ROLL:解讀以太坊 Layer 2 競爭格局及趨勢_LAYERX幣

以太坊的擴容問題迫在眉睫，而以太坊2.0分片規劃開發緩慢，Layer2上的擴容解決方案在短期內最有可能改變以太坊的擁堵現狀。以太坊中踐行Layer2擴容的團隊基于相同或不同的技術方案，例如Rollup和Plasma，進行相應的產品化落地。目前大部分產品還處于開發階段，它們之間的格局將影響到以太坊生態的格局。本文根據Layer2開發團隊對外披露的方案，對其實用性進行解讀和評估，總結Layer2項目的發展趨勢以及目前Layer2方案面臨的問題。

如何理解Layer2方案以及競爭力

Layer2：底層與應用的中間商

Layer2解決方案的思路是將本應該在Layer1上運行的計算過程放到鏈下，將結果傳回鏈上確認。無論是普通的轉賬，還是復雜的智能合約，都可以通過Layer2方案實現快速交易以節約Gas費。Layer2作為以太坊中的擴容工具，也是連接底層網絡和上層應用的中間層。從這個角度看，人們對Layer2有兩方面的要求：應用需要Layer2進行快速清算；主網和用戶需要Layer2保證計算結果的正確性以及資金安全。

一般來說，例如Rollup和Plasma技術，是通過主鏈上的智能合約來實現Layer2層和主鏈之間的交流，用戶通過與智能合約交互實現在Layer2層上的充值與提現，Layer2通過更新狀態將結果傳回主鏈上。但是狀態更新不是自動進行的，需要指定負責人來執行，也就是Layer2的運營商。以Rollup為例，雖然任何人都可以進行Rollup的操作，但在鏈下進行計算和主鏈上更新需要花費資源，因此需要對運營商進行經濟激勵才能保證Rollup運行。尤其是對于需要欺詐證明和挑戰期的方案來說，如果沒有合適的激勵方式，那么很難維持項目的可持續。Layer2上的交易費用由用戶承擔，運營商會收到這些獎勵。側鏈作為廣義上的Layer2方式也是通過這種方式運行，側鏈有獨立的驗證節點，用戶在使用側鏈或進行跨鏈時要向側鏈的節點發出請求。Layer2是底層與網絡應用之間的中間商，會因提供便利而收取費用。

Layer2方案競爭力的體現

換一個角度考慮，Layer2與底層網絡和應用這兩者的發展都相關，如果底層網絡以太坊出現問題，導致無人使用也就無需Layer2擴容。如果Layer2上沒有繁榮的應用生態，也不會有用戶使用，那同樣沒有存在的必要。既涉及到應用又涉及到用戶，這樣來說，Layer2方案之間的競爭頗具公鏈競爭的態勢。但不同的是，用戶退出公鏈生態就幾乎無法轉移到其他生態中使用，除非賣出所有公鏈中所有資產，而Layer2上的用戶可以自由在Layer2上進入和退出。如果Layer2上的應用不具有吸引力，用戶可以隨時轉移到其他Layer2上的應用中。在現在的環境下，對于用戶來說Layer2本身沒有吸引力，使用Layer2關注的更多是上面的應用。所以對于Layer2要注重兩個方面的體驗，開發者的體驗和用戶的體驗。

數據/機器智能美學先驅Refik Anadol推出解讀量子物理的藝術NFT:金色財經報道，根據德國知名畫廊“國王畫廊”（K?NIG GALERIE）披露，媒體藝術家、導演和數據/機器智能美學先驅Refik Anadol在misa.art平臺上已售出1000 NFT，這些NFT是Refik Anadol系列作品《QUANTUM MEMORIES : NOISE》的一部分，Refik Anadol使用 Google Quantum AI量子計算研究數據和算法來探索平行世界的可能性，并開發了一種定制的程序相干噪聲實現，利用超越經典測量的計算surflets（Surflets：包含平滑不連續性的多維函數的稀疏表示）。這件作品的靈感來自于量子物理學中的多世界解釋，并對其進行了推測——該理論認為有許多平行世界與我們自己的空間和時間存在于相同的時空。[2021/9/27 17:08:54]

以太坊在開發者社區已經形成了護城河效應，因此對于Layer2來說，越接近以太坊的開發環境，就越能獲得開發者的青睞。尤其是Layer2的很多目標應用都已經部署在主網上，如果需要開發者再針對Layer2環境進行開發，那么十分耗費時間精力。就像每一種新技術，Layer2方案也具有先發優勢，尤其是以太坊用戶都在期待Layer2網絡上線，因此盡快地開發Layer2解決方案并部署熱門應用是Layer2目前提高競爭力最有效的途徑。

在提高用戶體驗方面，首先要做的是保護用戶的資金安全。其次，要讓用戶無感地在主網和Layer2之間移動，如果其中操作繁瑣，則會造成用戶門檻進而影響使用人數。還有Layer2的立足之本，用戶需要在Layer2達到比主網更流暢的用戶體驗，并且能有效節約Gas費。

綜合來說，人們為使用Layer2付出的成本以及得到的便利的綜合評估，就是各Layer2的競爭力。

Layer2解決方案及特點

Layer2的技術解決方案可以分為幾種，例如狀態通道、側鏈、Plasma和Rollup等，同一種技術也會由不同的團隊開發成不同的版本。下面是目前熱門Layer2解決方案及特點。

OptimisticEthereum

OptimisticEthereum是由?Optimism?公司開發實現的基于OptimisticRollup技術的Layer2網絡，計劃主網于2021年7月上線。目前測試網上已經有Synthetix和Unipig兩個應用的Demo版本，他們也將成為主網上線后的第一批應用。

動態 | BitSG幣星唐伯虎解讀趨勢之王ETF產品:今日（2020年2月17日）晚19：00，BitSG幣星創始人唐伯虎通過社群與用戶深度探討了其最近推出的交易衍生品ETF，并與現貨、杠桿、合約等投資方式進行對比，剖析了在趨勢行情中ETF得天獨厚的優勢：一鍵多空、比現貨賺、比合約穩、永不爆倉，完美平衡了收益與風險，唐伯虎認為ETF產品應用于主流數字貨幣市場擁有巨大優勢，將成為行業的下一個熱點投資渠道，BitSG幣星ETF產品的獨到設計融合了再平衡、復利等先進機制，將幫助投資者在趨勢行情中取得意想不到的超高回報率。

ETF全稱為Exchange Traded Fund，含義是可交易型基金。ETF在傳統金融中主要應用于投資標的指數跟蹤，并將底層資產的價格波動，按約定的杠桿反應在基金凈值上，使投資者更便捷、更有效的獲得價格波動產生的收益，是一種低操作門檻、高應用覆蓋的成熟金融衍生品。[2020/2/17]

OE上使用了自創的OVM虛擬機，相當于Layer2上EVM的代替版。由于執行環境不同這兩者不完全相同，在主鏈上執行的智能合約需要轉義成適用于OVM的操作碼。在OE中，需要通過欺詐證明和挑戰期來確定狀態的正確性，其中涉及在Layer1上的多次交易，而且需要一定的時間。Layer2上狀態的最終確認需要7天的時間，如果存在欺詐交易則會回滾。OE的安全性也來源于欺詐證明的保證，那些揭示錯誤交易并在OE上提交證明的用戶會因此受到獎勵。為了防止運營者無成本作惡，成為運營者需要在以太坊上存入誠信保證金。如果他們的欺詐行為被驗證者發現，那運營者的保證金就會部分交給驗證者，部分被銷毀，這是出于運營者可以在驗證者提出證明前搶跑的考慮。

由于欺詐證明的存在和挑戰期的限制，用戶提現時有一周的等待時間，這也是OE現在的弊端，可以通過流動性提供者的方案解決。如果OE中的一個驗證者證明了用戶的一筆交易是正確的，在規定時間后會真實提現，那么他就可以充當流動性提供者，提前將資金預支給用戶，等待用戶提現完成再償還，以賺取挑戰期內的利息。或者用戶所需的應用都在OE上，用戶也就無需提現到主鏈上。

在費用方面，用戶在向OE智能合約轉賬和提現時需要消耗Gas費，在OE中進行交易時也許支付Gas費給運營者。OE中的Gas費計算方式與主網有所不同，例如在OE上的GasPrice是固定的常數，目前初始值為1Gwei，無需用戶再進行設置。

動態 | 江卓爾解讀甘孜藏族自治州通知：冬天枯水期發電少，挖礦的就不要用了:金色財經報道，就甘孜藏族自治州發布《我州積極做好迎峰度冬保電工作》通知一事，江卓爾發微博稱，看標題，翻譯一下：雖然我們四川甘孜州，夏天豐水期棄水棄電很多，歡迎你們挖礦來用，增加我們收入，但是現在冬天枯水期了，發電少，你們挖礦的就不要用了，各電站要把大部分電賣給電網，不要自己礦場用光光，不然我們電就不夠用了，還要從外面買電。[2019/12/26]

ArbitrumRollup

ArbitrumRollup由?OffchainLabs?團隊實現，同樣基于OptimisticRollup技術，目前發布了測試網V4版本，這是未來主網的候選版本。Arbitrum在OffchainLabs的規劃中除了Rollup之外，還有未上線的適用于其他應用的狀態通道和側鏈。目前ArbitrumRollup的測試網生態版圖包括Bancor，Balancer，Bounce，MCDEX和Arbiswap等應用，也包括Chainlink和TheGraph這樣的基礎設施。

圖1：Arbitrum架構

如上圖所示，Arbitrum建立在以太坊之上，使用EthBridge維系Layer1和Layer2之間的連接，調用EthBridge合約可以實現主網與Arbitrum鏈的交互。AVMArchitecture之上是Arbitrum底層運行的虛擬機AVM，ArbOS完全在AVM中運行，負責管理和執行智能合約。最重要的是，ArbOS為智能合約提供了與EVM兼容的執行環境。左上方的用戶在使用錢包或前端工具與Arbitrum進行交互時，無需使用新的工具，開發人員也無需進行額外開發，可以直接將現有的Solidity合約轉移到Arbitrum中。

與OptimisticRollup的思路相同，ArbitrumRollup使用欺詐證明保證網絡安全。相同的，Arbitrum中也會有專門的運營者和驗證者，運營者需要繳納押金防止作惡。專門的驗證者對運營者錯誤行為進行監督，否則每個交易參與者都親自驗證監督的話，會影響用戶體驗。在進行爭端仲裁時，Arbitrum會在鏈下對爭議內容進行拆分，在確定了最小的爭議范圍之后再調用以太坊合約進行決策。因此在Layer1層面的驗證上，Arbitrum的效率會更高。

動態 | 區塊鏈技術助力共建中國人群基因變異解讀標準數據庫發布:據央廣網消息，5月27日，“區塊鏈技術助力共建中國人群基因變異解讀標準數據庫”在2019數博會“生命大數據高峰論壇”上發布。華大集團大數據中心副主任楊夢表示，數據庫的建立必須滿足可公開、可溯源、不可篡改、迭代更新、臨床信息溯源、符合倫理法規等條件，而利用區塊鏈技術可以實現賬本公開、所有歷史信息留痕、哈希摘要上鏈、分布式共識、私有數據存證、細顆粒度權限控制等。[2019/5/28]

在Arbitrum中，同樣需要為使用虛擬機支付Gas，這體現為ArbGas，也是對Arbitrum運營者的經濟補償。ArbGas用于評估AVM中執行計算所花費的時間，1億ArbGas大約等于2020年初OffchainLabs開發者電腦的1秒CPU時間。每條AVM指令的ArbGas成本是通過測量設置的，與以太坊中的Gas計算有所不同。目前在測試版本中，默認的費用設置為零。

zkSync

zkSync由MatterLabs開發實現，基于ZKRollup技術，通過密碼學證明鏈上數據的真實性保證資產安全。運營者在上傳數據時會附加有效性證明，主網可以在數據上傳時即時驗證信息，所以讓Layer2達到和主網同等的安全性。目前zkSync的生態包括Curve、AAVE、Balancer、1inch等，已經上線了主網，2.0版本的主網預計在2021年8月上線。

zkSync以用戶資金安全為首要目標，使用了加密技術PLONK和RedShift。其中RedShift是一種透明通用的SNARK，由紐約大學的Assimakis和MatterLabs的Konstantin、Alexander研究發現。在使用zkSync時，交易有兩部分成本：1.Layer2上的狀態儲存和SNARK生成成本，這取決于硬件的使用；2.運營者支付將數據傳回以太坊主網上的成本以及驗證SNARK證明的成本，這取決于以太坊上的GasPrice價格。ZKRollup最大的阻礙就是與智能合約相關的有效性證明的驗證成本過高，因此不適用于智能合約的場景。zkSync通過重新對智能合約編寫讓其適用在ZKRollup中使用。但需要開發者重新使用Zinc語言部署合約，這將是目前zkSync未來最重要的計劃之一。

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涉及zkSync中的交易轉賬時，用戶可以使用轉賬的代幣支付Gas費，沒有必須使用ETH的要求。目前zkSync網絡是由集中管理的方式運營，未來將引入多個角色讓網絡更分散，例如引入PoS共識機制等。為了維持運營者的收支平衡，zkSync中的費用會隨著主網Gas費改變，但保證zkSync的使用費用始終比以太坊網絡低，ETH轉賬低20倍以上，ERC20代幣轉賬低100倍以上。未來zkSync還將推出自己的代幣用于治理和抵押，并上線更手續費更低的平臺zkPorter。

zkPorter將和zkSync2.0版本主網一同上線，zkPorter中的數據將被轉移到鏈下，可以與zkSync賬戶無縫交互，其中賬戶的數據可得性將由守護者的zkSync代幣持有者保障。守護者需要抵押zkSync代幣并參與PoS，如果數據不可得，他們將失去抵押的資金。

StarkWare

StarkWare是基于ZKRollup技術實現的擴容方案，目前的客戶有DeversiFi、iMMUTABLE，dYdX。不同于zkSync，StarkWare使用的是STARK技術，一種簡潔全透明的零知識證明。Cairo是StarkWare推出的圖靈完備使用STARK證明的平臺，以上的應用也是基于Cairo搭建的。除此之外，StarkWare還推出了交易平臺StarkEx。

StarkWare還開發了一種名為Validium的模式，在這種方案下，用戶將交易數據發給委員會成員，他們的數據會被儲存在鏈下，降低了ZKRollup中的資金的安全性，但由此效率會有所提高，更適用于高頻的場景。

Polygon

Polygon是Matic網絡的升級產品，與Matic成為兩個不同的擴容解決方案。Matic使用了Plasma框架，來保證側鏈的去中心化和安全性。Matic在Plasma鏈中應用了基于賬戶的模型，不同于其他Plasma中的UTXO系統，這讓PlasmaMatic適用于以太坊系統，支持EVM。Plasma側鏈使用PoS共識機制，質押Matic代幣可以成為網絡中的驗證者。Polygon的獨立側鏈完全與以太坊適配，因此用戶和開發者的學習成本為零，通過橋鏈接支持互操作性，側鏈中有獨立的驗證者保證安全。Polygon目前上線了側鏈和Plasma兩個以太坊擴容方式，ZKRollup和OptimisticRollup產品在未來的規劃中。這是為了實現不同用戶的擴容需求，例如企業級應用、初創公司和專注網絡安全的公司等。Aavegotchi、Easyfi、SportX、Aave等應用使用了Polygon的架構。

圖2：Polygon中的固定鏈模式和獨立鏈模式

xDai?Chain

xDaiChain是MakerDAO基金會推出的以太坊兼容側鏈，以xDAI為網絡交易的支付工具，xDAI與DAI同比例兌換。由于兼容EVM，以太坊中所有應用都可以直接遷移到側鏈上。目前xDAI的生態應用有很多，包括1Hive，Honeyswap，PerpetualProtocol，Sushiswap，Unique.one等等。

xDai側鏈使用了權益證明機制POSDAO進行記賬和治理，采用了雙層代幣模型，除了xDai作為支付代幣外，還發行了STAKE代幣作為治理代幣。目前的驗證節點還是中心化的受信任的節點，未來會逐漸開放。在以太坊2.0節點，xDaiChain將成為一個分片或者Rollup加入到以太坊網路中。

其他類Layer2項目

除了專注以太坊Layer2領域的項目外，還有一些原本目標是高速可擴展的公鏈，但實際中與以太坊運行環境不斷靠近讓其逐漸有了Layer2項目的影子，如Harmony，CelerNetwork，BSC，Heco等。跨鏈協議Polkadot上的項目也在探索與以太坊上應用的適配，例如AcalaEVM成功部署了Uniswap合約并運行。

最典型的例子是BSC和Heco，這兩者使用的虛擬機和以太坊相同，開發者可以直接將智能合約從以太坊上遷移過來。而且BSC和Heco在底層改變了公鏈的共識機制等參數，出塊速度更快并實現了更大的承載量，用戶可以在節約交易花費。如果其他公鏈在兼容性與以太坊相稱的話，就可以被視為以太坊上的側鏈，也就是廣義上的Layer2。

Layer2的發展趨勢及問題

Layer2的發展預期

各種Layer2方案層出不窮，我們在第一部分指出，Layer2的競爭力在于降低開發者難度以及提高用戶體驗，因此未來所有Layer2還將朝著這兩個方向進行，例如OptimisticRollup類產品改善欺詐證明和挑戰期的用戶體驗，ZKRollup對虛擬機和智能合約方面進行開發，讓其更適用于目前的DeFi應用。側鏈的實現雖然較為容易，但要提高資金安全和去中心化方面的保證。

Layer2層面上，很難在降低手續費、可擴展性、去中心化、數據可得性這幾方面同時實現平衡。隨著Layer2技術的不斷發展，例如最新的Rollup技術，如果忽視挑戰期或智能合約造成的不便，已經在去中心化和數據可能性方面實現了進步。然而為了追求更快的交易速度和降低手續費，比如zkPorter和Validium模式中，只能靠犧牲數據可得性來實現，不得不將數據轉移到鏈下儲存。不難理解，為了達成更高的效率，只能盡可能少地使用鏈上資源，也就是交給運營節點更多的權力，所以需要更完善的機制設計避免節點作惡。未來Layer2方案會在速度、費用、去中心化和數據可得性這幾方面進行取舍，針對不同的場景會出現不同的解決方案。

對于Layer2的運營者或驗證者來說，進行相關工作需要經濟上的激勵。對于大多數Layer2網絡來說，發行代幣也是未來趨勢，主要用于治理或激勵。但對于使用同一種技術的項目來說，例如OE和Arbitrum，經濟激勵的設計也是他們的競爭力之一。就像DeFi生態中的競爭，如果Layer2的對參與者的激勵更多，那就會因此吸引更多的運營者和驗證者來保證網絡安全。

Layer2只是以太坊上的工具，更重要還是運行在Layer2上的應用。可以看出，與Layer2項目合作最多的是需要高頻交易的DEX。隨著DEX項目的升級，例如Uniswap的V3版本，在Layer2上運行的需求就更強烈。未來Layer2上的競爭也是Layer2上應用之間的競爭，因此對于Layer2來說爭奪應用更為關鍵，尤其是需要高頻交易的應用。

Layer2方案面臨的問題

除了側鏈網絡，Rollup技術的Layer2解決方案的開發進度是低于預期的，因此難以判斷上線之后是否能真正符合預期，開發難度是目前Layer2面臨的問題。Layer2之間的互操作性也是目前Layer2方案面臨的問題，不同的Layer2是由不同智能合約控制的，因此在相同Layer2中應用進行交互才能降低手續費。如果同一應用部署在不同的Layer2中，則會影響它的流動性。因此跨Layer2解決方案也是目前的研究方向。

思考與總結

上文是對目前以太坊Layer2中主流項目競爭格局和趨勢的分析，Layer2作為連接以太坊底層和應用的中間層，也是以太坊主鏈上的擴容工具。最需要關注的就是為應用開發者和用戶層面上的使用體驗，尤其是對應用的爭奪。由于在不同的Layer2會影響應用的交互性，形成Layer2層面上完整的生態是理想的狀態。

雖然各Layer2方案都朝著提高可用性的方向發展，但最后不會出現統一的勝出者，這是因為在不同場景中會出現不同需求。例如在高頻交易場景下人們會更對手續費更敏感，這就可以犧牲掉部分的數據可用性以經濟機制來防止作惡。但在其他更需要安全性的場景下，就可以使用完全數據可用的方案。

為了維持Layer2方案的可持續性，處理運營者和用戶之間的關系同樣重要。如果對運營者的激勵過少，那么可能沒有足夠的運營者和驗證者維持網絡的去中心化和安全。如果對用戶收費過多，也可能造成用戶和應用的流失。尤其是大部分Rollup方案都采用了與主網不同的Gas費收取方式，是否能實現運營者收支平衡還需上線后再做評估。

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