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。

免責聲明：本文匯總了我的想法、其他人的資源和各種技術信息。這篇文章并不是對擴容生態系統的簡單總結，而是對以太坊L2可擴展性的當前狀態和未來可行性更詳細的概述。

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

VolitionL2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(verkletrees)、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。

以太坊Layer 2總鎖倉量跌破62億美元，7日跌幅2.16%:3月6日消息，據L2BEAT數據顯示，當前以太坊Layer 2總鎖倉量跌破62億美元，暫報61.9億美元，7日跌幅2.16%。其中，鎖倉量前五分別為：

Arbitrum One（33.7億美元，7日跌幅0.62%）；

Optimism（18.7億美元，7日跌幅3.91%）；

dYdX（3.61億美元，7日跌幅3.34%）；

Metis Andromeda（1.29億美元，7日跌幅8.76%）；

Immutable X（1.25億美元，7日漲幅0.74%）。[2023/3/6 12:44:49]

L2的主要類型

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(DisputeTimeDelay,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。

以太坊Layer 2上總鎖倉量為43.6億美元:金色財經報道，L2BEAT數據顯示，截至目前，以太坊Layer 2上總鎖倉量為43.7億美元，近7日跌0.54%。其中鎖倉量最高的為擴容方案ArbitrumOne，約23.1億美元，占比53.25%，其次是Optimism，鎖倉量12.2億美元，占比27.15%。[2022/11/28 21:05:41]

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。

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gaslimit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(SolanaLabs)、大約1000個驗證者(來源：SolanaBeach)，以及另一種稱為ProofofHistory(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(stateexpiry)和維克爾樹(verkletrees)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。

代幣標準化協議Smart Token Labs與Klaytn合作，計劃將TokenScript引入Klaytn網絡:3月28日消息，代幣標準化協議Smart Token Labs與韓國區塊鏈平臺Klaytn達成合作，Smart Token Labs計劃將TokenScript（一種智能代幣接口）引入Klaytn網絡，為其在Web3、游戲、NFT和元宇宙的發展計劃提供基礎設施服務。[2022/3/28 14:22:15]

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'sarticles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

Optimisticrollups

?Arbitrum

Arbitrum由OffchainLabs團隊構建。該網絡本身叫做ArbitrumOne，它利用optimisticrollup的技術方案來擴容以太坊。ArbitrumOne使用欺詐證明(fraudproofs)，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(disputetimedelay,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。

LayerZero旗下跨鏈橋Stargate Finance總鎖倉量突破25億美元:金色財經報道，據官網數據顯示，LayerZero旗下跨鏈橋協議Stargate Finance自上線以來，TVL已經超過25億美元。據悉，Stargate Finance是一個可組合的全鏈（Omnichain）原生資產跨鏈橋，目前已在以太坊、Avalanche、Polygon、BNBChain、Fantom、Arbitrum和Optimism等網絡上線，并支持用戶提供USDC、USDT、BUSD等幣種的流動性。（stargate.finance）[2022/3/25 14:17:54]

ArbitrumOne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ArbitrumL2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L2AMM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ArbitrumPortal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)

網絡RPC配置-Chainlist(搜索ArbitrumOne并添加至MetaMask)/在橋接你的資產之前請檢查你的移動錢包是否支持Arbitrum(這可能會導致你的財產永久丟失)—個人建議：Rainbowwallet(免責聲明：尚未支持Arbitrum)

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)。

ArbitrumNitro

ArbitrumNitro是ArbitrumOneL2的升級版，它使用WebAssembly(WASM)目標取代了自定義的AVM(ArbitrumVM)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。

Klaytn與科銀資本達成戰略合作 共拓亞洲市場:據官方消息，Klaytn近日宣布已與科銀資本達成戰略合作，雙方將在多維度深度合作，共同推動Klaytn在中國的生態落地及市場推廣。

據悉Klaytn是Ground X （韓國移動社交通訊公司KaKao的子公司)推出的公鏈，是以服務為中心的企業級分布式信任區塊鏈平臺。它通過高效的“混合”設計，結合了公共區塊鏈（分散數據和控制，分布式治理）和私有區塊鏈（低延遲，高可擴展性）的功能。

科銀資本是一家聚焦于金融科技區塊鏈、數字資產領域的投資機構，是澳大利亞一家具有區塊鏈數字貨幣風投牌照的投資公司；先后投資過早期的比特幣、以太坊等，也布局過區塊鏈基礎建設、云計算中心等重資產項目。[2020/7/9]

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OffchainLab團隊發布的公告。

Arbitrum的未來方向

像OffchainLabs團隊宣稱的那樣，Arbitrum不僅僅是一個optimisticrollup方案，他們會推出其他基于零知識證明(zeroknowledgeproofs)的擴容解決方案，同時還將繼續改良ArbitrumOneoptimisticrollupL2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zkL2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optimisticrollupL2解決方案OptimisticEthereum(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KrisKaczor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

OptimismOVM2.0目前是EVM等同的(EVMequivalence)，而ArbitrumOne(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)

主要工具：

區塊瀏覽器-OptimisticEtherscan

原生橋接-OptimismGateway

用戶指南

現有的應用程序門戶

網絡RPC設置-Chainlist(搜索OptimisticEthereum)

OVM2.0

OVM是OptimisticVirtualMachine(Optimistic虛擬機)的縮寫，它是執行OEL2中所有交易的虛擬機。OVM2.0于11月11日完成了主網升級。

Optimism通過OVM2.0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OVM2.0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

OptimisticEthereum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

分片

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OptimisticEthereum更加統一、更加強大。

BobaNetwork

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OptimisticRollup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OptimisticRollup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OVM2.0的時間比optimismrollup早，后者于11月11日在OptimisticEthereum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AWSLambda)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：

區塊瀏覽器

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optimisticrollup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(DataAvailabilityCommittee)，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optimisticrollup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MetisDAO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

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