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以太坊Layer2未来之争百花齐放还是一枝独秀?

2023-09-13 web3中文 来源:区块链网络

众所周知,区块链存在不可能三角的概念,区块链无法同时兼顾可拓展性、安全性和去中心化这三个维度。对于任何的一条区块链而言,最多只可能同时满足其中两个维度。以太坊自诞生以来,其安全性和去中心化程度毋庸置疑,但是,它的可拓展性差(每秒15笔交易的吞吐量)所导致的网络拥堵以及高额的手续费问题常常为人所诟病。以太坊上Layer2的出现是为了解决ETH可拓展性问题,简而言之就是提高以太坊的交易速度。以太坊联合创始人Vitalik宣布推进eth2.0开始,到目前为止发展进程仍然十分缓慢,在这期间,一些开发者寻求到折中的退而求其次的方法,Layer2解决方案也因此应运而生——将以太坊一层处理的交易数据尝试迁移到以太坊之外,以提高交易速度及负载。

目前,大家也有一个普遍的观点,Layer2将是在ETH2.0到来之前,最为有效的扩容方案。虽然作为一种折中手段,不得不说layer2发展迅猛,截至发文,据L2beat数据显示,目前以太坊二层整体锁仓量达93.2亿美金,其发展的迅猛势头可见一斑。本文将简要回顾以太坊Layer2发展历程以及现有项目发展状况并从技术、生态等维度简明扼要地分析各个Layer2项目的竞争力及发展前景。

Layer2技术迭代

状态通道

最早的以太坊的二层解决方案并不是Roll-up,而是状态通道。类比于比特币的闪电网络,两者都是基于状态通道通过将交易数据及运算都在链下完成并且再汇总到Layer1的方式来解决区块链的可拓展性方案。

作为一个存在很长时间的解决方案,在这里,我们用一个最经典的例子来简单介绍一下什么是状态通道:

小明是狂热的咖啡爱好者。每天,他都会去小红的咖啡馆购买咖啡,每杯售价2美元。然而,每次在以太坊主链上进行一次交易都需要支付昂贵的交易费用和等待确认时间,这让他们感到不方便。为此,他们决定使用状态通道:小明在以太坊智能合约中锁定了100美金作为状态通道的初始资金。这个合同(智能合约)在以太坊主链上运行,并且包含了小明和小红的签名。每次进行购买咖啡只需要签署一条消息,无需进行主链交易,这大大节省了交易费用及缩短了等待时间。结算时,合同会验证之前所签署的所有消息,根据购买的总额支付给小红相应金额,而剩余的资金将返还给小明。

状态通道存在很大地制约性,只能在状态通道成员之间进行交易,并且需要预付大量的锁定资金。在以太坊上应用状态通道的解决方案的项目是Layer2Finance。截至目前,其总锁仓量仅为$207,300(数据来源:app.l2.finance)从官方数据中不难看出,状态通道并未发展为以太坊Layer2主流解决方案。此外值得注意的一点,Layer2.Finance目前也支持Layer2其它解决方案:OP Roll-up以及zk-proof。

Plasma

相比于状态通道,Plasma优势是不需要提前在Layer1上锁定资金,这在一定程度上释放了流动性。Plasma的运营商替代了以太坊,汇总客户的交易信息,并且在一定的周期内,将所汇总的信息提交给以太坊。

仍然以之前购买咖啡为例,小明不需要提前预付资金到Layer1,Plasma会汇总一段时间周期内的信息,并在每一个周期内将小明的交易信息汇总到以太坊的主链。这就意味着在此周期内的发生的交易信息没有办法及时处理,如果此周期为一个小时,小明将一个小时之内无法完成购买咖啡的这笔交易。除此之外,Plasma存在为期7天的欺诈证明。

和状态通道类似,Plasma也具有过于中心化的风险,由于每个Plasma链都需要一个运营商将Merkle根承诺发布到主链。这就需要我们依靠第三方来准确地将Merkle根承诺发布到链上。而这里就存在运营商作恶问题,运营商可以执行所谓的“数据可用性攻击”,拒绝将某些交易发布到主链上。此外,用户想要将资产从Plasma合约转移回以太坊时,不得不需要等待7天时间来进行欺诈验证。

Polygon(侧链)

Polygon是一个以太坊Layer 2解决方案,它不仅仅是一个独立的扩展解决方案,更像是一个多功能框架和协议,可用于创建与以太坊兼容的区块链网络。

在Polygon上,有两种类型的区块链可以部署:独立链和安全链。独立链是指不依赖以太坊的共识机制来确保安全性的区块链,通常适用于已经拥有自己验证节点或寻求其他可扩展性解决方案的项目。这些独立链通常由企业网络或希望与Polygon-Ethereum生态系统集成的成熟链使用。

安全链则依赖于Polygon安全层的链,以获得高水平的安全性,并允许开发者在各种安全解决方案之间进行选择。这些安全链旨在支持初创企业和项目,使它们能够构建可靠和安全的系统。其中,Polygon PoS(Proof-of-Stake)链是最典型的安全链之一。该链采用权益证明共识机制,并定期向以太坊区块链提交链的快照,这些快照由Polygon的100个验证器提交。这种方法克服了以太坊吞吐量低的问题,提供更快的交易处理速度,从而降低了Gas费,提高了用户体验。Polygon生态总锁仓量截至目前为止为7.87亿美金(DeFilama数据),生态繁荣度极高,不乏像AAVE,QuickSwap、Compound等优质DeFi项目。同时Polygon目前也在致力于全栈式解决方案,Polygon Zkevm也于近期上线主网。

Polygon TVL数据(DeFilama)

Roll-up

有关于Rollup,Web3CN此前投研也曾多次详细介绍过,以下内容将简单扼要总结关于Rollup技术特征。Rollup本质则是将大量的交易信息打包成单个交易来进行处理的技术。目前市场上使用最广泛的的底层技术是OP- Rollup,(Optimistic Rollup)。它是通过欺诈证明(Fraud proofs)实现扩容。在Op-Rollup中,交易数据被系统乐观地相信是正确的,而不进行实时验证,直接进入一个等待期。在等待期内,如果有节点提出异议并提供了证据证明存在恶意交易,那么该交易将被取消;如果没有异议,等待期结束后,交易将自动完成并在主链上验证交易,在这一点上,是沿用Plasma的欺诈验证的机制,默认用户不会进行欺诈,但是为了保证基于乐观的安全性必须要有一个七天的验证期。而ZK-Rollup则主要依赖于零知识证明技术,通过将计算和验证过程分离,将合约执行的验证放在链下完成,然后将验证结果提交到以太坊主网上。计算过程在链下进行,而验证结果仅作为一个证明提交到以太坊,因此,这种方法提供了最高级别的安全性和用户隐私保护。由于Zkrollup使用了密码学零知识证明技术,包含了数学运算,大量基于数学运算,要与eth做到兼容更难一些。以太坊创始人V神对于Op-Rollup和Zk-Rollup之间 曾经提出过自己的见解:在短期来看Op-Rollup将会被更快的接受,但是随着对于零知识的熟悉和不断探索,从长远来看,Zk-Rollup将会更被看好。

总而言之,不管是哪种方式的Rollup都在不牺牲去中心化、安全性和通用性的情况下为以太坊提供了适度的可扩展性。 然而Rollup与其它在链下存储数据的二层解决方案相比,其可扩展性收到了一定制约。此外,Rollup在短期内更依赖于集中式排序器,有一定的中心化风险。但随着去中心化程度的不断发展,目前,Zk-rollup代表Starknet的核心堆栈已于9月6日全部开源,这对于Rollup完全去中心化进程起到了巨大的推动作用。因此,依赖于集中式排序器的Rollup的安全性只是一个短期问题。随着时间的推移,Rollup的分散排序器,使其成为优于Plasma、侧链和状态通道的技术。

Starknet全堆栈开源

Validium

大多数人可能对于Validium并不了解, 实际上,Validium早在2020年6月份就已经被Stakeware提出,Vaidium结合了Plasma以及了零知识证明,可以理解为是融合了plasma和zkrollup各自优势的混血儿,这就使得Validum可以更快更大量地处理运算,Validum相比于Zkrollup最重要的特征就是将交易数据也储存在链下,进一步降低成本,提高性能。目前,ZK rollup在当前的以太坊主网上有着严格的使用上限2000笔交易(TPS),而使用Validium的StarkEx则是每秒惊人的9000笔。此外,它结合了zkrollup的优势,验证有效性比plasma更快,Validum零知识证明减少了对于运营者的依赖进而减少了中心化的风险,其使用场景主要集中在DEX。Validium仅依赖主网进行结算和共识,目前发展较好利用Validum的项目是Immutable、ApeX以及Sorare等由Starkware公司提供的技术支持的DEX。

Volition——你的数据,你的选择

Volition结合了zk-rollup和Validium,为用户提供了更加丰富的组合方案。在Voliiton中,Zk-rollup和Validium共用一个状态根,这就使得即使Validium被攻击时,Zk-rollup上的资金也是安全的。机构和散户因此也可以根据不同的需求选择不同的方案:提供几亿美金流动性的DEX会选择高费用的Zk-rollup来换取最高级别的安全保障,而散户则会选择更加划算的Validium。在数据可用性模式方面的灵活性将再次为Starknet的开发人员和用户提供更大的自由度,使他们能够以经济高效的方式选择最适合其特定需求的安全级别。根据官方的路线图,Volition将在2023年第四季度在测试网络上实施。Web3CN也将在之后的文章中详细介绍Volition。

从Layer2技术迭代的历程来看,我们不难发现,并没有一个绝佳完美的解决方案,在Layer 2的众多解决方案中,由于资产安全性问题,许多方案已经逐渐被淘汰,例如状态通道和Plasma。而像Rollup的解决方案尤其是OP-Rollup是当下技术背景下最容易实现的。然而,它们本质上并没有从根本上解决资产的安全性问题。因此,随着零知识证明技术的进步,ZK Rollup更有可能成为最终的Layer 2解决方案,而Starkware技术团队也将成为以太坊的Layer2扩容之路的开路先锋。

Layer2生态现状

目前,众所周知的VISA平台,其TPS大约是每秒1700,峰值可以达到4000笔每秒。相较于Validium惊人的9000笔每秒的TPS,况且还是目前区块链仍处于初期的发展阶段的Layer2赛道来看,TPS或许并不是生态所最需要的指标,一般而言,对于一个好的二层评判标准,或许更集中在低gas消耗,安全性以及前景。对于Layer2生态现状,TVL相比于其它指标而言更具代表性。这一部分我们将通过TVL指标排名进行分析一些代表性的Layer2项目,来一探究竟目前而言最具竞争力的Layer2。

文章开头便提到,目前Layer2赛道的TVL总锁仓量为93.2亿美金,由下图我们可以发现更加具体详细的排名情况:

由上图可以发现,目前占据主导地位的仍然是Arbitrum One,其TVL占据整个以太坊Layer2赛道的半壁江山——54.16%。OP Mainnet紧随其后,TVL高达23.7亿美金,占据整个Layer2赛道的25.59%。前十大layer2项目TVL为89.9亿美金,占Layer2总TVL的96.5%;利用Zk Rollup技术的Layer2占据6个席位,但是TVL总量仅仅为7.87亿美金;OP-Rollup占据四席,TVL总量却高达82亿,两者相差十倍有余。

简而言之,以OP-Rollup技术为主的Layer2占据了目前绝大部分的二层生态,由于基于OP-Rollup赛道的Arbitrum以及OP Mainnet都已发币,而Zk赛道的Starknet以及Zksync的发币预期吸引力大量为了空投预期进行交互的用户,从而造成了一定的虚假繁荣的现象,这进一步确立了OP-Rollup的主导地位。值得注意的一点,Arbitrum上的单个衍生品协议GMX的TVL就已经达到4.17亿美金,比Zk赛道的TVL排名第一的ZKsync Era还要多出一千七百万美金。

Layer2发展前景

超级链

以OP Stack为例,OP Stack是Optimism Collective维护的一套开源开发工具,用于支持Optimism区块链。它旨在提供标准化和共享的软件组件,以简化创建新的Layer 2区块链的过程。OP Stack的核心目标是支持创建新的L2区块链。它提供了一套共享标准,避免了不同项目在孤立环境中重复构建相同的软件。OP Stack是Optimism区块链的引擎,包括Optimism Mainnet和未来的Optimism Superchain。Superchain是一组互操作的Layer 2区块链,共享安全性、通信层和开发工具。目前来看,支持OP Superchain已有19家基于OP Stack的项目,包含交易所、公链、客户端、NFT等诸多领域,其中,8月9日正式开放主网的BaseTVL已经高达3.85亿美金。

目前而言,共享安全性、通信层以及开发工具的全栈式Layer2将会是未来发展趋势,而OP在这个领域拔得头筹;其它Layer2也在积极部署属于自己独特的“Superchain”:Starknet于7月19日官宣Starknet正在致力于最具性能和创新性的扩展平台之一,而Paradex也已经策划功能为Starknet上第一个Appchain。zkSync引入了hyperchains的概念,一个可定制且无需信任的链式区块链网络,实现了超高可扩展性、改进的可组合性和增强的安全性。Polygon 2.0旨在通过跨链协调协议将其包括Polygon PoS、Supernets和zkEVM在内的一套L2解决方案统一起来,打造“互联网的价值层”。

在技术层面上,ZK-Rollup将会是未来的发展趋势,但是就生态而言,目前Layer2生态仍以OP-Rollup为主流。不得不说,当下的Layer2都有各自的优势,比如Starknet的技术,Arbitrium的生态以及OP全栈式赛道。虽然每个Layer2都存在不同的思路,以及处于不同的状态,但它们都以一个共同的目标为基础,即实现以太坊网络上无法实现的无限可扩展性。这意味着以太坊Laye2要创建一个与Web2类似的、可以无限扩展的Web3世界,为开发者和用户提供最佳的环境。我们同样也期待着这样一个在技术上更加成熟,生态上更加繁荣,开发环境更加友好的以太坊Layer2网络。

参考文献

https://www.theblockbeats.info/news/44546

https://defillama.com/

https://beastfin.com/news/10050

https://starkware.co/resource/volition-on-starknet-your-data-your-choice/

https://l2beat.com/scaling/summary


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编译者/作者:web3中文

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