TIM:Layer2 終極指南 (上)

介紹

在本文中，我將談談以太坊上的 L2，當前擴容生態系統的狀態；以及為什么我認為長期來看在以太坊上運行 L2 為最經濟和最技術可持續的擴容解決方案。

為了更深入地研究，我們需要先了解一些定義和概念。

摘要

為了總結這篇冗長的指南，我將列出與該技術及其未來前景有關的重要幾點：

用戶將不再需要與以太坊主網交互，因為它將僅作為 L2 的數據可用性層

Web3 應用程序的 UX 將把所有的復雜性都以簡明的形式呈現出來

模塊化的區塊鏈是經濟和技術最可行的長期可擴展性設計方案

目前，以太坊在模塊化區塊鏈中占主導位置，因為它擁有很強的安全性，并隨著轉向 PoS 安全性也會進一步提高

長期來看，有效性證明比欺詐證明更佳

Volition L2 基礎設施 (Validium + zk-rollup) 正成為基于 zkVM 的 L2 的黃金標準

以太坊作為 L1 層同時也利用數據分片、維克爾樹 (verkle trees)、無狀態和其他改變提高可擴展性

L2 領域正在加速構建一個共享的跨 L2 通信框架，這將使不同的 L2 項目之間共享流動性和具有智能合約可組合性

L2 使用 ETH 作為 gas 費，但之后會利用激勵機制創建 DAO 治理代幣以實現去中心化運營

應用程序設計空間正不斷擴大，因為構建者可用的帶寬將更多且面臨的執行層障礙將更少

Layer2 是什么？

L2 (二層) 是一種擴容解決方案，它具有一個單獨的執行層 (代碼運行的地方，如 EVM 這樣的環境) 并運行在 L1 (在我們的討論中 L1 即為以太坊) 之上。而這個執行層繼承了 L1 網絡的安全保證和去中心化特性。這意味著，如果 L2 由于漏洞、基礎設施故障而宕機，L1 也會在智能合約橋接內安全地保護用戶的資產。

根據提交到主網上的最新狀態快照可以取回資產。真正的 L2 橋接是完全無需許可和去中心化的，因此一旦用戶存入資金，用戶總能訪問自己的資產。目前幾種擴容解決方案使用的是不同的加密證明機制，其中都具有不同的安全和可擴展性權衡。在下文中我們將深入討論它們之間的差異。

L2 的主要類型

Layer2跨rollup橋Orbiter測試網絡新增支持zkSync2.0:金色財經消息，Layer2跨rollup橋Orbiter Finance的測試網絡新增支持以太坊二層解決方案zkSync2.0。[2022/5/25 3:40:54]

有兩種參數可以用來對 L2 擴容解決方案進行分類。其一是根據使用的加密證明分類，其二是看它們的數據可用性 (DA) 存儲在鏈上還是鏈下。

兩種主要的證明類型：

有效性證明 - 這是一種利用零知識 (ZK, zero-knowledge) 密碼學以確保交易有效性的數學證明

欺詐證明 - 這種證明引入了一種所謂的爭議時間延遲 (Dispute Time Delay, DTD)，一旦證明提交至 L2，驗證者留有一定的時間以標記出無效的證明；無效證明可能包含著不正確的狀態轉換，因而會對涉及的驗證者施加懲罰；隨后狀態回滾至最近的有效快照狀態處

數據可用性存儲在鏈上或鏈下是什么意思呢？

鏈上：狀態數據連同所有交易的所有執行的 calldata (智能合約函數調用、原生代幣轉移、簽名) 一起放入交易捆/rollup 的加密證明中，這使得可以在鏈上訪問和驗證所有數據。

鏈下：執行的 calldata 和狀態由 L2 處理并存儲在鏈下。這使得這個方案不夠安全和去中心化。然而，鏈下存儲數據方案更容易將更多交易打包進一個 rollup 中，也因此比鏈上調用數據證明方案的速度快許多。

擴容解決方案分類

這些是幫助區分不同類型 L2 的主要相關屬性。但是，既然我們可以直接通過 L1 實現擴容，為什么要使用 L2 呢？為什么不使用更便宜的鏈，如 Solana、Fantom、Avalanche 或 BSC？我們將在下一節回答這個問題。

模塊化 vs. 單一型基礎結構

在區塊鏈中，有一個著名的概念叫做三難困境 —— 即試圖優化三個主要的因素：安全性、去中心化和可擴展性。在同一個系統中實現三種優化十分困難。通常來說，區塊鏈對三點中的某一點做出權衡并實現其他兩點的優化。而在以太坊這個用例中，我們首先優化安全性和去中心化水平，同時將提高可擴展性作為次要優先的工作。需要明確的是，可擴展性并非以太坊核心開發者的主要優先考慮事項。

以太坊智能合約自動執行工具 Gelato Network 推出多鏈交易 API Gelato Relay:5月17日消息，以太坊智能合約自動執行工具 Gelato Network 宣布推出多鏈交易 API Gelato Relay，新功能可提供無 Gas 交易、定制機器人、跨鏈橋和跨鏈消息傳遞協議等服務，幫助 Web3 應用程序和基礎設施開發人員使用簡單的 API，以輔助其用戶或協議快速地進行任何交易。[2022/5/17 3:22:10]

整個 2021 年，由于 DeFi 和 NFT 的增長，以太坊主網變得越來越擁擠。因而以太坊對區塊空間的需求前所未有地高。但是，我們不能簡單地通過改變區塊 gas limit 的大小來增加區塊可以包含的交易數量，因為這將極大提高運行一個節點的硬件要求，這意味著運行節點將變得更加困難 (降低去中心化)。再者，如果區塊變得太大，這會破壞共識 (降低安全性)。

單一型區塊鏈

其他鏈采用了不同的方法，它們優先考慮可擴展性，其次是安全性，最后才是去中心化。讓我們以 Solana 主網 beta 版本為例。該網絡有一個主要的客戶端開發團隊 (Solana Labs)、大約 1000 個驗證者 (來源：SolanaBeach)，以及另一種稱為 Proof of History (PoH) 的共識機制。

Solana 采取了獨特的擴容方案，這是一種單一型區塊鏈。隨著計算能力的增加，他們計劃無限擴展運行網絡的驗證節點。這種方法使網絡去中心化程度降低，因為節點驗證者被迫不斷購買性能更好的硬件以不斷跟上網絡。由于量子隧道效應，當我們達到芯片內部所能容納的極限時，人們擔心計算能力的增長速度會放緩。某種程度上，我們需要一種新的計算范式出現或技術上的重大突破，以使這種方法可持續。因此，我的結論是區塊鏈擴容有更好的長期替代方案。

模塊化區塊鏈

模塊化區塊鏈的方案本質上由一個主要網絡組成，該網絡優先考慮安全性和去中心化，以便它可以充當 L2 的數據可用性層。如果這個主要網絡出現故障，所有 L2 都會出現故障。但是，如果某個 L2 出現故障，所有資金都是安全的 (由 L1 提供安全性保障)。這是以太坊采用的方法，因為 L2 將為我們提供最大的擴容空間。當然，還有其他一些擴容 L1 的方案，如數據分片、狀態休眠機制 (state expiry) 和維克爾樹 (verkle trees) 以及其他各種方法。然而，需要更多時間實現這些方案，因為以太坊優先提高安全性和去中心化。

韓國科技巨頭Kakao旗下區塊鏈平臺Klaytn已簽署五項戰略合作:1月10日消息，由韓國科技巨頭Kakao開發的區塊鏈平臺Klaytn已簽署五項戰略合作伙伴關系，以推動公司的全球發展。自2021年8月以來，Klaytn與日本科技巨頭GMO Group、亞洲NFT市場East NFT、美國娛樂公司Animal Concerts、金融科技加速器F10以及位于印度尼西亞的投資者Innovation Factory（三林集團的數字化部門）合作。

Klaytn全球采用負責人David Shin表示：已做好準備在2022年駕馭元宇宙浪潮，正在與領先的游戲公司建立更多的合作伙伴關系。（Tech in Asia）[2022/1/10 8:39:24]

模塊化區塊鏈的一個關鍵方面是它們可以無限擴展，而無需快速升級硬件。它們之所以能做到這一點，是因為與單一型區塊鏈的架構相比，它們在技術和經濟上都是可持續的。至于為什么模塊化架構比單一型架構更可持續，更詳細的論證可以在這篇文章，作者：推特號 @ epolynya (u/Liberosist - Reddit)。

從本質上講，區塊鏈的可持續性從兩個維度來分析：

技術可持續性

節點需要保持同步

在合理的時間內完成從區塊鏈的創世區塊開始的同步

避免狀態過度膨脹而導致失控

經濟可持續性

理想情況下，L1 產生的收入高于運營網絡的成本

不能人為地提高吞吐量，因為最終所有中心化的 L1 將不得不增加它們的費用

Rollup 和數據分片 (rads) 成為滿足這些需求的唯一解決方案，這就是為什么模塊化架構是唯一長期可行的擴容解決方案。

更完整的解釋請閱讀下文中“拓展閱讀”板塊里 ?@epolynya's articles 的文章。

L2 的當前狀態以及用戶如何從中受益

我們正實現擴容，過去幾年一直研究的解決方案已經上線了 —— 至少提供了有限的可擴展容量。而且在不久的將來會有更多解決方案在主網上發布其 L2 的改進版本和 Alpha 版本。在上文的 “L2 的主要類型” 板塊中描述了擴容方案的不同屬性，根據這些屬性可以將擴容方案分成不同的類別。

L2 解決方案的不完整列表

Optimistic rollups

歐易OKEx Layer2概念幣板塊播報：漲幅較大:據歐易OKEx平臺數據顯示，受市場大行情影響，幣幣交易專區-Layer2概念幣板塊今日全部處于上漲狀態，MATIC以35.54%的漲幅領頭整體板塊。

據了解，Layer 2 通常被稱為“鏈下”解決方案，其主要目的是擴展區塊鏈的性能，同時保留分布式協議的去中心化優勢。Layer2板塊幣種行情如下：[2021/4/26 20:59:54]

? Arbitrum

Arbitrum 由 Offchain Labs 團隊構建。該網絡本身叫做 Arbitrum One，它利用 optimistic rollup 的技術方案來擴容以太坊。Arbitrum One 使用欺詐證明 (fraud proofs)，并具有鏈上調用數據可用性，這意味著每筆交易的所有數據都被完全排序、捆綁并提交到主網上。由于 Arbitrum 使用了欺詐證明，它會有周期大概為七天的爭議時間延遲 (dispute time delay, DTD)。一旦 DTD 通過了，就可以認為網絡上的狀態更改是有效的，用戶可以通過本地橋接提出他們的可用余額。我們稍后會討論其他中心化的橋接，這些橋接允許你通過跨 L2 的流動性池繞過欺詐證明的周期，實現即時提款。

Arbitrum One 是目前鎖倉量最高的 L2 網絡。一個很棒的網站 ?L2Beat 向我們統計了這些數據。

已經有許多協議和應用程序支持 Arbitrum 了，包括支持無縫切換至 Arbitrum L2 的基礎設施。目前使用 L2 的唯一問題是它需要累積更多的流動性，并且像跨 L2 AMM 架構 (比如由 Starkware 和 Loopring 發明的 dAMM) 這樣的創新方案以及 Connext 和 Hop 這樣的流動性協議需要足夠多的流動性和足夠去中心化，以便所有擴容解決方案能夠共享同樣的基礎設施，而不會導致生態系統碎片化。

關于 Arbitrum 應用程序的生態系統概述，請瀏覽 Arbitrum Portal 網頁。

主要工具：

區塊瀏覽器 - Arbiscan

橋接 -Arbitrum 原生橋接 (提款大約需要等待 7 天的 DTD 時間)

AMM 聚合器 - 1inch

如果讀者使用 Arbitrum 橋接時感到困惑，請查看 Arbitrum 橋接教程。如果想要從以太坊以外的其他網絡進行橋接，請查看下文的 L2 橋接板塊 (注意，這些橋接都有不同程度的中心化)。

韓國Kakao公司旗下KLAY代幣已上線Coinone交易所:6月5日，韓國科技巨頭Kakao通過韓國當地加密貨幣交易所Coinone上線其區塊鏈發行的Klay（KLAY）代幣，現在已經開通KLAY與韓元交易對。

本周早些時候，他們在KakaoTalk上發布了一項新的加密錢包功能。（Cointelegraph）[2020/6/6]

Arbitrum Nitro

Arbitrum Nitro 是 Arbitrum One L2 的升級版，它使用 Web Assembly (WASM) 目標取代了自定義的 AVM (Arbitrum VM) 以負責欺詐證明。這個升級也會使得整個系統與 EVM 更加兼容。另一個變化是，EVM 模擬器 (EVM-emulator) 會被 Geth 取代 (Geth 是目前運行最多的以太坊客戶端)。ArbOS 組件也被修改，以提供跨鏈通信；還會發布一個新的、改進的交易批處理和壓縮系統，以最小化 L1 成本。

這次升級將會無縫推出，所以用戶無須做任何事情。升級后，執行速度預計會提高 20-50 倍并極大地降低交易成本。更多內容請閱讀 Offchain Lab 團隊發布的公告。

Arbitrum 的未來方向

像 Offchain Labs 團隊宣稱的那樣，Arbitrum 不僅僅是一個 optimistic rollup 方案，他們會推出其他基于零知識證明 (zero knowledge proofs) 的擴容解決方案，同時還將繼續改良 Arbitrum One optimistic rollup L2 方案。這是零知識化趨勢的一個很好的例子，許多項目正在轉向零知識方向。因為一旦 zk L2 的技術實現得到了更好的研究并能夠實現通用的 EVM 計算，執行環境就會更加靈活，或者說可擴展性更強。

Optimism

Optimism 是一家公益公司 ?(PBC)，它在以太坊上構建了一個 optimistic rollup L2 解決方案 Optimistic Ethereum (OE)。我將通過解釋 Arbitrum 和 OE 在基礎架構上的異同來描述 OE。詳細的比較可以閱讀 Kris Kaczor 發布的推文介紹。

Optimism 和 Arbitrum 的相同之處：

都屬于 rollup 并且所有交易數據都存儲在 L1 上

都屬于 “optimistic” 機制，因為都使用欺詐證明

都利用定序者 (sequencer) 來實現即時 “最終確定性”

都具備通用的跨鏈通信功能，可以用來構建高級代幣橋

都支持與 EVM 相關的工具，但是需要專門的插件

Optimism 和 Arbitrum 的不同之處：

具有不同的欺詐證明驗證機制

Optimism OVM 2.0 目前是 EVM 等同的 (EVM equivalence)，而 Arbitrum One (即便 Nitro 升級之后) 只是 EVM 兼容的

Optimism 采用單輪欺詐證明，而 Arbitrum 采用多輪欺詐證明

在 Optimism 上部署 app 依然需要通過許可 (為之前的申請者開放私有白名單網絡)，而 Arbitrum 發布了公開主網版本 (無需許可)

區塊瀏覽器 - Optimistic Etherscan

原生橋接 - Optimism Gateway

用戶指南

現有的應用程序門戶

網絡 RPC 設置 - Chainlist (搜索 Optimistic Ethereum)

OVM 2.0

OVM 是 Optimistic Virtual Machine (Optimistic 虛擬機) 的縮寫，它是執行 OE L2 中所有交易的虛擬機。OVM 2.0 于 11 月 11 日完成了主網升級。

Optimism 通過 OVM 2.0 升級實現 EVM 等同性這一目標，這將使得 OE 成為完全等同于 EVM 的編譯目標。像 Dapptools (智能合約代碼庫和命令行工具 — 形式化驗證、符號執行、項目管理等等)、Hardhat、Solidity、Vyper 等等這樣的開發者工具將可以直接在 OVM 2.0 本地運行，這些工具的開發者不必擔心如何支持碎片化的代碼庫。這就是以太坊社區中每個人都提到的強大的“網絡效應”。值得注意的是，EVM 的任何競爭者都必須從頭開始重建所有這些開發者工具。

閱讀 Optimism 的博客文章以了解他們如何實現 EVM 等同性。

追溯性公共物品募資

我認為 Optimism 團隊最重要的公告之一就是他們承諾將其所有利潤用于推動公共物品發展 (總計超過 100 萬美元)，并追溯性地使用二次方投票。團隊還承諾將 L2 定序者的利潤 100% 捐贈出去以推動公共事業發展。這筆利潤是由產生的交易費收入減去向以太坊主網提交欺詐證明所需支付的成本而剩下的金額。這位以太坊社區中其他 L2 項目樹立了一個利他主義的榜樣。

OE 的未來方向

Optimistic Ethereum 未來的計劃雄心勃勃，其路線圖可在 Optimism 規范中查看。

摘自其規范：

該路線圖和抽象的設計是為了使每個組件能夠獨立發展。這 4 個主要組件是：

optimistic 主網部署

欺詐證明基礎設施

無狀態客戶端

每個組件都會發布獨立且增量式的版本，每一次更新都會讓 Optimistic Ethereum 更加統一、更加強大。

Boba Network

Boba 是一個以太坊 L2 擴容解決方案，由 OMG 基金會核心貢獻者 Enya 團隊構建。Boba 是 Optimistic Rollup 解決方案，可以降低 gas 費，提高交易吞吐量，并擴展智能合約的性能。Boba 通過社區驅動的流動性池為用戶提供了快速退出功能 (類似于 Connext 或 Hop 協議等其他解決方案)，將 Optimistic Rollup 的退出周期從 7 天縮短到只有幾分鐘，同時讓流動性提供者能夠進行流動性挖礦并從中獲益。

Boba 最初通過分叉 Optimism 而形成，他們團隊是 OVM (optimistic 虛擬機)的關鍵貢獻者之一。一個有趣的事實是，Boba 部署 OVM 2.0 的時間比 optimism rollup 早，后者于 11 月 11 日在 Optimistic Ethereum 上發布。盡管 Boba 是分叉而來的，但它們確實有一個模塊化的結構，使其能夠向主網提交證明，這允許在未來實現可升級性或零知識化。團隊計劃為即將發布的 v3 完全重寫代碼庫，v3 將在未來幾個月在主網上發布。Boba 的設計還能夠實現智能合約可擴展性，并允許開發者構建dapp，調用在 web 規模的基礎設施 (如AWS Lambda) 上執行的代碼，這使得無法在鏈上執行或成本過于昂貴的算法得以使用。

BOBA 空投 - 治理代幣

資源：

Boba 網絡門戶網站 (橋接)

開發者門戶

Metis

Metis 是以太坊上的 L2 擴容解決方案，它使用并行或分片式的 optimistic rollup 架構。在 Metis 虛擬機 (或 MVM) 中，有著所謂的去中心化自治組織，即DAC (Data Availability Committee)，它們擁有獨立的計算和存儲層，可以根據 L2 應用 (如 DAO、dapp、協議等等) 的需求定制。這些 DAC 是 optimistic rollup 的并行執行層。由于 DAC 具有跨層通信協議，各個 DAC 之間是完全可互操作的，并且流動性可以無縫地在它們之間轉移。根據 Metis 的技術白皮書，他們設計的擴容解決方案可以對以太坊進行橫向擴容，而無需在基礎設施上投入大量資金。

在 Liscon 期間，我偶然遇到了 Metis DAO 團隊，我對其基礎構架的理解是，它是一個具有不同執行層的網絡，不同的執行層專門為特定的應用者服務以達到擴容目的 (DAO、dapp 等等)，同時通過向主網提交欺詐證明來保證其具有以太坊 L1 級別的安全性。可能也會有一些公共 DAC，比如一些用來做 swap 的 AMM 流動性協議。由于其具有跨 DAC 的原生互操作性，其他 DAC 的用戶也可以在需要時使用這種公共 DAC。這是一種新穎的設計和有趣的實驗。

來源 |?mirror.xyz/dcbuilder.eth

作者 |??DCBuilder

Tags：TIMIMIOPTIMISJMTimesashimiswapOptionRoomThemis

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