Introdução

Citrea é o primeiro rollup a usar a tecnologia de conhecimento zero para aprimorar a funcionalidade do espaço de bloco do Bitcoin. É a única solução de escalabilidade que alavanca o Bitcoin como uma camada de disponibilidade de dados e liquidação por meio de seu mecanismo de pino bidirecional baseado em BitVM com minimização de confiança, Clementine. Citrea é totalmente compatível com EVM, permitindo que todos os desenvolvedores de EVM construam facilmente sobre o Bitcoin.

Antecedentes de financiamento

A Citrea concluiu duas rodadas de financiamento este ano. A rodada semente foi encerrada em 21 de fevereiro de 2023, arrecadando US$ 2,7 milhões, liderada pela Galaxy, com outros investidores, incluindo Delphi Ventures, Eric Wall, Anurag Arjun, BatuX, Igor Barinov e James Parillo. A rodada Série A foi concluída em 31 de outubro de 2024, arrecadando US$ 14 milhões, liderada pela Founders Fund, com a participação da Maven 11, Mirana Ventures, dao5, Axiom e outros.

Equipe Fundadora

A equipe central da Citrea é composta por Orkun Mahir Kılıç, Esad Yusuf Atik e Murat Karademir, todos eles com ampla experiência em blockchain e são membros-chave da Chainway Labs, que desenvolveu a Citrea.

Desafios enfrentados pelo Bitcoin

Alta demanda por espaço de bloco de Bitcoin

Devido à segurança, descentralização e resistência à censura do Bitcoin, os usuários buscam atender todas as suas necessidades on-chain através do Bitcoin. Nos últimos meses, o interesse no ecossistema do Bitcoin cresceu exponencialmente, refletido no aumento das taxas de transação. Os usuários estão ansiosos para pagar por espaço na blockchain, seja para pagamentos ou transações de inscrição.

Garantir a participação sustentável na rede Bitcoin é fundamental para sua saúde a longo prazo e orçamento de segurança. No entanto, há uma compensação: taxas altas e limitações necessárias no tamanho do bloco inevitavelmente excluem algumas transações. O Bitcoin deve escalar para acomodar transações mais complexas sem comprometer seus princípios fundamentais. Esse interesse crescente destaca um problema significativo com as propostas de escalabilidade existentes: sua incapacidade de atender à demanda crescente por espaço de bloco do Bitcoin.

Limitações das Propostas de Escalabilidade Existente

Layer 2 do Bitcoin

O Bitcoin tem enfrentado dificuldades para processar mais transações e suportar aplicativos adicionais sem comprometer sua segurança ou princípios fundamentais. Esse desafio multifacetado tem se mostrado difícil de resolver completamente. Algumas soluções, como a Lightning Network, visam melhorar a eficiência de pagamento do Bitcoin, enquanto outras focam em expandir a funcionalidade do BTC, como sidechains.

No cenário atual, a demanda inerente pela blockchain do Bitcoin está sendo redirecionada para protocolos de consenso separados, nomeadamente sidechains. Esta abordagem cria um trade-off—sacrificando a segurança do Bitcoin e desalinhando-se com seus mecanismos de incentivo em troca de taxas mais baixas e casos de uso mais amplos de BTC. Como resultado, o Bitcoin, dominado por soluções de escalabilidade impulsionadas por sidechains, enfrenta desafios que não contribuem de forma significativa para sua saúde e incentivos a longo prazo. Essas soluções não fortalecem a segurança do Bitcoin nem escalonam adequadamente sua blockchain, transformando a demanda por sidechains em uma divergência da demanda genuína por Bitcoin.

Camada de Execução Substituindo Sidechains

Sidechains tradicionais vs Citrea

Citrea é a única camada de execução implementada no Bitcoin, a primeira a oferecer verificação de prova de conhecimento zero e a primeira verificação L2 de propósito geral dentro do Bitcoin. Ao contrário das sidechains monolíticas, o Citrea cria um ecossistema modular para o Bitcoin por meio de suas shards de execução, mantendo a liquidação e a disponibilidade de dados na cadeia e dentro da rede Bitcoin. [2]

Recursos Principais

Citrea é a única camada de execução no Bitcoin que liquida transações diretamente no Bitcoin. Todas as transações que ocorrem no Citrea são totalmente protegidas por provas de conhecimento zero e verificadas pelo Bitcoin. O ambiente de execução do Citrea é confiável em relação ao Bitcoin e acessível a todos os participantes da rede Bitcoin. Portanto, o Citrea garante que atenda às mesmas garantias de disponibilidade de dados, resistência à censura e resistência à reorganização do Bitcoin.

Bitcoin como a Base para Aplicações:

A missão da Citrea é construir uma camada de liquidez programável na blockchain mais segura e descentralizada - o Bitcoin. Acreditamos que o espaço de bloco do Bitcoin deve ser usado de forma eficiente para lidar com várias atividades financeiras, como compras de BTC sem confiança, alavancagem de BTC ou empréstimo de BTC. Enquanto a maioria dos atuais meta-protocolos que tentam fornecer essas funções são confiáveis e ineficientes, a Citrea é a plataforma mais eficiente e segura para construir aplicativos no Bitcoin.

Liquidation de Bitcoin e Pegada Bidirecional com Confiança Mínima:

Citrea implementa o primeiro mecanismo de pino bidirecional minimizado em confiança através de Clementine, protegido por provas de ZK e BitVM. Desde que um único validador na configuração do BitVM seja honesto, Clementine permanece seguro. Isso representa uma melhoria significativa em relação às soluções existentes (como federações abertas e fechadas). O design de Clementine, combinado com o cliente leve sem confiança da Citrea, minimiza os requisitos de confiança do pino bidirecional sem a necessidade de um fork suave. Os componentes chave de Clementine incluem: provas de cliente leve (tanto para Bitcoin quanto para Citrea) e validadores de ZKP em BitVM. O processo principal é o seguinte:

• Na-Peg e Fora-Peg
  Clementine, com base em BitVM, permite apenas UTXOs de tamanho estático para transferências de entrada e saída. Para simplificar, vamos assumir que é exatamente 1 BTC.

• In-Peg

Lógica de Saída In-Peg

Para iniciar o peg, o usuário trava 1 BTC em um UTXO que só pode ser acessado pelas seguintes partes: N+1 multisignature em N+1 (N-1 validadores, o operador da ponte e o usuário) ou o usuário receberá os fundos após 200 blocos. Após travar o UTXO, o usuário envia a assinatura da transação para os validadores.

Uma vez concluída a transação no Bitcoin, os fundos são transferidos para uma nova multisignature N-of-N. O usuário pode criar sua BTC vinculada apresentando uma prova SPV ao contrato inteligente na Citrea. A transação inclui um endereço EVM usado para identificar o usuário na Citrea.

• Lógica de Saída
  Para iniciar uma retirada, o usuário deve transferir 1 BTC para um contrato inteligente no Citrea e fornecer um endereço Bitcoin. Este endereço é registrado como uma nova folha na “Árvore de Retirada Merkle” e então os 1 BTC são destruídos no Citrea. Para simplicidade, podemos assumir que cada endereço Bitcoin é único, mas isso não é restritivo. Portanto, qualquer transferência de 1 BTC para um determinado endereço Bitcoin na rede Bitcoin resultará em uma retirada válida.

• Conector Fonte UTXO

Princípio UTXO

Clementine garante que se o operador da ponte tentar reivindicar mais BTC do que o valor de saque coberto, eles perderão permanentemente o acesso aos fundos da ponte.

O UTXO de Origem do Conector é usado pelo operador para reivindicar da Clementine. Para ter acesso ao UTXO de Origem do Conector, o operador usa a árvore UTXO do Conector, que é uma árvore UTXO que o operador usa para provar a quantidade de BTC que podem reivindicar por suas retiradas cobertas.

• Esquema de Pino de Duas Vias

Definindo a Linha do Tempo

Linha do tempo

• Prazo do Cliente Leve: O compromisso do BitVM verifica a altura do bloco para saques.
• Período de envio: O tempo alocado para o operador atender aos saques restantes e registrar a pré-imagem.
• K-deep Assumption: Garante a finalização do último bloco de Bitcoin. Como os validadores podem contestar usando o PoW do último bloco, o operador não deve ser capaz de usar diferentes hashes de bloco para forks privados.
• Período de Resposta ao Desafio BitVM: O período durante o qual os validadores desafiam o operador e participam de um jogo interativo de validação (se necessário). No final deste período, existem apenas dois resultados possíveis: \
  a. A Fonte UTXO do Conector está disponível para o operador usar, permitindo-lhes reivindicar a quantidade de BTC coberta durante o saque. \
  b. A UTXO de origem do conector é queimada juntamente com a UTXO de resposta do BitVM, revogando o acesso do operador aos fundos da ponte.

O corte do cliente leve ocorre a cada 6 meses e continua indefinidamente no mesmo intervalo.

Lógica

Em Clementine, uma vez que a prova, incluindo a retirada, é finalizada no Bitcoin, o operador é responsável por cobrir cada retirada. Após cada período, o operador se compromete com a quantidade de fundos de ponte reivindicados da Clementine revelando log2(n) preimagens no Bitcoin. Este montante equivale às retiradas totais que o frontend cobre desde o último ponto de verificação.

Equivalência do EVM

Citrea traz programabilidade para o Bitcoin através da Máquina Virtual Ethereum (EVM). A EVM da Citrea é zero-knowledge provável e personalizada para o Bitcoin e BitVM. Esse ambiente de execução permite que os usuários implantem contratos inteligentes complexos além das capacidades de script do Bitcoin. A Citrea dimensiona o Bitcoin agregando milhares de transações e gerando provas de validade compactas. As provas da Citrea são inscritas no Bitcoin e podem ser verificadas de forma otimista no Bitcoin através do BitVM. Esse modelo garante a disponibilidade e verificabilidade de dados on-chain.

• Depósitos de usuários

Depósitos do usuário

Quando o usuário envia BTC para o operador da ponte, o processo de ancoragem começa. Os validadores (participantes autorizados a desafiar o operador da ponte) então assinam a transação do usuário. Essa assinatura é enviada ao operador da ponte, indicando que os validadores aprovam o depósito de BTC. Uma vez concluída essa etapa de validação, o usuário pode criar cBTC (CitreaBTC) enviando o SPV (Verificação Simplificada de Pagamento) da transação para o contrato inteligente no Citrea, em troca do BTC enviado para o endereço de depósito controlado pelo BitVM.

Alternativamente, o usuário pode acessar o Citrea através de uma troca atômica via Bitcoin ou Lightning Network, que é mais fácil e mais barato do que usar o depósito de pino bidirecional.

• Processo de Transação

Transações do Usuário

O ambiente EVM da Citrea permite aplicações como DeFi, transferências privadas ou trocas de BTC por BTC. Independentemente da aplicação do usuário, o processo técnico começa com o usuário enviando uma transação para um nó completo. Assim que a transação é recebida, o nó completo a envia para o sequenciador para confirmação suave. Qualquer pessoa que acesse o histórico de transações ou os dados de consulta da Citrea pode configurar um nó completo da Citrea.

O sequenciador é um nó completo que confirma suavemente transações e constrói blocos. Em seguida, ele propaga essas confirmações suaves (blocos suaves) para cada nó completo disponível. O objetivo das confirmações suaves é proporcionar aos usuários uma experiência de transação rápida. O próximo passo envolve um nó completo especial para agregação de conhecimento zero, chamado de provador, que desempenha um papel fundamental na herança da segurança de transação do usuário do Bitcoin.

Como todos os nós completos, o comprovador recebe confirmação do sequenciador suave e armazena os dados. A distinção-chave do comprovador é que ele cria lotes agregando as transações que foram suavemente confirmadas pelo sequenciador. Em seguida, gera uma prova de conhecimento zero para este lote, que qualquer um pode verificar a validade.

O provador gera a prova e cria um conjunto de dados chamado diferença de estado, que é a diferença no slot de armazenamento entre o estado inicial e o estado mais recente. A criação da diferença de estado é a razão pela qual o Citrea é eficiente na utilização do espaço de bloco do Bitcoin. Como o espaço de bloco do Bitcoin é limitado e custoso, o Citrea registra a diferença de estado em vez dos dados completos da transação para minimizar o uso do espaço de bloco e os custos de dados.

• Saques de usuários

Retiradas de Usuário

Para retirar do peg, o usuário pode enviar uma transação de retirada para um nó completo do Citrea ou registrá-la como uma transação forçada em Bitcoin. Em ambos os casos, o operador da ponte cobrirá a retirada do usuário e solicitará a retirada pré-coberta da BitVM. \

A ponte Citrea utiliza o BitVM para liquidação em Bitcoin. O BitVM é um paradigma computacional que permite contratos completos de Turing no Bitcoin. Desde que ninguém o desafie, a computação no BitVM é considerada correta, tornando o BitVM otimista. A Citrea usa o BitVM para verificar as provas de conhecimento zero inscritas no Bitcoin. Entre N validadores, um único validador honesto é suficiente para proteger o mecanismo de pegada bidirecional, permitindo que a Citrea alcance a minimização de confiança.

Alternativamente, o usuário pode sair por meio de uma troca atômica via Bitcoin ou a Lightning Network, que é mais fácil e mais barato do que usar o pino de duas vias.

Direções futuras de desenvolvimento

Abordagem de Máquina Virtual Múltipla

Citrea foi projetado para ser compatível e interoperável com várias máquinas virtuais. Ele roda no STARK zkVM de propósito geral, o que significa que qualquer máquina virtual pode ser implementada e provas de execução geradas. Inicialmente, Citrea implementou o EVM, mas devido ao seu design compatível com versões futuras, ele pode suportar outras VMs como WASM ou SVM.

Modelo da Volição

Volition é um tipo especial de solução de disponibilidade de dados que combina dados off-chain e on-chain. Em termos simples, as volições permitem que usuários ou aplicativos escolham onde os dados para cada transação são armazenados. Esse modelo permite que aplicativos com diferentes locais de dados interoperem dentro de uma única blockchain. Por exemplo, os usuários podem escolher a disponibilidade de dados off-chain para custos mais baixos, mas segurança reduzida ou a disponibilidade de dados do Bitcoin para custos normais, mas segurança total. Independentemente da disponibilidade de dados escolhida, cada transação continuará a ser validada por meio de provas ZK.

Rede Sequenciadora Descentralizada

Os colaboradores do Citrea estão explorando soluções para apoiar o consenso entre vários sequenciadores sem afetar a latência e a finalidade. Uma abordagem poderia envolver a implementação de uma camada semelhante a PoS, mas apenas para blocos de sequenciamento. Para os usuários, a fonte da verdade sempre serão as provas de conhecimento zero no Bitcoin. Uma camada de sequenciamento descentralizada reduzirá a confiança de curto prazo nos sequenciadores para proteger o sequenciamento, uma vez que o sequenciamento será finalizado em um único intervalo de tempo na camada de sequenciamento. Vários mecanismos de consenso, como CometBFT, Hotstuff e MonadBFT, estão atualmente sendo testados.

Swaps Atômicos sem Confiança

Atualmente, pesquisas estão em andamento para permitir swaps atômicos sem confiança entre Citrea e Bitcoin. Essas trocas permitirão que os usuários entrem e saiam do Citrea sem usar o mecanismo de peg.

Integração de rede do Lightning

Pesquisas estão sendo conduzidas sobre trocas atômicas sem confiança entre a Citrea e a Lightning Network. Isso permitirá que os usuários do Citrea paguem diretamente as faturas do Lightning da rede Citrea ou de seus pontos de entrada e saída sem depender da camada base do Bitcoin.

Assentamento sem confiança

Para alcançar o ajuste totalmente sem confiança do Bitcoin, é necessário um opcode para verificar as provas de conhecimento zero e um opcode de contrato. Na arquitetura atual, o BitVM fornece um ajuste minimizado de confiança - uma melhoria significativa em relação às soluções inseguras de sidechain.

Conclusão

O núcleo do protocolo Citrea reside em seu posicionamento exclusivo para fluxo dinâmico de dados, fornecendo uma solução eficiente e sem confiança para compartilhamento e gerenciamento de dados em tempo real. Seus amplos cenários de aplicação e arquitetura técnica inovadora o tornam um player significativo no campo do blockchain. No entanto, ainda enfrenta desafios em relação à tecnologia e à adoção do usuário para alcançar aplicações mais amplas.