Botanix区块链：Botanix网络Layer 2架构

要点总结

• Spiderchain Layer 2: Spiderchain 是一个在比特币上运行的等效于以太坊的 Layer 2 协议，利用多重签名钱包和验证者来确保安全。

• Bitcoin-EVM 集成: Spiderchain 允许比特币和以太坊环境之间无缝交互，在需要时能够简单地迁移 dApp。

• Orchestrator 节点: 在 Spiderchain 之上运行的 Orchestrator 节点负责维护网络共识、交易验证和比特币流动性转移管理。

• 前向安全: Spiderchain 的前向安全模型有助于确保协议在遭受攻击时的弹性，意味着先前保护的 BTC 始终受到保护。

• 双向桥: 由 Botanix Labs 开发的双向桥有助于促进 Spiderchain 和比特币网络之间的 BTC 转移。

Spiderchain 技术架构介绍

Spiderchain 是一个在比特币上运行的 EVM 等效 Layer 2。Botanix Labs 的使命是创建一个完全去中心化的架构，允许开发者通过比特币在 Spiderchain 平台上构建各种应用程序和独立协议。

由于 Botanix Labs 非常关注 去中心化金融 (DeFi)，其中一些实用程序包括 去中心化交易所 (DEXs)、restaking 协议、永续合约 DEXs、去中心化货币市场（yield farming、借贷等）等。

为了实现这些迭代的开发，Spiderchain 利用几个主要的架构组件来实现其作为网络的更大功能，该网络具有 EVM 智能合约功能以及其高度可扩展的比特币保护设计。这些包括：

• Spiderchain 主要的区块链，负责提高比特币 (BTC) 资金流动和 staker 抵押品的可验证性。作为比特币上的一组互连的多重签名钱包，Spiderchain 不断适应，以确保持续为平台上持有的所有资金提供密码学上可验证的前向安全。

• 比特币区块链 通过利用其极其强大的安全保证，充当 Spiderchain 的安全共享平台。在 Spiderchain 协议上运行的所有节点也在比特币上运行一个完整节点。

• Spiderchain EVM - EVM 等效的 Solidity-focus 虚拟机环境，它采用以太坊的 Rust 实现形式 (Reth)。Spiderchain 运行一个完整的 以太坊虚拟机 (EVM) 执行客户端，这意味着从开发人员的角度来看，它与以太坊本身非常相似。

• Orchestrator 节点 - 在 Spiderchain 上运行的主要基础 节点 (验证者)，Orchestrator 有助于网络共识和 Spiderchain 网络的整体完整性。它们的主要作用是验证交易并在网络上生成区块，同时它们还负责实现比特币和 Spiderchain 之间 BTC 流动性的转移。Orchestrator 也被认为是联邦成员（目前在 Spiderchain testnetv1 上有 15 个）。

在本文中了解了 Spiderchain 平台的技术架构之后，如果你想更好地了解 Botanix 项目的历史以及它为何如此重要，请随时查看本系列中的 我们的介绍性博客文章。

Spiderchain 协议是 Botanix 生态系统的支柱。该网络利用互连的多重签名钱包网络的强大安全保证，允许用户在比特币网络之上移动、持有和交易 BTC。(图片来源: Botanix Twitter post 通过 Botanix Labs)

Spiderchain 解释

强大的安全性是任何去中心化计算网络的支柱。没有安全性，任何用于大规模交易数据和价值的平台都将变得不可用。因此，安全性对于 Spiderchain 网络的可验证完整性至关重要。

值得庆幸的是，Spiderchain 旨在维护尽可能强大的安全保证。这种超安全模型允许该协议利用一种称为 前向安全 的专门技术来持有用户资金。

为了确保网络的安全保证，Spiderchain 由互连的 Orchestrator 节点之间的一系列顺序多重签名钱包组成。Spiderchain 的多重签名网络有效地构建了一个框架，旨在保护协议上所有用户存入的 BTC。

由于网络始终在发展，不断创建新的多重签名，并将交易发送到不同的钱包，因此 Spiderchain 可以被认为是一种嵌入在去中心化多重签名网络中的可验证抵押品形式。

“Spiderchain”的名称来自这样一种想法，即每个多重签名钱包都是构成更大 spider 的一小部分腿。构成该协议的每个比特币区块都与在构成更大的 Spiderchain 网络的任意一组网络参与者之间创建的新多重签名相关联。

使 Spiderchain 能够作为利用比特币安全性的等效以太坊 Layer 2 运行的主要创新之一，是其能够将比特币资产（即 BTC）与比特币区块链本身分离。

这是通过保护协议上存在的 BTC 来实现的，从而有效地允许比特币网络与 EVM 环境分离。这种设计允许从比特币的 UTXO 模型 过渡到以太坊的 EVM 账户模型。

本质上，Spiderchain 充当了一个中间媒介，允许 UTXO 模型连接到以太坊账户模型，从而确保其以太坊等效性和智能合约功能。Spiderchain 使用以太坊账户模型，同时仍然利用比特币本身的强大功能。

或许 Spiderchain 安全架构中最重要的组成部分是前向安全。更具体地说，前向安全利用了三个主要元素，包括：多重签名轮换、liveness epochs 和 LIFO 管理（有关更多信息，请参见下文）。(图片来源: Botanix Twitter post 通过 Botanix Labs)

解读 Spiderchain 前向安全

Spiderchain 的前向安全基础设施采用了许多在传统 forward secrecy（有时也称为未来安全）密码方案中流行的相同概念。此框架确保私钥的长期安全，该过程可保证它们在未来无限期地受到保护。

从根本上讲，前向安全背后的构造是为了消除攻击者设法在未来某个时候获得加密密钥时发生安全漏洞的可能性。这确保了他们无法解密过去由该密钥保护的通信和交易。

前向安全是大多数加密协议和相关系统使用的关键机制，因为它们容易受到长期密钥泄露的影响。如果发生这种情况，它们可能会容易受到敏感信息解密、过去交易暴露，甚至整个安全框架可能被破坏的影响。

通常，前向安全使用 密钥轮换（定期更改系统加密密钥的过程）和 临时密钥 （一种采用为各个通信会话或交易生成的临时密钥的过程）来加强底层协议。

与传统加密协议可能容易受到长期密钥暴露的影响类似，如果攻击者获得对网络的多数控制权，则 Spiderchain 上持有的 BTC 可能会被 seized。

在每个比特币区块中，都会在 100 个随机的 Orchestrator 节点中生成一个新的多重签名，这意味着随着时间的推移，Spiderchain 上的 BTC 会分布在先前生成的几个独立的多重签名钱包中。

因此，即使在不太可能发生攻击者能够获得对网络的三分之二多数控制权，前向安全也能保证所有底层用户拥有的 BTC 仍然安全地锁定在较旧、更完善的多重签名钱包中。这确保了攻击者几乎不可能窃取平台上保护的 BTC。

这些极其强大的安全保证由多重签名轮换（随机多重签名验证者洗牌）、liveness epochs（新共识轮验证者密钥集生成）和 LIFO 管理（通过确保最旧的 BTC 由网络上最旧的验证者保护）来支持。

Spiderchain 结合了比特币的三个基本安全范例：1.) 去中心化 2.) 随机验证者选择，以及 3.) 强大的最终性保证。特别是与去中心化和随机验证者选择相关，该网络使用可验证随机函数 (VRF) 来确保验证者无法通过勾结和其他方式操纵网络。(图片来源: Botanix Twitter post 通过 Botanix Labs)

Botanix 安全设计参数

在许多方面，Spiderchain 的安全性在很大程度上取决于比特币网络，特别是由于其专注于 工作量证明 (PoW) 的安全系统。如果比特币的安全性受到损害，将对 Spiderchain 产生负面影响。因此，Spiderchain 网络严重依赖比特币来确保自身的安全。

更具体地说，为了应对典型的 权益证明 (PoS) 系统容易遭受的风险，Spiderchain 利用去中心化、随机验证者选择和强大的最终性保证，类似于比特币和其他 PoW 网络。让我们解释一下：

去中心化

当权益证明链启动时，它们通常非常中心化，因为 PoS 网络的设计方式是，每个验证者都需要在被网络接受之前拥有大量 token（大多数网络都有启动 验证者 的最低要求）。从本质上讲，验证者持有的 stake 越大，随着时间的推移，他们对网络的控制权就越大。

为了解决这个问题，重要的是，权益证明链从一开始就尽可能地去中心化，为较小的投资者提供为网络做出贡献的机制。请注意，这并非易事，许多链从相当中心化开始，并逐步发展为随着时间的推移变得更加去中心化。

新推出的区块链项目的初始 token 分配也是用于确定去中心化的另一个重要因素。当太多的 token 最初掌握在太少的人手中时，它会使该链及其底层生态系统中心化，因为持有者可能会通过治理来操纵项目的方向。

相反，像比特币这样的工作量证明链对其各自的网络具有去中心化效应，因为它们通过其网络挖矿过程有效地将 token 分配到现实世界（而不是封闭的 PoS 系统），从而使 PoW 模型在长期内不易受到集中的影响。许多人会认为 Spiderchain 在某种程度上是中心化的，因为它采用了权益证明设计。但是，比特币工作量证明模型的民主化效应胜过这种论断。

随机验证者选择

通常，PoS 链使用随机验证者选择在其各自的网络上生成区块，其中被选中的可能性与验证者持有的 stake 数量成正比。这种随机结构旨在确保网络是去中心化和公正的，从而使任何潜在的参与者都有可能被选为验证者。

也就是说，随机化可能是一个极其难以解决的问题，因为 PoS 网络有时容易受到验证者操纵。这种情况通常是由于验证者勾结或由于持有大量 stake 的个人实体试图成为网络上的验证者而发生的。

为了解决这个问题，Spiderchain 通过利用比特币区块哈希作为随机数生成系统来使用 可验证随机函数 (VRF) 技术。这使得 Orchestrator 节点（验证者）的选择在本质上比大多数传统 PoS 系统更加随机和公平。

Spiderchain 的去中心化性质得到了比特币网络的支持，比特币网络是世界上最安全和公平的协议。这种互连的可互操作设计允许该平台的用户直接访问 BTC 作为投资媒介。(图片来源: Botanix Twitter post 通过 Botanix Labs)

最终性

在我们深入了解 Spiderchain 如何实现链上最终性之前，让我们解释一下 PoW 和 PoS 系统如何实现此目标。

在 PoW 框架中，最终性通常通过使用网络确认来实现，或者是在某个区块之后成功添加到链中的区块数量。从本质上讲，一个区块包含的确认数量越多（即，从最 CPU 算力实现的最长链），它就被认为越安全。

在共识期间，PoS 协议必须能够保证在特定时间点交易根本无法更改，这意味着它被认为是最终和不可逆转的。权益证明系统中的区块最终性以多种方式实现，具体取决于确切的网络类型。

无论如何，具体来说，在以太坊上，该平台采用 Casper 协议 来实现最终性。Casper 实施了一种称为“checkpoint”区块的机制，其中每个 epoch（共识轮）中的第一个区块被认为是 checkpoint。

在此系统中，验证者投票选出其确定为有效的 checkpoint 对，这意味着，如果一对 checkpoint 吸引了至少占 stake ETH 总数的至少三分之二的选票，则 checkpoint 将被升级。根据 以太坊文档：“这两个（目标）中较新的一个将变为“justified”。这两个中较早的一个已经 justified，因为它在上一 epoch 中是“target”。现在它已升级为“finalized”。”

Spiderchain 协议从比特币网络中 piggyback 最终性。比特币通过拥有具有最多计算能力的最长链来实现最终性。因此，许多人认为比特币是由能源支持的。由于 Spiderchain 本质上与比特币相连，因此该网络利用了比特币的最终性保证。

更准确地说，Spiderchain 通过比特币继承了 probabilistic 最终性，以保护网络免受长距离攻击。当 Orchestrator 在 Merkle tree 的最新 root hash 提交回比特币基础账本时，就可以实现这一点。更准确地说，在每个比特币区块中，Orchestrator 将 Merle Tree root hash inscrip 在比特币上。

Inscriptions 是一种允许将任意数据发布到比特币网络的机制。Spiderchain 使用 inscriptions 框架将 root hash 发布到比特币，这意味着一旦比特币实现最终性， Spiderchain 本身也实现了最终性。

为了帮助实现比特币上的以太坊 Layer 2 的目标，Spiderchain 协议由几个相互关联的组件组成，包括 orchestrator 节点、Spiderchain EVM、适应性桥接框架以及高度可扩展的安全最终性保证等。(图片来源: Introducing Botanix Labs 通过 Botanix 博客)

了解 Orchestrator 节点

Orchestrator 节点构成了在 Spiderchain 上运行的独立计算机（节点）的更大系统，负责确保网络及其底层共识机制按预期运行。

Orchestrator 节点类似于验证者，负责验证在 Spiderchain 网络上启动的所有交易的完整性。此外，Orchestrator 节点在比特币和 Spiderchain 端都提供 流动性。

如果用户将比特币桥接到 Spiderchain EVM，则实际的比特币会安全地驻留在 Orchestrator 之间互连的多重签名钱包中。Orchestrator 节点有助于构成 Spiderchain 框架，并且是负责区块创建的唯一实体，并且还负责在 Spiderchain EVM 上 mint（创建）和 burning（销毁）BTC。

只要分配了最低 stake 要求，任何用户都可以运行 Orchestrator 节点。如果确定 Orchestrator 在网络中存在恶意行为，他们的 BTC stake 将被 slashed（惩罚），并且他们会失去部分或全部 stake。

Spiderchain 的安全框架通常遵循权益证明模型，并且网络本身使用 权限证明 (PoA) 共识机制。这意味着只要潜在的协作对抗参与者（即，恶意 Orchestrator）的数量被拥有 2/3 多数的诚实 Orchestrator 所 overwhelming，网络的安全性在数学上就得到保证。

对于每个新追加的比特币区块，都会创建一个新的多重签名钱包，同时 Orchestrator 会从全球 Orchestrator 的更大的去中心化网络中随机选择。

Spiderchain BTC 结算

Spiderchain 协议的主要目的之一是通过比特币安全保证来支持平台的架构完整性，同时还确保 BTC 持有者能够根据需要持有和提取他们的资产。

Spiderchain 通过使用 双向桥 和互连的 Orchestrator（验证者）联邦来实现这一目标，这些 Orchestrator 旨在确保 Spiderchain 网络的运营完整性。

更具体地说，为了允许通过 peg-in/peg-out 过程无缝转移资金，Spiderchain 桥接框架采用了以下方法：1.) Spiderchain EVM 环境 2.) 比特币区块链，以及 3.) Spiderchain 协议。让我们解释一下：

由于比特币网络通过利用其强大的安全保证充当 Spiderchain 协议的安全共享平台，因此在 Spiderchain 上运行的所有节点都同时在比特币上运行一个完整节点。这允许用户将 BTC 发送到协议上特定的单次使用多重签名钱包，作为回报，允许他们在 Spiderchain 上接收相同数量的 BTC。这意味着一旦用户在 Spiderchain 上发送 BTC，他们就可以在父链上赎回它。

Spiderchain EVM 是一个在 Spiderchain 网络上运行的以太坊等效虚拟机环境，作为以太坊的 Rust 实现 (Reth)。由于其以太坊等效性，Spiderchain EVM 支持最初在以太坊上概念化的 Solidity 智能合约，从而大大简化了希望将其应用程序从以太坊移植到 Spiderchain 的以太坊开发人员的应用程序开发，反之亦然。

此外，Spiderchain 是负责提高比特币 staker 抵押品和网络上资产move 的可验证性的协议。由于 Spiderchain 是一组在比特币上运行的互连的多重签名钱包，因此该平台不断适应，以确保持续为网络上持有的所有资金提供密码学上可验证的前向安全。值得庆幸的是，Spiderchain 使恶意行为者几乎不可能窃取用户资金。

Botanix 联邦使用了四个相互关联的组件：多重签名钱包、联邦区块生产者以及双向桥的 peg-in 和 out peg-out 元素。(图片来源: Botanix Basic Information 通过 Botanix 文档)

Botanix 联邦 在 peg-in/peg-out 过程中起着关键作用，该过程允许 BTC 资产在两个网络之间的 互操作性。该联邦本质上是一组互连节点（Orchestrator）的验证者集合，负责确保 Spiderchain 区块链的运营效率。它还支持 Spiderchain 协议，并有助于确保平台的完整性，以促进 BTC 与 Spiderchain 之间的转移。更明显的是，Botanix 联邦由以下要素组成：

• Peg-in（资本进入网络） - 这种机制允许用户将资产从比特币父链转移到 Botanix 构建的 L2。为了使这个过程发生，Spiderchain 利用一个内部 taproot key 来编码资金应定向到的 Layer 2 地址。这将生成一个比特币 taproot address，使用户可以在需要时将资金发送到他们的地址。确认后，将生成 peg-in proof 以验证资金确实已成功发送。

• Peg-out（资本离开网络） 允许将 BTC 从 Spiderchain 转移到比特币父链。在 peg-out 过程中，用户提供一个比特币地址并选择他们想要提取 BTC 的数量。接下来，Spiderchain 节点共同聚合法定数量的签名（节点同意交易的合法性）并释放请求的资金。

• Federation（区块生产者） - 一个生态系统，目前包括 15 名验证者成员（在 v1 上），他们主要负责验证 pegins 和 pegouts，同时还负责确保 Spiderchain 的权限证明共识上的区块生产的完整性。v1 联邦采用类似于 clique specification（类似于以太坊的 PoA 共识协议）的循环区块选择机制。目前，任何人都可以加入网络，但新成员最初不会成为负责区块生产的联邦的一部分。随着时间的推移，Spiderchain 协议将变得完全无需许可和去中心化。

• Multisig（比特币钱包托管人） 一种阈值签名方案（称为 FROST），它利用 Schnorr 签名和其他专门技术来保护 Spiderchain 协议上的多重签名钱包（通过将加密密钥拆分为正确的格式以生成具有正确验证密钥的有效签名）。Flexible Round-Optimized Schnorr Threshold Signatures (FROST) 旨在改善 Schnorr 签名方案中的参与者通信，从而减少网络带宽、时间和错误概率；因此，preserving 区块空间并提高隐私。

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