多角度理解 Layer 2 生态：概念、扩容方案及代表项目

撰文：Footprint 分析师 Vincy (vincy@footprint.network)最新数据显示，第四季度的以太坊 Layer 2 总锁仓量（或 TVL）较第三季度增幅 600%，于 11 月 25 日突破 71.7 亿美元的峰值。截止当前 TVL 最高是 Arbitrum（24 亿美元），其次是 dYdX（9.8 亿美元），Boba Network 以 7.7 亿美元的 TVL 位居第三。Layer 2 TVLTVL Share by Layer 2 Protocols随着以太坊网络用户量的与日俱增，网络拥堵以及高 gas 费成为各应用的首要问题，市场对以太坊网络的需求逐渐加大，缓解该问题也就成了重中之重。于 10 月 26 日，以太坊创始人 V 神在会上发表《通往以 Layer 2 为中心的以太坊之路》，意味着 Layer 2 是以太坊扩展的未来。在数据增大且网络拥堵的情况下，通过扩大容量，缓解当前所受的压力，Layer 的概念就油然而生。Layer 2 是一个为提升以太坊网络（Layer 1）性能的整体扩容解决方案。关于区块链的扩容主要分为两个方向：Layer 1 和 Layer 2– Layer 1：改进公链本身以提升性能，即链上扩容，包含增加区块大小 (或数据结构)、分片技术和隔离见证，能提高交易处理能力的解决方案；– Layer 2：不直接改动 Layer 1（主链）的区块大小等规则，而是构建一个链下的二层（即 Layer 2），包括状态通道、侧链、Plasma 和 Rollup，在二层处理部分交易以分担主链的压力，在必要时和主链进行交互，即链下扩容。Layer 1 和 Layer 2 之间存在什么联系？它们好比母公司与子公司的关系，把一些以太坊上的交易数据请求跨链到 Layer 2 处理，处理完后 Layer 2 返回交易信息跨链到 Layer 1，减轻 Layer 1 的交易压力，实现低 gas 费的交易结果，这是 Layer 2 的主要核心技术要点。除此之外，Layer 2 是对 Layer 1 的扩展，突破 Layer 1 的原有功能的限制，在不影响 Layer 1 本身的特性上，还继承了以太坊的安全性。早期的 Layer 2 是以状态通道和侧链两大方向去摸索，但在摸索的过程中发现，状态通道无法做到去中心化以及匿名性的隐私保护需求，侧链的资产控制权在链下，对资产安全性有很大的隐患，因此它们不是 Layer 2 中最好的扩容解决方案。而好的解决方案是需要是保持数据的安全性、交易真实且匿名性以及短期的退出周期等需求，而 Layer 2 也抓住这些特性不断地加以完善扩容功能。 Layer 2 Network TVL Growth Rate当前 Layer 2 共有 19 个项目，包括有 DEX 类型以及其他网络等，它们仍然是加密领域中最值得关注的趋势，从年初到至今，总 TVL 涨幅 11400%，Layer 2 增长快速与 Layer 2 的扩容技术调整后方案有直接的关系，当前主要有 4 种扩容方案，分别为 Plasma、Optimistic Rollup、ZK Rollup 和 Validium。Layer 2 TVL Protocols(Latest Day)1. Plasma 相对保障资产安全性，信息不可用成为阻碍 Plasma 是链下扩容解决方案，依赖主链交互最少的链下交易，它使用子链向根链（即以太坊）报告方式来增加交易吞吐量（系统在单位时间内处理请求的数量）。Plasma 是 OMGX Network 最早提出 Layer 2 概念的以太坊扩容项目之一，它的工作原理为以下几点：– 先在以太坊外构建 Plasma 链，用户将资产从以太坊上转移到 Plasma 链上，这个过程需要将主链资产发送到管理 Plasma 链的智能合约，该资产就可进入 Plasma 链中进行交互；- 每隔一段时间，Plasma 链上操作者（即 Plasma 链上维护者）会对该时间段内的交易进行批量处理，生成一个区块；- Plasma 链上操作者会将计算结果返回到主链上，并将资产交易的状态发送给资产当前所有者。Plasma 链扩容解决方案的突破点在于它保障资产相对安全，即使在链下环境不可用时，也能在主链上提取交易结果，从而更好提高主链交易吞吐量；另外还减少与主链的交互，降低交易 gas 费。但是，Plasma 机制并非完美，其存在的问题也比较明显：– 数据不可用。主链无法获取所有链下数据，只能通过根哈希（一种典型的二叉树结构，由一个根节点、一组中间节点和一组叶节点组成）进行简单验证；– 退出周期长。因不具备主链数据可用性，导致退出机制比较复杂，需要更长的周期进行欺诈证明，导致提取资金周期更久，约 7-14 天之上；– 通用性拓展难。在技术框架下限定子链的数据结构，加大难度。代表项目：OMG Network 使用 Plasma 的扩容方案当前 OMG Network 的 TVL 为 310 万美元，位居 Layer 2 项目中排名 14，相对其他项目体量较小，且从趋势上来看，属于停滞不前的项目。但随着 Layer 2 网络中 Optimistic Rollup 等新方案不断涌现，OMG Network 的定位方向逐渐削弱，通过升级品牌且采用 Optimistic Rollup 扩容解决方案重回战场，从而得到更多发展的机会。Optimistic Rollup（欺诈证明）及 ZK Rollup（零知识证明）通过验证交易包的真实性，从根本上解决 Plasma 数据不可用的问题。
2. Optimistic Rollup 压缩上链交易数据，但验证效率低下Optimistic Rollup 是 Optimistic 合约和链上数据可用性组合而成，选择相信操作者提交的交易包真实性，对欺诈行为作出处罚。它的操作原理是，当 Layer 2 计算结果返回 Layer 1 时，如果验证者认为结果可能存在欺诈行为，那么验证者就可以发起挑战，主链冻结资产，进行交易数据和记录验证，证明其是真实的交易还是欺诈的交易。另外，如没有验证者怀疑该计算结果，主链默认交易是真实的。这种模式提高了上链效率，将多笔交易打包操作，节约时间和节省 gas 费，拥有较强的兼容性，减少开发者的工作量，更好解决以太坊网络拥堵的痛点。其缺点是：– 验证效率低。验证欺诈证明机制使得资产存入和转出需等待较长的质疑期；- 资金可能会被冻结。如果验证者认为结果存在欺诈行为，容易被主链冻结资产；- 扩容程度不及 ZK Rollup。交易压缩率相对较低。代表项目：Arbitrum、Boba Network多个项目使用Optimistic Rollup的扩容方案当前 Arbitrum 链是 Layer 2 的龙头，而 Boba Network 是近一个月以来新兴网络，增长快速。它们使用 Optimistic Rollup 扩容解决方案，可以实现高吞吐量，让开发者以低成本部署，运营智能合约，同时可以保持无需信任的安全性。
3. ZK Rollup 高度去中心化，开发难度高ZK Rollup 是通过在单笔交易中对大量资金转移进行集中处理以提升扩容性。Plasma在每次发生资金转移时都会创建一笔交易，而 ZK-Rollups 则将数百次转移都捆绑在一笔交易中。 相较于 Optimistic Rollup，ZK Rollup 交易压缩率更高。体现于它通过零知识证明验证交易包的真实性，操作者能在不向验证者提供任何有用的信息情况下，使验证者相信某个论断是正确的。具体的操作如下：– 用户转入并锁定资产，Layer 2 添加账户资产信息； – 在 Rollup 网络中，用户签名并发送交易；- 操作者收集交易，批量打包，生成零知识证明；- 操作者将交易包和零知识证明广播到主链；- 智能合约通过零知识证明验证交易包的真实性，更新数值，执行转账操作。其优点是：– 实现去中心化；- 上链效率高。交易压缩率更高；- 验证效率高。没有验证等待期；- 安全性以及隐私性更优。零知识证明不透露交易细节，ZK Rollup 技术保证了提交给主链的数据真实有效。其缺点是：– 生成零知识证明过程复杂；- 应用定制化开发难度大，兼容性低。代表项目：dYdX 采用 ZK Rollup 技术方案dYdX 在为交易加密资产建立一个强大而专业的交易所，让用户可以真正拥有自己的交易，并最终拥有交易所本身。 dYdX TVLDYDX Token Price其作为 DeFi 衍生品龙头，也是 ZK Rollup 技术最早采用者之一。整体的数据表现：继 8 月份以来，TVL 持续上涨的态势稳住 Layer 2 项目的前 2 名，当前 TVL 为 9.76 亿美元，其 Token (DYDX) 价格有所下降趋势，当前为 9.04 美元，市值为 5.7 亿美元。
4. Validium 是混合扩容解决方案，安全性较低Validium 是混合扩容解决方案，能让用户能够在 ZK Rollup 模式和 Validium 模式之间进行选择。但区别于 ZK Rollup，Validium 的数据保持在链下，而 ZK Rollup 的数据可用性是在链上。Validium 可能更适合对无需信任要求没那么高的应用（譬如游戏 DApp），而 ZK Rollup 更适合于对安全要求较高的支付和交易所等场景。代表项目：DeversiFi 和 ImmutableX 采用 Validium 技术方案DeversiFi TVL & ImmutableX TVLDeversiFi，声称是在以太坊上获得 DeFi 机会的最简单方法：投资、交易和发送 Token 而无需支付 gas 费用，当前最大的基于 Validium 的去中心化交易所，数据显示，于 12 月 4 日，TVL 突破 1 亿之上创历史新高。ImmutableX，是以太坊上 NFT 的第一个第 2 层，承诺为游戏、应用程序、市场提供零 gas 费以及即时交易可扩展性的项目。当前位居 Layer 2 排名第 7 位。Layer2 扩容解决方案经过多年的更新迭代，实现在以太坊上扩容的安全方案，缓解以太坊网络的拥堵和高 gas 费等问题，成为了解决区块链技术规模化应用的主流技术方案，每种方案都有自身的优势和劣势，但每个 Layer 2 项目都根据自身情况去开发相应的技术，从而实现其最大的价值。Layer 2 的技术创新以及快速的发展，同时也在推动了 DeFi 市场、NFT 和虚拟世界等的发展，在提高网络吞吐量、减少开发者的工作量和交易效率等中，象征着 Layer 2 是以太坊扩展的未来。