比特币第二层解决方案：Ark协议深度解析

Ark 是一种创新的链下交易批处理机制，最初由土耳其开发者 Burak 提出。目前有两个正在开发的实现版本，分别由 Ark Labs 和 Second 开发，而 Burak 本人并未参与其中。

Ark 的初始设计比当前实施方案更注重隐私保护，并要求使用 CTV（CheckTemplateVerify）才能构建。尽管在实现过程中有所简化，但其核心目标仍然是为用户提供更高的隐私性和效率。

该协议依赖中央协调服务器运行，但它依然能够提供与闪电网络相同的功能和安全保障。只要用户在规定时间内保持在线，他们可以随时单方面退出方舟系统，并完全控制自己的链上资金，除非选择短期内信任运营商。

与闪电网络不同，Ark 不需要用户预先分配流动性即可接收资金。用户只需登录钱包即可立即接收资金，这大大降低了使用门槛。

接下来，我们将深入探讨 Ark 的各个组成部分。

方舟树

在 Ark 上，代币以虚拟 UTXO（vUTXO）的形式存在。这些是预先签名的交易，确保一旦提交到链上，将生成真实的 UTXO，同时这些交易在链下存储。

每个用户的 vUTXO 都嵌套在一个预签名交易树中，也称为“批次”。Ark 的运作方式是通过协调服务器（或 Ark 服务提供商，ASP）协助用户之间创建批次。无论何时用户接收资金、加入或退出 Ark，都需要构建一笔交易及相关的交易树来创建新的批次。

该树的构建方式是将链上已确认的根 UTXO 锁定，并通过 n-of-n 多重签名（包括树中所有持有 vUTXO 的用户以及 ASP）进行锁定，然后逐步拆分为更多 UTXO，最终到达叶子节点，即每个用户的 vUTXO。每个 vUTXO 都由一个脚本担保，该脚本需要 2-of-2 多重签名，其中一个密钥由用户持有，另一个由 ASP 持有，或者在时间锁之后仅由用户持有。

每次树分叉时，链上都会创建新的 vUTXO，同时还会生成更多尚未分叉成 vUTXO 的内部 UTXO。这些内部 UTXO 由 n-of-n 多重签名锁定，涉及 ASP 和树下所有持有 vUTXO 的用户。在批量创建过程中，用户从各自的 vUTXO 开始，一路向下直到树的根节点。这确保了根节点不会在每个用户对 vUTXO 的声明之前被签名，从而保证用户始终拥有对其资金的单方面访问权。

每个批次都有一个到期时间（详见下一节）。此到期支出路径作为链上根 UTXO 及所有内部 UTXO 的替代支出条件存在，允许 ASP 单方面自行收回所有资金。

交易、预确认和连接器输入

在 Ark 上进行交易有两种机制，分别是轮外转账（预确认交易）和轮内转账（实际确认交易）。这两种机制在安全模型方面各有优缺点。

轮外转账非常简单。例如，如果用户 Alice 想向用户 Bob 支付，他们只需联系 ASP，共同签署一笔将 vUTXO 支付给 Bob 的交易。Bob 收到这笔预签名交易后，可以将其用作单方面退出方舟的依据。然而，Bob 必须信任 ASP 不会与 Alice 合谋进行双花攻击。这些非循环交易甚至可以在最终确认之前多次链接。

要完成 Ark 交易，用户必须进行“批量交换”。用户无法在单个批次内以无需信任的方式确认转账，而是需要原子化地将现有批次中的 vUTXO 与新批次中创建的新 vUTXO 进行交换。这一过程由 ASP 协助完成，并借助“连接器输入”实现。

当用户通过批量交换完成交易时，他们会将 vUTXO 的控制权移交给 ASP。这里的关键问题是：如何防止 ASP 简单地保留 vUTXO 而不提供新的已确认 vUTXO？答案是“连接器输入”。

在创建新批次时，交易中会生成第二个输出，该输出在链上确认并实例化一个新的连接 UTXO 树。当 Bob 将一笔没收交易签署给 ASP 进行批次交换时，该交易会包含来自新批次的连接 UTXO 作为输入。

这提供了原子性保障。Bob 的已确认 vUTXO 包含在同一交易的批次中，而该批次是 Bob 的弃权交易生效的必要条件。如果该批次从未在链上创建，即 Bob 未真正收到新的已确认 vUTXO，那么他为 ASP 签名的弃权交易将永远不会有效且无法在链上确认。

流动性动态和区块空间

为了方便用户之间的转账，创建新批次所需的所有流动性均由 ASP 提供。ASP 需要拥有足够的流动性为用户创建新批次，直到旧批次到期。到期后，ASP 可以单方面清空这些批次，以回收之前锁定的流动性。

这是方舟协议核心流动性机制的关键所在。尽管这种方式提高了效率，因为流动性提供者无需评估用户或猜测谁会在收到资金前获得大额付款，但也增加了 ASP 的流动性需求。为了缓解这种情况，ASP 可以降低创建新批次的频率，从而大幅降低流动性要求。

这种动态对区块空间的使用也产生了影响。与闪电网络不同，Ark 交易需要在链上创建新批次以实现无信任的最终性。这意味着，尽管 Ark 的设计非常高效，但其交易速度仍然需要占用一定比例的区块空间，从而限制了单位时间内可创建的批次数量。

总结

Ark 在许多方面展现了与闪电网络几乎相反的权衡。它显著提升了链下交易的区块空间效率，并解决了闪电网络的流动性分配问题，但其吞吐量限制与区块链本身的吞吐量密切相关。

这种互补关系使 Ark 成为闪电网络的理想搭档。两者还可以互操作，例如在进入或退出闪电网络时，vUTXO 可以原子化地进行交换。

尽管 Ark 如何融入更广泛的比特币生态系统仍有待观察，但作为一个有价值的协议栈，即使与最初的设想有所不同，它仍将在比特币生态中找到自己的位置。