深度探究波卡能给Layer2带来什么惊喜？

波卡生态观察，是我们针对 Polkadot 生态内的项目，以不同生态位的视角来观察和分析的一个专题栏目。Polkadot 是一个扩展性很强的项目，可容纳非常多的生态位，而通过对生态位的观察，我们既可以感知全局，清晰地了解 Polkadot 整个发展情况；又可以观察入微，发现哪些生态位正处于激烈竞争或者一片蓝海的状态。只有更清楚地了解 Polkadot 生态发展的情况，作为投资者、参与者或者研发者才能更好地把握住 Polkadot 生态发展的红利。（本文会不可避免地涉及项目，仅用作文章观点表达，不作为其他任何建议。）背景如果不是因为最近加密市场行情走低，可能大部分人在以太坊上转一笔ETH都稍显费劲儿，毕竟行情的下滑导致了转账的人数变少，也使得转账费用相应走低，现在一笔转账费不到2USDT，这在几个月前是难以想象的。尽管现在的gas费看似很友好，但这仅仅是环境变化导致的结果，要知道ETH的拥堵问题已经变成了“老大难”的棘手之事，这也是为什么在几年前会有众多公链号称要击垮以太坊的原因，毕竟拥堵问题和高转账费似乎成了诟病，但多年过去，那些在以太坊面前耀武扬威的公链们几乎已经销声匿迹，而剩下的只有另一群新兴玩家——Layer2团队。也许在几年前Layer2并不被行业所看好，一些当时声称要做Layer2赛道的团队其实已经换了一批，毕竟这个故事听起来并没有“超越以太坊”这样令人心动，但事情发展到了今年，一些改变正在发生，众多Layer2项目如雨后春笋般冒出，甚至在前一两个月成为了行业的热点，融资数额也在不断攀升，不少项目的天使轮就超过了100万美元的募资。因此作为波卡这样的大生态，我们也有必要了解下其生态内Layer2的发展，也许有人会说波卡不需要Layer2，但Layer2作为一种新兴的技术解决方案，我们不能太早的下定论，而从波卡生态中的Layer2项目的发展来，Layer2的潜力也不容小觑，这是值得我们关注和研究的方向。Layer2到底是什么？1.Layer2的定义Layer2，又叫二层网络，顾名思义，是相对于Layer1来说扩展了一层新的网络。按照目前比较常见的定义方式，我们对Layer2的描述不能单从Layer2本身来叙述，还要探讨Layer1，这就好比若要描述鸡蛋是什么，就不得不提及鸡究竟是什么一样。在比特币刚诞生之时，仅用于小范围的价值传递是绰绰有余的，不会存在网络拥堵的问题，而当几年后，进入比特币网络的用户越来越多时，拥堵便自然发生，这与以太坊的问题相似。如果不是加密猫和以太坊上大量应用的出现，可能大家并不会诟病以太坊的拥堵，而事实是以太坊的发展随着之后DeFi的大爆发而呈现飞跃式增长，其网络上的应用也日益增多，拥堵自然成了家常便饭。而在几年前（大概2016年左右）我们习惯性把比特币和以太坊这样的主链称为Layer1，其上面可以承载网络的所有功能，包括交易信息、智能合约或者计算工作，正因如此，当所有的功能都在一个“盒子”里完成时，拥堵问题在所难免。于是，有人想到了通过扩展的方式，提高Layer1的性能，其中就分为两大类。一类是扩展Layer1层面，这一类的代表就是分片，我们可以理解为原本的Layer1好比是某家会计师事务所A有一万个会计在计算和记录账本，但是每次新算一页账本就需要每个会计师都要计算，记账上并传给下一个人。但是如果需要记账的交易太多，他们处理不过来的时候，就会发生拖延，也就是链上发生拥堵了。而分片好比是把这一万个会计师分为50个小组，每个小组只有200人，新算一页账本的速度就快了几十倍。这就是在Layer1层做的扩展。但还有另外一种思路，是把链上的一些需要计算的交易拆分出来，通过智能合约和机制把一部分交易放在另一条链上来完成，这就是Layer2层面的解决方案。这个解决方案，按照刚才会计师事务所A的比喻来理解的话，相当于是他们把许多需要计算的交易交给了另外一家会计师事务所B来计算，然后会计师事务所B计算好了结果，再返还结果给到A，从而完成了所有交易的记录。这就是找了外援，也就是第二层网络，来辅助计算，达到了扩展的效果。在经历多种尝试后，我们现在已经习惯性把比特币、以太坊这样的主链称为Layer1，而把其延伸出来作为功能补充或者降低主链负担提供效率的部分称为Layer2。当然从共识的层面来说，Layer2只是部分共识，其决定意义的依然是Layer1，至此我们大概说明白了Layer1与Layer2之间的关系。如果非要再用一个比喻形容Layer1和Layer2之间的关系，大概就是总公司和分公司的状态。所以，当总公司现在已成定局时，发展分公司必然成为了资本追捧的赛道，毕竟还没有那个最好的分公司（Layer2）产生。而值得注意的是，波卡本身并不是Layer1或者Layer2，它更贴近于Layer0，或者称为元协议（我们在科普知识中有详细介绍），而其平行链扮演了Layer1的功能，这也是为什么波卡具备了无限扩展性的原因。2.Layer2有什么意义？前面我们谈到了Layer2的发展是行业的一个重点和热点方向，那么其背后究竟隐藏了什么样的魔力，才使其成为了行业当前的“香馍馍”，而我们尝试从两个角度去探索这层意义，供大家了解。2.1 性能扩展首先Layer2最直观的意义莫过于是给Layer1带来了性能上的扩展，也就是直戳核心痛点，解决主链的拥堵问题或者高额手续费问题，而这在目前的Layer2网络中似乎已经产生了不错的化学反应。例如当前热门的以太坊Layer2网络Polygon可以将交易速度降低到几秒完成，实现了真正意义上的丝滑体验，而其成本大概在0.00002美元，与以太坊相比可谓是成倍的递降，因此Layer2网络确实可以在很大意义上提高主链的性能，甚至彻底改变主链的刻板映像。这应该是目前Layer2项目带来的最为直接的改变，也是最被大家所熟知的方向，而Layer2项目也确实做到了扮演一个合格分担主链压力的“跟班”角色。2.2 功能扩展除了上述提到的从性能上改变主链的状态，还有不少Layer2网络承载了Layer1的升级功能，他们的存在除了要改善Layer2的功能，还有一部分作用是增加主链的功能，例如给比特币这样不具备智能合约的主链加入智能合约，使其也能拥有像以太坊一般的部分功能，之前我们提及的波卡生态项目ChainX和几年前大火的RSK（Rootstock）都充当了这样的角色。而随着DeFi的火热以及更多资金进入加密货币领域，对交易和资产的隐私保护逐渐成为大家关心的方向，但是像比特币、以太坊这类在设计之初就没有考虑过隐私功能的Layer1来说，通过Layer2的方式为其附加隐私计算的功能也是许多团队努力的方向。当然，这样的Layer2项目目前并不是最主流的赛道，毕竟增加功能的效果赶不上针对处理痛点问题来的实在，甚至在波卡生态中，这些功能都是可以通过平行链来实现，自然不会那么受到关注，但也不乏一些优质的项目，他们既可以改善主链性能，还能给主链带来其他功能，起到如虎添翼的作用。综上，我们不难发现Layer2确确实实改变了行业当前的一些格局，甚至会带来一些意想不到的惊喜，所以才会成为当前的热门赛道。当前流行的Layer2技术的基本情况作为当前的热门赛道，Layer2的技术也在蓬勃的发展中分化成了几个方向。我们仅就当前流行的Layer2技术方向展开讨论。状态通道状态通道的本质是由主链充当法官的角色，交易双方通过在主链建立一个去中心的制衡机制打开状态通道，在链下进行交易并确认状态的改变，最终上传交易的最终结果并关闭状态通道。主链创建一个智能合约充当法官，以确保交易的真实性。由于瞬时交易是在通道内部进行的，并不会广播或者记录在主链上，所以状态通道具有良好的隐私性。同时它也具有即时终结性，非常适合需要长时间里许多状态更新的参与者。然而状态通道比较适合具有一组确定参与者的应用程序，并要求参与者保持随时在线，每打开或关闭一个状态通道都需要一个链上交易。因此具有一定的局限性。所以，状态通道往往适合小额交易，无法承载像交易所这么大的交易量，并且通道的设置也需要耗费一定的时间。Lighting Network、Celer Network和Radien Network都应用了状态通道。侧链技术侧链技术是一种让主链与侧链之间产生价值交互的技术，侧链能够一对一的与主链产生联系，就好像共生。其本质在于主链和侧链的双向锚定，当主链的资产想要转移到侧链时，就需要将相应数量的通证进行锁定，然后再将等量价值的侧链通证进行释放。反之，如果通证想要转回主链，就锁定该数量的侧链通证，释放相应的主链通证。其优势在于，当主链上的交易处理不过来时，能够把部分转移部分到侧链。提高了主链的吞吐量。并且当应用主链的用户过多，导致功能难以增加，我们可以通过更改侧链添加相应的功能，具有较高的灵活性。同时，侧链架构本质上是一种分片机制，其代码和数据是独立的，不会增加主链的负担，避免了数据的过度膨胀。然而侧链技术本身也有诸多的缺陷，其复杂度较高、可能存在欺骗性转账、有中心化挖矿的风险和软分叉的风险。当前比较典型的应用是ConsenSys的BTC Relay、Rootstock、Injective、BlockStream推出的元素链以及非比特币的侧链Lisk。PlasmaPlasma其实也是一种侧链，是具有非保持性质的侧链。Plasma最早由以太坊的V神和Joseph Poon在2017年提出，本质上是一条适用于任何用户之间交易的独立的区块链，它锚定于以太坊主链，并使用欺诈证明来解决仲裁纠纷。简单点说，与通常的侧脸相比，Plasma将主链（Layer1）的交易吞吐量转移到Plasma（Layer2）上，Plasma（Layer2）将有关交易顺序的数据换算成哈希值存储在主链（Layer1）上，并且增加了欺诈性证明的退出机制，使得人们可以通过发送链下消息来转移链上资产，这也利用到了主链（Layer1）的算力来保障Plasma（Layer2）的安全性。Plasma极大地提高了交易的吞吐量。然而由于Plasma只是把链外的数据放在主链上进行公证，所以在数据可用性在存在一定的缺陷。同时Plasma本身不支持低延迟交易，有时候反而会导致交易的延迟。Plasma的诸多创新获得了许多项目的关注，Polygon（前Matic）、OMG等都部署了Plasma。但新的技术也在迭代，一项技术的成熟也启发了Plasma团队，而提出了更新颖的Layer2解决方案，这就是Rollup技术。Rollup横空出世带来Layer2的新赛道Rollup的概念可以追溯到2014年，被以太坊联合创始人Vitalik Buterin称为“Shadow Chain”，即影子链。Rollup建立在“Shadow Chain”构想的基础上，通过在链外执行状态并且仅使用以太坊区块链来实现数据可用性。Rollup的区块发布或状态更新仅通过tx CALLDATA将一些数据发布到每个事务的主链上，从而提高了吞吐量并克服了侧链的数据扣留攻击问题。Rollup的出现，启发了众多关注Layer2赛道的团队，随后根据不同的思路，Layer2开始演化出两条不同的路线，一条是运用了零知识证明的路线，比较有代表性的是ZK Rollup和Validium；另一条则是运用了欺诈证明的路线，比较有代表性的是Optimistic Rollup。ZK RollupZK Rollup是在2018年下半年由Barry Whitehat和Vitalik先后提出的关于Optimistic Rollup的改进方案。其本质是将链上的用户状态的变更压缩存储在Merkle树中，用零知识证明保证其变更过程的正确性，并将证明的Proof提交到链上。其优势在于，主链不需要单独验证每笔交易的合法性，仅需校验Proof的有效性，极大的提高了主链的吞吐量。其状态转变严格的依赖于密码学证明，保证了安全性。同时数据的可用性可以让任何人都能根据链上存储的交易数据，还原出账户的全局，从而消除由于数据可用性带来的安全风险。而且在简单支付、交易和其他特定应用案例中，ZK Rollup可以大大的减少链上的成本。然而由于零知识证明的计算成本很高，所以在运行复杂的智能合约上，需要付出较高的Gas费。同时ZK Rollup的语言比较复杂，在兼容EVM不是特别的友好，导致其应用受到了一定的阻碍。当前StarkWare、Lien、Tether在ZK Rollup都有所部署。ValidiumValidium是以太坊Layer2的一种扩展性解决方案，其所有交易的有效性都使用零知识证明来强制执行。每次从特定用户账户发生的价值转移都需要得到用户的授权，从而提高了用户资产的安全性。我们可以看出Validium与ZK Rollup是有非常多相似之处的，不同的是ZK Rollup具备链上数据的可用性，而Validium仅具备链下数据的可用性。因此，Validium的吞吐量会高得多，但由于其数据可用性在链下，并没有实现完全的去中心化，这会导致其运营者能够主宰用户的资产，并且抗攻击能力差。所以，Validium会更加适合游戏类的DApp，而无法承担安全要求较高的支付和交易等金融场景。当前NFT交易平台Immutable X，StarkEx、Zk-porter部署了Validium。Optimistic RollupOptimistic Rollup是Plasma的团队由一个研究团体转型成了一家名为Optimism的盈利性初创公司之后，所推出的Layer2解决方案。该团队推出了Optimistic虚拟机（Optimistic Virtual Machine，简称OVM）的内部测试环境。OVM基于EVM构建，旨在为Optimism的Layer2方案提供与底层区块链相同的智能合约服务。OVM可以将所有不同的Layer 2方案集合在一起，Plasma、状态通道和Optimistic Rollup等Layer2解决方案已经在OVM上得到了概念验证。Optimistic Rollup在构造上也大量借鉴了Plasma和ZK Rollup设计。Optimistic Rollup本质上默认了交易的有效性，是一种基于欺诈证明运算的兼容EVM的Layer2扩展性解决方案。Optimistic Rollup具有免信任、免托管、免许可，表达性强等诸多优势。然而其交易确实时间较长、资金提取延迟，具有一定的风险。当前区块链文档传输解决方案 CargoX、Celer、Metamask都部署了Optimistic Rollup。Arbitrum RollupArbitrum Rollup 由OffchainLabs 团队开发，是针对以太坊Layer2扩容方案。本质上是一个运用了Rollup技术的由以太坊链上合约管理的链下协议。简单点说，Arbitrum将实际计算和存储放在了链下执行，而将交易数据进行优化压缩记录在以太坊之上以保障安全性，从而提高吞吐量，并降低了交易费用。基于此，Arbitrum Rollup的安全性可以得到保障，并且与以太坊EVM完全兼容。任何人都可以在Arbitrum上部署智能合约，并且具有非常高的可扩展性和低成本。然而由于所有的Arbitrum的交易数据都会被发布在以太坊上，则单位时间内可发布的交易数量仍然受到以太坊的限制，并不能达到完全扩容的效果。当前Uniswap、SushiSwap、去中心化交易平台DODO、去中心化交易所Bancor、去中心化衍生品交易平台MonteCarloDEX在Arbitrum都有所部署。波卡上的Layer2生态相比于以太坊、BSC、Solana等做一条综合性的公链的Layer1，波卡生态里作为Layer1的平行链则更偏专业化一些，而且对于Layer2来说，波卡本身就有一个惊喜。我们先来看看，波卡生态中涉及Layer2的项目是什么情况。ChainXChainX是基于Substrate框架开发且最早上线的项目，致力于比特币Layer2拓展、数字资产网关及波卡二级中继链的研究与应用。早在2019年ChainX就已经成功将BTC跨链到ChainX上，并可生成了跨链资产XBTC。而XBTC的转账可以做到仅需6s（因为出块时间是6s），转账费用仅需0.00015个pcx，算下来不到1美分。随后在2019年11月16日，ChainX又发布了比特币的智能合约平台，ChainX利用在Substrate领域的开发经验，将全新的智能合约接入到比特币身上，从而实现比特币的新功能。 ChainX通过跨链的方式将BTC与ChainX连接，并为BTC带来了交易吞吐量的大幅提升，以及转账费用的大幅降低，同时也赋予了BTC智能合约的功能，为BTC带来了性能扩展以及功能上的扩展。Celer NetworkCeler Network是一个Layer2的平台，旨在将以太坊、波卡和其他区块链上的快速、安全和低成本的DApp推向大众。Celer Network最早是做状态通道的方向的，之后推出了世界上第一个通用状态通道网络，而随着Layer2的各类新兴技术解决方案Rollups（Optimisitc Rollup、ZK Rollup等）的出现，Celer Network也在运用先进的Rollup技术推动Layer2扩展技术的前沿发展。2021年2月19日，Celer Network便推出了基于Optimistic Rollup的DeFi 扩容提速解决方案Layer2.finance，旨在以不同的方式使用Layer2的Rollup方案。与其他Rollup方案类似，用户可以通过对Layer 1上的Rollup合约进行存款交易来将资金存入Layer2.finance的Rollup链，但是Layer2.finance不会将DeFi协议本身迁移到Layer2上。目前，建立在Celer Network上的CelerX、cBridge、Layer2.finance等应用和中间件已经在游戏、DeFi和区块链互操作性领域吸引了超过一百万的用户。Astar NetworkAstar Network是Plasm Network品牌升级之后的新名字，原有的Plasm Network更多的是定位为在波卡上实现Layer2技术，如今随着品牌升级Astar Network还有了新的定位，Astar Network现在的定位是成为波卡上的dApp中心，它将支持以太坊和ZK Rollups等Layer2解决方案。Astar旨在成为一个多链智能合约平台，将支持多个区块链和虚拟机，如EVM和WASM。不过需要注意的是，Astar的新定位并不是换了一个赛道，反而是在原有的基础之上换到一个前景更广的定位。其实Astar做品牌升级是可以理解的，因为按照之前的定位，它想要在波卡上实现各种Layer2的解决方案，而实际上是它基本已经完成了这个目标了。Astar在建立之初就考虑到了Layer2拥有非常大的潜力，于是在他们在一开始就选择采用以太坊基金会支持的Plasma团队，也是之后转型为Optimism团队所开发的OVM。这也意味着Astar也将支持所有Layer2协议的虚拟机。而在今年3月份，Astar完成了另一个重要的Layer2解决方案ZK Rollup在Astar上的功能实现。基本算是完成了他们之前的定位目标，所以，Astar转型并重新定位一个更高更广大的目标，也可以说是理所当然的了。对于Layer2来说，波卡本身的惊喜是什么？可以看出，由于波卡本身是可以全面支持EVM、Solidity的（毕竟波卡创始人本就是最懂以太坊的），波卡生态的许多项目，可以很快的将现有的成熟Layer2技术接入到波卡生态当中，再通过转接桥或其他方式，让其他平行链也能享受到Layer2的功能。但，这还不是波卡对于Layer2的最大优势。前面我们提到，对于Layer2来说，波卡本身就有一个惊喜。这里需要提前给对技术要求很严谨的朋友打个预防针，我们稍微抛开一点成见，把Layer2的定义以广义的角度去理解它，Layer2技术实际上就是将资产先转移到另一个地方去（Layer2），进行处理之后再将数据传回去，以达到在Layer1上实现不了的一些功能（不仅仅是扩容）。那么，如果我们仔细看Layer2的技术实现方式，与波卡的转接桥的逻辑，会发现两者可以说在某些方面是有异曲同工之妙的。以目前官方与Interlay团队正在做的BTC转接桥为例，如果将BTC通过转接桥接入波卡后，其跨链过来的PolkaBTC，就可以在波卡生态上以更快的交易速度，更低的交易成本实现BTC在性能上的扩容，而另一方面，通过将PolkaBTC与众多支持智能合约的波卡生态平行链进行跨链交互，不就可以为BTC赋予智能合约在功能上的扩容了吗？如此一来，我们可以理解为，如果把某一条链用转接桥接入波卡生态，就相当于是可以把整个波卡生态都可以看做是这条链的Layer2了。（注意，这里的Layer2是指整个波卡生态，这与我们以往文章里提到的，波卡中继链是Layer0，平行链是Layer1，并不冲突。）这可以做到什么呢？举个例子，波卡有庞大的生态，众多项目的发展方向，正暗合波卡创始人Gavin的思路。Gavin提出，未来的区块链应该是一个多链的生态，没有一条链能做到所有的事。这意味着，未来不会是一条链囊括所有的功能，而是会变成拥有不同功能的公链与其他公链通过波卡连接起来，并可以互相操作，互补功能。比如波卡生态中就有专注于隐私计算的项目，专注于NFT协议的项目，专注于DeFi的项目，而这些项目都可以为波卡生态提供可以非常方便接入的某项功能的模块，让其他平行链获得比如隐私的功能，DeFi的一些模块等等。像BTC这种在功能上除了转账以外，干啥啥不行的公链，可以通过波卡生态众多项目方提供的模块，像组装乐高一样为其附加各种功能，这就是波卡对于Layer2最大的惊喜了。后记以太坊在DeFi最火爆的时期，其高昂的gas费和低吞吐量让各大DeFi项目记忆犹新，如果不考虑Plan B，势必会导致用户的流失。所以，众多DeFi项目纷纷出逃以太坊，选择在各大公链都部署自己的应用或者转移到Layer2的阵地中。而Polygon（前Matic）作为Layer2的知名项目，在最近几个月中大放异彩，知名DeFi项目如Aave、Sushiswap、Curve和1inch等，以及OpenSea和Decentraland等主流应用纷纷集成到了Polygon上，以至于Polygon在锁仓量和交易量上都得到了巨大的增长。截止目前，Polygon已经有47.8亿美元的总锁仓量了（据DeBank数据显示）。虽然，总锁仓量并不能很准确的表达一个生态的发展，但是它也或多或少的代表着这么多体量的资金对Polygon的信任。如今，Kusama插槽拍卖正在如火如荼的进行中，而波卡的插槽拍卖也会很快的上线，乐观一点预计能在8月开始拍卖。从目前的Kusama的插槽拍卖情况来看，拥有Layer2功能的Astar的先行网Shiden很可能会获得第三个Kusama插槽资格，相信在波卡生态中也会有类似的情况发生。届时，波卡生态会很快就拥有Layer2的功能，对于想要迁移到Layer2的DeFi项目来说，波卡上就有可以承载的平行链了。另外，正如我们最后提到的波卡本身就是对Layer2来说的一个惊喜，当波卡插槽开始拍卖时，我们就可以期待比特币跨到波卡生态后，享受这个惊喜，最直接的体现就是围绕着跨链到波卡上的BTC，DeFi项目会如何争夺BTC的份额，这将是一出波卡生态爆发的好戏。感谢ChainX，Patract Labs对本文的支持。