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來源：Starknet中文社區(qū)精選速覽
深入探討在Bitcoin上構(gòu)建demo橋契約，為Starknet的生產(chǎn)級橋奠定基礎(chǔ)
實施存取款聚合器、橋和取款擴展器四種智能合約
利用遞歸契約和默克爾樹有效地批量處理存款和取款請求，同時保持用戶賬戶的完整性和安全性引言
本文，我們深入探討了sCrypt如何在Bitcoin上構(gòu)建一個demo橋契約。該概念驗證實現(xiàn)旨在為Starknet二層（L2）網(wǎng)絡的生產(chǎn)級橋奠定基礎(chǔ)。該橋的設(shè)計允許將多個存款或取款請求交易合并為一個根交易，并將其并入主橋契約中，更新其狀態(tài)，該狀態(tài)由一組以默克爾樹組織的賬戶組成。
由于橋契約腳本非常復雜，我們在sCrypt利用了sCrypt專屬領(lǐng)域語言（DSL）來編寫其實現(xiàn)方式。概覽
該橋由一個遞歸契約Bitcoin腳本構(gòu)成。在這里，「契約」意味著鎖定腳本能夠?qū)χС鼋灰资┘訔l件，而「遞歸」則意味著上述規(guī)則足夠強大，可以在鏈上實現(xiàn)持久的邏輯和狀態(tài)（這是任何鏈上智能合約的基本要求）。
該腳本存在于一系列交易中，每筆交易都對后續(xù)交易結(jié)構(gòu)施加約束，而后續(xù)交易解鎖當前交易的輸出。每當一筆新交易添加到這條鏈中時，就代表了橋狀態(tài)的更新。因此，這條鏈的末端保存著當前的橋狀態(tài)。
該默克爾樹保存了一組固定賬戶槽的數(shù)據(jù)。葉節(jié)點包含各自賬戶數(shù)據(jù)的哈希值，其中包括地址和余額。為了表示空的賬戶槽，這些槽被標記為零字節(jié)。
每次橋的更新都會導致賬戶樹發(fā)生變化。為了方便這種更新，我們依賴于默克爾證明，其驗證在Bitcoin腳本中非常高效。更新主要包含兩個步驟。首先，我們驗證一個默克爾證明，以證明證明默克爾樹包含了特定賬戶的當前狀態(tài)。然后，在計算該賬戶的新狀態(tài)后，我們使用前述默克爾證明中的相同輔助節(jié)點來推導出新的根哈希值。
更新可以是存款，也可以是取款。橋可在單筆交易中執(zhí)行這些更新的批量操作。存款
我們的目標是讓用戶能夠獨立提交存款或取款請求。為此，用戶分別創(chuàng)建交易，分別支付給存款或取款聚合契約。該契約將這些請求匯總成一棵默克爾樹。該樹的根哈希值可以合并到主橋契約中，主橋契約隨后處理每筆存款或取款。
在存款交易中，除了對存款數(shù)據(jù)進行哈希并構(gòu)建默克爾樹之外，契約還確保鎖定在契約輸出中的存款satoshis按正確的方式累積至樹的根節(jié)點。聚合契約確保只有正確的鏈上智能合約才能使用這些資金。(當然，在生產(chǎn)環(huán)境中，我們也會允許用戶取消其存款交易）。
這種樹形結(jié)構(gòu)的設(shè)計源于契約腳本構(gòu)建的限制，即不允許包含過多輸入和輸出的交易。樹形結(jié)構(gòu)使我們能夠擴展到潛在的任意吞吐量。取款請求
取款請求的聚合與存款類似，但有幾處不同。首先，我們需要一種認證方法，以便用戶可以從自己的賬戶取款。這與存款不同，存款是任何人可以向任何賬戶存款，這與Bitcoin地址的使用方式類似。認證在聚合樹的葉節(jié)點層完成。取款請求聚合契約會檢查提款地址是否與葉交易中第一個輸入的P2WPKH地址匹配。
這確保了地址的所有者批準取款，因為他們已經(jīng)簽署了請求取款的交易。與存款聚合相比，另一個細微的不同之處在于，我們還會將中間的累計金額進行哈希，向上傳遞到樹結(jié)構(gòu)中。這是因為在擴展取款時，我們需要這些數(shù)據(jù)，稍后會詳細說明。
敏銳的讀者可能會注意到這種取款請求認證模型的潛在問題。假如操作員決定作弊，創(chuàng)建一個聚合樹的根交易，而聚合樹的數(shù)據(jù)是通過未經(jīng)認證的虛假取款請求在本地偽造的，那該怎么辦？我們需要一種有效的方法來驗證根交易是否來自有效的葉交易。
為了解決這個問題，我們執(zhí)行了所謂的「創(chuàng)世檢查（genesischeck）」。本質(zhì)上，我們讓聚合契約檢查其前一筆交易以及前兩筆交易，即其「祖先交易」。契約驗證這些交易是否包含相同的契約腳本，并執(zhí)行相同的檢查。通過這種方式，我們實現(xiàn)了一個歸納式的交易歷史檢查。由于前兩筆交易與當前契約一樣，執(zhí)行了相同的檢查，我們可以確認這些交易的「祖先」也執(zhí)行了相同的檢查，一直追溯到葉節(jié)點（即創(chuàng)世交易）。
當然，我們對樹的兩個分支都執(zhí)行了驗證。因此，每個聚合節(jié)點交易總共檢查最多六筆交易。取款擴展
現(xiàn)在讓我們進入解決方案的最后部分：取款擴展。在處理一批取款請求后，主橋契約會強制執(zhí)行一個輸出，將總?cè)】罱痤~支付給擴展契約。我們可以將這個契約視為執(zhí)行取款請求聚合契約所做操作的逆向過程。其從取款樹的根節(jié)點開始，將其擴展為兩個分支，每個分支包含應支付到該分支的相應取款金額。這個過程一直延續(xù)到取款樹的葉節(jié)點。葉交易強制執(zhí)行一個簡單的支付輸出，向賬戶所有者的地址支付他們要求提取的金額。
實現(xiàn)方式
為了實現(xiàn)我們的橋契約，我們開發(fā)了四個sCrypt智能合約，分別處理系統(tǒng)的不同方面。本節(jié)，我們將簡要概述每個合約的功能。
存款聚合器合約
存款聚合器（DepositAggregator）合約將單個存款聚合成一棵默克爾樹，然后將其合并到主橋契約中。這種聚合可實現(xiàn)批量存款處理，減少需要由橋單獨處理的交易數(shù)量。此外，它還允許用戶獨立提交存款，稍后由操作員進行處理。
合約構(gòu)建函數(shù)有兩個參數(shù)：
operator：橋操作員的公鑰，該操作員有權(quán)聚合存款。
bridgeSPK：主橋契約的腳本公鑰（SPK），確保聚合存款正確合并。
存款聚合器的核心功能封裝在「聚合（aggregate）」方法中。該方法執(zhí)行以下步驟：
驗證Sighash原像和操作員簽名：確保交易經(jīng)過橋操作員授權(quán)，并且sighash原像格式正確且屬于正在執(zhí)行的交易。通過這篇文章了解關(guān)于sighash原像驗證的更多信息。
默克爾樹聚合：驗證作為見證哈希值傳遞的存款數(shù)據(jù)是否與前置交易中存儲的狀態(tài)匹配。
金額驗證：確認前置輸出中的金額與指定的存款金額匹配，確保資金在聚合中正確計算。
狀態(tài)更新：通過連接前置交易的哈希值計算新的哈希值，并更新OP_RETURN輸出中的狀態(tài)。
重入攻擊防范：強制執(zhí)行嚴格的輸出腳本和金額，以防止未經(jīng)授權(quán)的修改或雙花。
一旦存款被聚合，它們必須合并到主橋契約中。這一過程由「最終確認（finalize）」方法處理，其步驟包括：
驗證前置交易：與「聚合（aggregate）」方法類似，驗證前置交易，以確保合并數(shù)據(jù)的完整性。
與橋契約的集成：通過引用橋的交易ID和腳本公鑰，檢查聚合后的存款是否正確地合并至主橋契約中。
存款聚合合約的完整源代碼可查看GitHub。
取款聚合器合約
取款聚合器（WithdrawalAggregator）合約旨在將單個取款請求聚合成一棵默克爾樹，與存款聚合器處理存款的方式類似。不過，取款操作需要額外的認證，以確保只有合法的賬戶所有者才能從其賬戶中提取資金。
取款聚合器的核心功能封裝在「聚合（aggregate）」方法中，該方法執(zhí)行以下步驟：
構(gòu)建和驗證前置交易ID：該過程驗證已聚合的前置交易是否有效并正確引用。
所有權(quán)證明驗證：驗證所有權(quán)證明交易確保只有合法的所有者才能從賬戶中提取資金。
所有權(quán)證明交易：一種證明控制取款地址的交易。合約檢查取款請求中的地址是否與所有權(quán)證明交易中的地址匹配。
金額驗證和總金額計算：該方法通過將取款請求或之前的聚合進行金額相加，計算出要提取的總金額。
狀態(tài)更新：計算一個新的哈希值，其中包含前置交易的哈希值和取款金額的總和。這個哈希值存儲在OP_RETURN輸出中，以更新狀態(tài)。
重入攻擊防范和輸出強制：確保嚴格定義輸出，以防止未經(jīng)授權(quán)的修改或重入攻擊。
取款聚合合約的完整源代碼可查看GitHub。
橋合約
橋（Bridge）合約是我們系統(tǒng)的核心組件，是維護橋狀態(tài)的主要契約，包括以默克爾樹組織的賬戶及其余額。其通過與我們之前討論的聚合器合約集成，處理存款和取款操作。
合約構(gòu)建函數(shù)有兩個參數(shù)：
operator：橋操作員的公鑰，該操作員有權(quán)更新橋狀態(tài)。
expanderSPK：取款擴展器（WithdrawalExpander）合約的腳本公鑰（SPK），在取款過程中使用。
存款方法負責處理聚合的存款交易，并相應更新賬戶余額。
存款方法執(zhí)行的步驟包括：
處理存款并更新賬戶：
遍歷存款，并使用「應用存款（applyDeposit）」方法將每筆存款應用到相應的賬戶。
更新橋狀態(tài)和輸出：
處理存款后，計算新的賬戶默克爾根。
創(chuàng)建新的狀態(tài)哈希值，表示更新后的橋狀態(tài)。
構(gòu)建合約輸出，將總存款金額添加至橋余額中。
保證輸出符合預期格式，以維護數(shù)據(jù)完整性。
取款方法處理聚合的取款交易，更新賬戶余額，并通過取款擴展器準備分配的資金。
取款方法執(zhí)行的步驟包括：
處理取款請求并更新賬戶：
遍歷取款請求，并使用「應用存款（applyDeposit）」方法將每筆取款應用到相應的賬戶。
更新橋狀態(tài)和輸出：
處理取款后，計算新的賬戶默克爾根。
創(chuàng)建新的狀態(tài)哈希值，表示更新后的橋狀態(tài)。
構(gòu)建合約輸出，將總?cè)】罱痤~從橋余額中扣除。
為取款擴展器合約創(chuàng)建一個擴展輸出，其中包含總?cè)】罱痤~。
保證輸出符合預期格式，以維護數(shù)據(jù)完整性。
完整源代碼可查看GitHub。取款擴展器合約
取款擴展器（WithdrawalExpander）是我們橋系統(tǒng)的最終組件，負責根據(jù)用戶的取款請求將聚合的取款金額分發(fā)回各個用戶。它逆轉(zhuǎn)了取款聚合器執(zhí)行的聚合過程，將聚合的取款數(shù)據(jù)擴展回單個用戶的支付。
進一步擴展：如果該方法尚未達到葉節(jié)點層，則會繼續(xù)擴展，將聚合數(shù)據(jù)分成兩個分支，并創(chuàng)建輸出，以供進一步擴展的交易消費。
結(jié)語
在這個概念驗證實現(xiàn)中，我們使用sCrypt嵌入式領(lǐng)域?qū)僬Z言（DSL）開發(fā)了一個基于OP_CAT支持的Bitcoin的橋契約。該橋利用遞歸契約和默克爾樹有效地批量處理存款和取款請求，同時保持用戶賬戶的完整性和安全性。通過設(shè)計和實施存款聚合器（DepositAggregator）、取款聚合器（WithdrawalAggregator）、橋（Bridge）和取款擴展器（WithdrawalExpander）這四種智能合約，我們提供了一種在Bitcoin上管理有狀態(tài)交互的方法，促進了與像Starknet這樣的二層網(wǎng)絡的互操作性。這項工作為構(gòu)建生產(chǎn)級橋提供了技術(shù)基礎(chǔ)，可能增強Bitcoin生態(tài)系統(tǒng)中的可擴展性和功能性。
所有代碼實現(xiàn)以及端到端測試均可在GitHub上獲取。
[全文完]
原文鏈接：https://starkware.co/blog/implementing-a-bridge-covenant-on-op-cat-bitcoin/
Mirror: https://mirror.xyz/starknet-zh.eth/zFbhQB7gfmSTV4CcTv5MRqJBUnKuwMLTNOgZ6jUgDK8
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