubung tersedia bagi operator untuk digunakan, memungkinkan mereka untuk mengklaim jumlah BTC yang ditutupi selama penarikan. \
  b. Sumber UTXO Konektor dibakar bersama dengan BitVM respon UTXO, mencabut akses operator ke dana jembatan.

Pemotongan klien ringan terjadi setiap 6 bulan dan terus berlanjut secara tak terbatas dengan interval yang sama.

Logika

Di Clementine, setelah bukti, termasuk penarikan, diselesaikan pada Bitcoin, operator bertanggung jawab untuk menutupi setiap penarikan. Setelah setiap periode, operator melakukan jumlah dana jembatan yang diklaim dari Clementine dengan mengungkapkan log2 (n) preimages pada Bitcoin. Jumlah ini sama dengan total penarikan yang dicakup frontend sejak pos pemeriksaan terakhir.

Ekuivalensi EVM

Citrea membawa pemrograman ke Bitcoin melalui Ethereum Virtual Machine (EVM). EVM Citrea adalah bukti zero-knowledge yang dapat dibuktikan dan disesuaikan untuk Bitcoin dan BitVM. Lingkungan eksekusi ini memungkinkan pengguna untuk mendeploy kontrak pintar kompleks melebihi kemampuan skrip Bitcoin. Citrea memperluas skala Bitcoin dengan menggabungkan ribuan transaksi dan menghasilkan bukti validitas yang kompak. Bukti Citrea diukir pada Bitcoin dan dapat diverifikasi secara optimistik pada Bitcoin melalui BitVM. Model ini memastikan ketersediaan dan verifikasi data on-chain.

• Deposit Pengguna

Deposit Pengguna

Ketika pengguna mengirim BTC ke operator jembatan, proses penyanggaan dimulai. Validator (peserta yang diotorisasi untuk menantang operator jembatan) kemudian menandatangani transaksi pengguna. Tanda tangan ini dikirimkan ke operator jembatan, menunjukkan bahwa validator menyetujui deposit BTC. Setelah langkah validasi ini selesai, pengguna dapat mencetak cBTC (CitreaBTC) dengan mengirimkan SPV (Verifikasi Pembayaran Simplified) dari transaksi ke kontrak pintar di Citrea, sebagai imbalan atas BTC yang dikirim ke alamat deposit yang dikendalikan oleh BitVM.

Sebagai alternatif, pengguna dapat masuk ke Citrea melalui atomic swap melalui Bitcoin atau Jaringan Petir, yang lebih mudah dan lebih murah daripada menggunakan deposit peg dua arah.

• Proses Transaksi

Transaksi Pengguna

Lingkungan EVM Citrea memungkinkan aplikasi seperti DeFi, transfer pribadi, atau pertukaran BTC untuk BTC. Terlepas dari aplikasi pengguna, proses teknis dimulai dengan pengguna mengirim transaksi ke node penuh. Begitu transaksi diterima, node penuh mengirimkannya ke sekuen untuk konfirmasi lunak. Siapa pun yang mengakses riwayat transaksi Citrea atau data kueri dapat mengatur node penuh Citrea.

Sequencer adalah node penuh yang memverifikasi transaksi dan membangun blok. Kemudian, itu menyebarkan konfirmasi lunak ini (blok lunak) ke setiap node penuh yang tersedia. Tujuan dari konfirmasi lunak adalah untuk memberikan pengalaman transaksi yang cepat kepada pengguna. Langkah berikutnya melibatkan node penuh khusus untuk agregasi pengetahuan nol, yang disebut prover, yang memainkan peran kunci dalam mewarisi keamanan transaksi pengguna Bitcoin.

Seperti semua simpul penuh, si pembuktikan menerima konfirmasi urutan lunak dan menyimpan data. Perbedaan kunci dari si pembuktikan adalah bahwa ia membuat kelompok dengan menggabungkan transaksi yang telah dikonfirmasi lunak oleh penentu urutan. Kemudian ia menghasilkan bukti pengetahuan nol untuk kelompok ini, yang dapat diverifikasi siapa pun untuk validitasnya.

Prover menghasilkan bukti dan membuat satu set data yang disebut sebagai perbedaan status, yang merupakan perbedaan slot penyimpanan antara status awal dan status terkini. Pembuatan perbedaan status adalah alasan mengapa Citrea efisien dalam memanfaatkan ruang blok Bitcoin. Karena ruang blok Bitcoin terbatas dan mahal, Citrea mencatat perbedaan status daripada data transaksi penuh untuk meminimalkan penggunaan ruang blok dan biaya data.

• Penarikan Pengguna

Penarikan Pengguna

Untuk menarik diri dari peg, pengguna dapat mengirimkan transaksi penarikan ke node penuh Citrea atau mencatatnya sebagai transaksi paksa pada Bitcoin. Dalam kedua kasus, operator jembatan akan menutupi peg penarikan pengguna dan meminta penarikan yang telah ditutupi sebelumnya dari BitVM. \

Jembatan Citrea menggunakan BitVM untuk penyelesaian pada Bitcoin. BitVM adalah paradigma komputasi yang memungkinkan kontrak Turing-lengkap pada Bitcoin. Selama tidak ada yang menantangnya, komputasi pada BitVM dianggap benar, membuat BitVM optimis. Citrea menggunakan BitVM untuk memverifikasi bukti pengetahuan nol yang tertulis di Bitcoin. Di antara N validator, satu validator jujur sudah cukup untuk melindungi mekanisme peg dua arah, memungkinkan Citrea mencapai minimisasi kepercayaan.

Alternatifnya, pengguna dapat keluar melalui pertukaran atom melalui Bitcoin atau Jaringan Lightning, yang lebih mudah dan murah daripada menggunakan peg dua arah.

Arah Pengembangan Masa Depan

Pendekatan Multi-Virtual Machine

Citrea dirancang agar kompatibel dengan dan dapat dioperasikan di beberapa mesin virtual. Ini berjalan pada STARK zkVM tujuan umum, yang berarti mesin virtual apa pun dapat diimplementasikan dan bukti eksekusi dihasilkan. Awalnya, Citrea mengimplementasikan EVM, tetapi karena desainnya yang kompatibel ke depan, ia dapat mendukung VM lain seperti WASM atau SVM.

Model Volisi

Volition adalah jenis solusi ketersediaan data khusus yang menggabungkan data di luar rantai dan di dalam rantai. Secara sederhana, volition memungkinkan pengguna atau aplikasi untuk memilih di mana data untuk setiap transaksi disimpan. Model ini memungkinkan aplikasi dengan lokasi data yang berbeda untuk berinteraksi dalam satu blockchain tunggal. Misalnya, pengguna dapat memilih ketersediaan data di luar rantai untuk biaya lebih rendah tetapi keamanan yang lebih rendah atau ketersediaan data Bitcoin untuk biaya normal tetapi keamanan penuh. Terlepas dari ketersediaan data yang dipilih, setiap transaksi akan terus divalidasi melalui bukti ZK.

Jaringan Pemroses Terdesentralisasi

Kontributor Citrea sedang menjelajahi solusi untuk mendukung konsensus di antara beberapa sequencer tanpa mempengaruhi latensi dan finalitas. Salah satu pendekatan yang dapat dilakukan adalah mengimplementasikan lapisan seperti PoS, tetapi hanya untuk memproses blok. Bagi pengguna, sumber kebenaran selalu akan menjadi bukti zero-knowledge di Bitcoin. Lapisan sequencer terdesentralisasi akan mengurangi kepercayaan jangka pendek pada sequencer untuk melindungi pengurutan karena pengurutan akan difinalisasi dalam satu timeslot pada lapisan sequencer. Beberapa mekanisme konsensus, seperti CometBFT, Hotstuff, dan MonadBFT, saat ini sedang diuji.

Trustless Atomic Swaps

Saat ini, penelitian sedang dilakukan untuk memungkinkan pertukaran atom yang tidak dapat dipercaya antara Citrea dan Bitcoin. Swap ini akan memungkinkan pengguna untuk masuk dan keluar Citrea tanpa menggunakan mekanisme peg.

Integrasi Jaringan Petir

Penelitian sedang dilakukan terkait pertukaran atomik tanpa kepercayaan antara Citrea dan Lightning Network. Ini akan memungkinkan pengguna Citrea untuk secara langsung membayar tagihan Lightning dari jaringan Citrea atau titik masuk dan keluarnya tanpa mengandalkan lapisan dasar Bitcoin.

Penyelesaian yang Tidak Memerlukan Kepercayaan

Untuk mencapai penyelesaian Bitcoin tanpa kepercayaan sepenuhnya, opcode untuk memverifikasi bukti ZK dan opcode kontrak diperlukan. Dalam arsitektur saat ini, BitVM menyediakan penyelesaian dengan minimisasi kepercayaan – perbaikan signifikan dibandingkan solusi sidechain yang tidak aman.

Kesimpulan

Inti dari protokol Citrea terletak pada posisinya yang unik untuk aliran data dinamis, menyediakan solusi yang efisien dan tanpa kepercayaan untuk berbagi dan mengelola data secara real-time. Skenario aplikasi yang luas dan arsitektur teknis inovatif menjadikannya sebagai pemain penting di bidang blockchain. Namun, masih menghadapi tantangan terkait teknologi dan adopsi pengguna untuk mencapai aplikasi yang lebih luas.