解析RGB协议：设计原理、技术特点及安全挑战

2023年下半年，各类 BTC 衍生协议的生态迅速发展。除了 Ordinals 协议与 BRC20 的再度爆火，Atomicals、Taproot Assets 等协议也受到了市场的广泛关注。本文 Beosin 将为大家详细讲解 BTC 生态非常重要的一类资产发行协议—— RGB 协议。

RGB协议的作用是在闪电网络上为比特币增加了智能合约功能，基于零知识证明的状态通道协议，允许用户在链下进行隐私保护的交易。

RGB不是一个代币协议，但它具备发行与管理多种高度可扩展、可编程和保密的资产的能力，或可以在金融之外的许多其他行业中发挥重要作用。其协议的发展经历了多个重要阶段，从最初的构想到目前为比特币和闪电网络带来智能合约功能的RGB v0.10版本。

1.2016年，Giacomo Zucco基于Peter Todd的理念，提出了RGB协议的初步构想。

2.2017年，BHB Network推出了RGB协议原始版本，得到了Poseidon Group的支持。

3.2019年，Maxim Orlovsky和Giacomo Zucco成立了LNP/BP标准协会，推动RGB向实际应用发展，Maxim Orlovsky博士开始重新设计RGB协议。

4.2021年，该协会展示了RGB协议的图灵完备虚拟机（AluVM），RGB也开始在闪电网络上运行。

5. 2022年，推出了为Bitcoin和Lightning Network编写RGB智能合约的新语言Contractum及其新网站。

6. 2023年4月，发布了RGB v0.10版本，为比特币和闪电网络带来完全支持智能合约的功能，标志着RGB协议进入最为重要的发展阶段。

RGB协议的核心思想是围绕着共识和链下数据存储构建的。

首先，分布式系统最重要的价值是共识的维护，利用比特共识层只需要保留对账本事件的简短的加密提交（cryptographic commitments），证明特定数据存在但不透露实际数据内容的技术，通常通过哈希函数实现，仅在链上存储这些提交去保证数据的真实性和完整性，进而减少了链上数据的负担。

RGB设计的账本数据存储在链下，也就是说所有的合约数据和状态转换都保留在链下，而不是在区块链上。利用单次使用密封和状态转换来追踪和验证智能合约的状态，在不将全部数据存储在链上的情况下，有效地处理和验证智能合约的状态和交易。

RGB的基础层是比特币区块链，包括Nakamoto PoW共识和交易账本。虽然不需要在链上存储任何数据，但仍需要遵循现有的基础设施，并利用比特币交易作为这些承诺的存储。

RGB智能合约在客户端验证模式下，所有数据都将保留在比特币交易之外，例如比特币区块链或闪电网络通道状态，使该系统能够在闪电网络之上运作，也为高级别的协议可扩展性和隐私提供了基础。

RGB 智能合约的基本构成包括 Genesis（创世）、State（状态）和 Transitions（转换），每部分承担着不同的功能和角色：

Genesis（创世）

Genesis是智能合约的初始化声明，它定义了合约的基本属性和规则。这包括合约的类型、目的和任何初始设置。在代码中，genesis部分定义了合约的起始点，比如在一个身份验证合约中，它可以指定初始的身份信息。

State（状态）

State代表了合约在任何给定时刻的当前状态，是合约数据的实时快照，包括了所有的变量值和资产信息。

Transitions（转换）

Transitions是定义从一个状态到另一个状态转换的规则。这些规则决定了状态如何根据合约逻辑发生变化。op Revocation和op Transfer是转换的例子，它们定义了如何从一个Identity状态转移到另一个，或者如何在代币之间进行转移。

通过这三个组成部分提供了一种方式来定义和执行各种操作和协议。Genesis设定了基础规则和参数，State维护了合约的当前信息，而Transitions则规定了状态之间的变化逻辑，共同构成了RGB智能合约的核心架构。

为了确保安全和高效地管理资产转移，同时保护用户隐私。RGB协议使用了“single-use-seals”的方法，这种方法允许将资产（如代币）与比特币的一个特定交易输出绑定，使得每次资产转移都需要“打开”一个旧的密封并“创建”一个新的密封。一次性封装用于代表资产的所有权或合约状态。每次状态转移或交易发生时，相关的封装会被关闭并创建新的封装，这样做的好处是，每个密封只能使用一次，从而防止了资产的重复使用或双重支付，确保了交易的安全性，进而确保资产的转移不可篡改。

同时，由于这些操作是在客户端进行的，而不是全部存储在区块链上，因此大大增强了用户的隐私保护，并减少了对区块链空间的占用，提高了整体网络的效率和可扩展性。

single-use-seals的逻辑步骤：

1. 每个RGB合约的开始都是一个创世操作，这里会定义初始状态和相关的一次性封装，代表了合约中定义的资产或权限的初始分配。

2. 在合约中，状态（State）被用来表示当前资产或权限的配置。每个状态都与一个一次性封装相关联，表示当前的所有权或权限。

3. 当需要转移或改变资产或权限时，涉及到状态的转换（Transitions）。这个过程包括关闭当前的一次性封装（表示旧的状态）并创建一个新的封装（代表新的状态）。

4. 关闭一个封装涉及到验证其完整性并标记为已使用，以防止重复使用。然后，基于合约规则创建一个新的封装，以代表新的状态。

5. 交易发生时，合约参与者需要验证相关的一次性封装是否有效，以确保交易的合法性。这个验证过程是自动的，由RGB节点和参与的钱包协作完成。

RGB的特性体现在RGB智能合约的创新，下面为大家介绍一些关键点：

1. 模式（Schema）概念

RGB协议采用了模式（Schema）的概念，类似于面向对象编程中的类。模式用于定义RGB资产的标准，便于钱包、交易所、浏览器和BTC节点支持RGB资产。在这个框架中，一个具体的RGB合约是某个模式的实例，由该模式的构造函数（“创世操作”）创建。这种方法分离了合约开发者（模式开发者）和合约发行者的角色，使得后者无需具备编程或安全知识。

2. AluVM虚拟机

RGB协议还引入了AluVM虚拟机，这是一个图灵完备的虚拟机，类似于以太坊的EVM。它可以执行几乎所有类型的计算，但受到操作步骤数的限制。AluVM通过累积的计算复杂性度量来限制计算，类似于以太坊的gas消耗机制。

3. 合约定义示例

在合约定义方面，RGB协议使用特定的数据类型，如PgpKey，这些类型不是合约的直接组成部分，而是可以被多个合约共享。合约的状态和操作，如Identity和Revocation，被定义为合约状态的组成部分和可能的状态转换。

4. 合约实例和状态转换

合约实例化是通过将模式应用于具体情况来完成的，例如，meSatoshiNakamoto实现了DecentralizedIdentity模式，定义了初始状态并将其分配给一次性密封。状态转换，如通过Revocation操作，涉及更新身份并将其分配给新的一次性密封。

5. 扩展合约功能

RGB协议允许扩展合约功能，如添加IOU（I OWE YOU）代币，在合约中表现为可拥有的状态IOYTokens。此外，还有全局状态，如IOYTicker和IOYName，这些是合约的全局属性，不被任何一方直接拥有。

6. 状态扩展的概念

状态扩展的概念允许公众参与合约的特定逻辑部分，如通过声明Burn的方式。状态扩展操作允许任何人在不进行链上承诺的情况下创建状态扩展，类似于未打包进区块的比特币交易。

7. 合约接口（Contract Interface）

标准化通信：合约接口提供了与RGB节点交流的标准方式，要求它返回有语义意义的状态并创建操作。

类似于以太坊的ERC标准：这些接口类似于以太坊的ERC标准，通用的接口被称为"RGBxx"，作为独立的LNP/BP标准定义。

8. 创建通用代币接口示例

接口定义：定义了全局状态（如Ticker和Name）和拥有的状态（如Inflation和Asset），以及操作（如Issue和Transfer）。

接口实现：实现接口时，将特定模式的状态和操作与接口绑定。例如，FungibleToken接口为DecentralizedIdentity模式实现了全局和拥有的状态绑定。

金融方面的应用:

1.用于创建代表公司或项目股份的通证，集中发行但通过去中心化的方式交易，提高市场流动性和透明度。

2. 管理贷款和债券，通过智能合约实现自动化的贷款和债券发行和还款。

3. 创建运行在闪电网络上的稳定币，并将这些稳定币可以作为支付手段。

4. 创建去中心化交易所（DEX）。

5. 应用例如算法过度抵押的稳定币等AMM解决方案，为市场提供流动性和稳定性。

非金融领域的应用:

1. 用于管理自主身份解决方案，使个人能够控制和管理他们的数字身份信息。

2. 创建一个去中心化的全球名称注册系统，以便人们能够注册和管理域名和其他网络标识符。

3. 管理数字内容的所有权和许可权，包括版权和许可证。

4. 用于通证化艺术品，为艺术家和收藏家提供了一种新的数字所有权和交易平台。

5. 管理DAOs，以实现去中心化的决策和治理。

6. 用于创建可证明和可验证的审计日志系统，以提高企业和项目的透明度和可信度。

当前的RGB协议是首个完全支持智能合约的版本，后续RGB协议可能会进行一些重大的更新或者修改，这会导致目前开发的合约无法在后续版本安全、稳定地运行。RGB的客户端验证节点也仍在更新中，还未有稳定的版本。

RGB协议的设计和实现都相当复杂，基于RGB协议开发的智能合约需要考虑很多RGB协议的特性。例如，基于RGB协议发行的代币，如果交易失败或是没有得到RGB节点的确认，那么这些代币不属于任何UTXO，相当于被销毁了，开发者和项目方需要仔细考虑这类情况对于项目代币经济的影响。

RGB协议目前仍处于非常早期的阶段。RGB协议通过其独特的模式定义、AluVM虚拟机、灵活的合约状态管理和扩展机制，展现了其在BTC智能合约领域的创新，支持在比特币网络和闪电网络上进行多种资产的发行和转移。但目前RGB协议与闪电网络还未完全兼容，智能合约的开发和运行未有安全保障，用户使用RGB协议时需留意风险。