一文概覽加密貨幣 layer2 全生態解決方案

原文作者:金色財經|王航

Layer2 是很適合解決加密貨幣網絡擴容問題的解決方案。

一文概覽加密貨幣 layer2 全生態解決方案

每個加密貨幣網絡底層是資源和通訊,是 layer 0。 layer 1 則是具備共識的那一層,layer 1 通過共識算法出塊,負責網絡的安全性,但 layer 1 會有一定限制,因為大規模共識與高效率是矛盾的,所以 layer 1 搞不定的網絡擁堵的問題,那隻能繞開擁堵,另開闢一條路,這就是 layer 2。

理論上如果不是鏈上的過程,都是 “ layer 2 ”,例如橋、中繼、網關這些可以做信息中轉的部分。但為了實現安全,layer2 的定義一定是具備安全性的一些解決方案。例如一個智能合約、一個具有節點驗證能力的網絡。

因為 layer 2 最終實現的是保證安全的情況下 layer 帳戶餘額的更新,所以在大部分情況下會把兩層帳戶做一個餘額變化的關聯,簡單理解就是 layer 1 帳本和 layer 2 關聯帳本的變化,大多數情況下 layer 2 是通過智能合約實現的。

例如如果用一個合約,把交易兩方的地址賬本做一個密碼學處理的加減對應,這就是閃電網絡一類的技術方案。如果把帳本傳遞過程加入零知識證明一類的技術,帶證明的交易消息在 layer 2 走一次,信息安全傳遞,這就是利用零知識證明證明的 layer 2 擴容。如果 layer 2 有單獨的網絡,要有網絡節點可以執行單獨的驗證,這一層可能會有單獨的共識,可以在網絡裡運行一些合約執行關聯帳戶變化,這就是一些側鏈的方案。

大部分加密貨幣項目在 layer 1 實現的性能都不夠用,所以很多網絡都會有 layer 2 的方案。例如從生態裡分,為比特幣、以太坊、波卡、聯盟鏈以及其他山寨幣網絡都有自己的 layer 2 設計。

本文將把 layer 2 的方案作出概括性的統計,來為讀者區分每個 layer 2 方案的不同,包含了比特幣、以太坊、波卡生態的主要 layer 2 項目以及一些其他鏈的 layer2 方案示例。

這裡還有一個有趣的推論,就是因為 layer 2 的分層問題,很多組合性的方案都能被成為 layer 2,例如跨鏈生態的多鏈結構,這些甚至於是 layer 2 的 layer 2,當跨鏈技術成熟之後,跨鏈也會是一個擴容的主要可能,因為從頂層設計看,跨鏈是異構分片。

另外,在不考慮網絡間的差異的時候,擴容的解決案例很多,例如以太坊通過合成資產的方式做到的比特幣流動性方案,這促使以太坊已經成為了比特幣網絡的 layer 2,即最大的“側鏈”。

比特幣生態

1.狀態通道:Lightning Network

閃電網絡(Lightning Network)閃電網絡的卓越之處在於,無需信任對方以及第三方即可實現實時的、海量的交易網絡。閃電網絡是基於微支付通道演進而來,創造性的設計出了兩種類型的交易合約:序列到期可撤銷合約 RSMC(Revocable Sequence Maturity Contract,哈希時間鎖定合約 HTLC(Hashed Timelock Contract)。RSMC 解決了通道中幣單向流動問題,HTLC 解決了幣跨節點傳遞的問題。這兩個類型的交易組合構成了閃電網絡。

2.Liquidity

類似於閃電網絡,Liquidity Network 也是通過狀態通道為比特幣擴容,並且 Liquidity Network也是以太坊的擴容方案。進行交易時無需支付在區塊鏈上的成本。用戶支付的是開啟通道和關閉通道的費用,而不用為其中間的過程進行支付。該解決方案利用一種名為 Revive 的離線交易方案。

3.JellySwap

JellySwap 是比特幣等加密貨幣交易的交易所,而底層是一個跨鏈的交易協議,其允許用戶在鏈之間進行交易,Jelly 只是在鏈之間架起了狀態通道,也是使用類似閃電網絡一樣的 HTLC 方案實現了資產交換。

側鏈:

4.RSK

RSK 是比特幣的智能合約平台。可以理解為一個側鏈,它通過建立網絡並且 fork 了 EVM(以太坊虛擬機)建立 RVM(RSK 虛擬機),這樣 RSK 與以太坊智能合約以及用於部署和與其交互的工具兼容。

而幫助比特幣擴容則是通過在網絡上建立 R-BTC 實現,在 RSK 中恰好有 21M 的 R-BTC。這樣通過智能合約鎖定兩個網絡相對應的賬戶即可,可以允許比特幣的轉移從比特幣網絡到 RSK blockchain,而交易過程的 gas 費和效率可以有效降低。

“以太坊錨定幣”:

5.Ren

Ren 是一個協議的名稱,而 RenVM 可以稱為一個拜占庭式容錯(BFT)網絡,可實現區塊鏈之間的通用互操作性。 Ren 是生長在以太坊上的協議。協議通過將共識與安全的多方計算(MPC)算法相結合,RenVM 可以實例化去中心化,無需許可和無需信任的託管人,這樣可以將資產鎖定在一條鏈上,並以一對一的方式固定其他鏈的資產。交易時只通過一個事務dapp就可以與多個多個鏈的多種資產進行交互。對於比特幣來說,則生成 RenBTC。

6.imBTC

同 Ren 協議一樣,imBTC 也是以太坊上發行的資產,是由多鏈錢包 imToken 發行,通過在以太坊上鎖定比特幣的方式生成錨定的比特幣,背後是 imToken 的 DEX Tokenlon 在以太坊的交易協議。

7.WBTC

WBTC 是在以太坊上發行的錨定幣協議,通過鎖定比特幣發行 WBTC,WBTC 則可用於以太坊上的 DeFi 應用以及其他應用。

8.pToken

pToken 是以太坊上的合成資產協議,通過該協議發行的資產,支持多種鏈資產的鎖定發行,主要為跨鏈資產的 DeFi 組合性服務。為了融合以太坊資產和非以太坊資產,pToken 通過硬件設備搭建了一些跨鏈“橋”。

以太坊生態:

狀態通道:

9.Raiden Network

Raiden Network 是一種鏈下擴展解決方案,是對以太坊區塊鏈的補充,也可以作為任何 ERC20 代幣的擴容通道。 Raiden 的狀態通道實現,和閃電網絡類似。

10.Celer

Celer Network 是 layer 2 擴展平台,可為付款交易以及廣義的鏈下智能合約提供快速,輕鬆和安全的鏈下交易,也是通過狀態通道的方式。但與其他狀態通道的不同,Celer Network 的概念在鏈下部分很獨立,鏈下的結構有自己的網絡和安全機制,可以實現很多金融交易外的交易處理。這樣,更便於在鏈下搭建 dapp。

11.PISA

PISA 的研究機構 PISA Research 旨在通過鏈下協議,構建全球化、隱私保護、自我執行的智能合約。目標是在很少的消耗條件下實現交易。其團隊研究的方案是類似狀態通道的設計,提出了名為 SoK 的一種鏈下交易方案。

12.Liquidity

類似於閃電網絡,Liquidity Network 也是通過狀態通道為比特幣以太坊等網絡擴容,進行交易時無需支付在區塊鏈上的成本。用戶支付的是開啟通道和關閉通道的費用,而不用為其中間的過程進行支付。該解決方案利用了一種名為 Revive 的離線交易方案。

13.Connext

Connext 是基於以太坊的協議,也可以部署在其他區塊鏈上。該協議使用了一個網絡狀態通道系統,在 Connext 上可以建立去中心化網絡的跨鏈路由和小額支付層。可以實現即時,近乎免費的轉移,也可以跨鏈進行轉移,並且可以在任何資產中實現流動性。

14.State Channels

State Channels 是以太坊社區的狀態通道項目共同認可的同一標準,包括 Celer、Connext、FunFair、Perun、PISA 等,共同提出同一套社區標准設計。

基於 Rollup:

15.OVM

OVM 與 EVM 完全兼容的執行環境,適用於二層擴容。是可以通過 OVM 利用 rollup 執行編寫的 Solidity 智能合約,並通過 Web3 API 與區塊鏈進行交互。

有了 OVM 後,將 dApp 移植到 L2 不再是架構級別的大工程,只剩下簡化的部署操作。並且也可以在 dApp 的構建仍然要考慮緊耦合( tight coupling )及可組合性( composability ),新的智能合約隨時能夠部署到使用 OVM 的鏈上。

16.Arbitrum

Arbitrum Rollup 是一個由以太坊鏈上合約管理的鏈下協議,為使自己的應用能夠在 Arbitrum Rollup 上運行,dApp 的開發者可以用 Solidity 編寫一組合約,然後將這些合約編譯成可以在Arbitrum 虛擬機上運行的可執行代碼。

側鏈:

17.Matic

Matic Network 通過利用側鏈進行離線計算,從而實現了公鏈的擴展提速。作為側鏈,Matic Chain 擁有著獨立的共識機制以及友好的開發工具和環境。

18.OMG

OMG 網絡利用第 2 層 Plasma 體系結構在網絡上構建可擴展的、去中心的支付應用程序。它允許高吞吐量、低成本的點對點交易,促進跨地域、資產類別和應用程序的金融服務。 OMG 網絡允許您訪問、管理和處理安全保存在區塊鏈上的數字資產。

19.Skale

SKALE 是一個由位於世界各地的獨立驗證器運行的側鍊網絡”。驗證器運行 SKALE 節點,節點包含許多 containers/components,並且可以參與多個側鏈。一個 SKALE 驗證器可以同時運行多個 S 鏈,系統用戶可以配置每個S鏈的驗證器數量和容量。

20.Loom

Loom Network 是一個構建在以太坊之上的平台即服務,它允許開發人員運行大規模分散式應用程序。這使得開發人員可以建立全球最安全的公共區塊鏈的信任和安全性以及運行商業規模服務所需的計算資源。每個 dapp 都可以運行在自己的區塊鏈(側鏈)上,其數據是公開且可分叉的,恰如以太坊和區塊鏈。可調整的安全性可以在向主鏈提交“檢查點”的同時實現更高的吞吐量,以便宣布迄今為止的數據的完整性。

21.POA

POA Core 是由一組可信驗證器保護的自治網絡。網絡上的所有驗證人均為美國公證人,其信息可公開獲得。 POA 組織還開發產品和工具,以改善整個生態系統的互操作性,基礎架構和透明度。其中包括開源資源管理器 BlockScout,多鏈資產轉移解決方案 TokenBridge。參與 POA Core 可以幫助您體驗並在我們的平台上創建一流的應用程序。

零知識證明:

22.Stark

StarkWare 將使用 STARK 技術提高區塊鏈的可擴展性和隱私性,提供零知識證明和後量子安全的加密證明。 StarkWare 將開發一個完整的證明堆棧:軟件和硬件,支持快速,可靠地生成和驗證一般計算的計算完整性證明。

23.zkSync

zkSync 是以太坊的縮放和隱私引擎。它目前的功能範圍包括以太坊網絡中以太坊(ETH)和 ERC20 代幣的低價交易。

zkSync 建立在 ZK rollup 架構上。 ZK Rollup 是一種二層擴容解決方案,其中所有資金都由主鏈上的智能合約持有,而計算和存儲則在鏈下進行。對於每個匯總塊,將通過主鏈合同生成並驗證狀態轉換零知識證明(SNARK)。此 SNARK 包括匯總模塊中每筆交易有效性的證明。

24.Loopring

對於開發者來說,路印協議是⼀個用於構建去中心化交易網絡的開源協議,通過一套開源工具,開發者可以使用 zkRollup 二層網絡技術構建基於訂單簿的高性能、非託管式去中心化交易所。

對於普通用戶來說,更貼近日常生活的的則是以太坊上的路印交易所,這也是基於路印協議的第一個高性能去中心化交易所(每秒交易筆數據稱可到 2000 次)。首次使用時,交易所會為用戶生成二層網絡帳戶,過程大致需要 5-30 分鐘。

25.ZKSwap

ZKSwap 是由 L2 labs 推出的基於Zk-Rollup技術的全新兌換協議,其通過 Zk-Rollups 算法將ERC-20 資產轉移至 layer 2,並基於零知識隱私算法來保證 layer 1 和 layer 2 狀態一致,實現了零 Gas 費用的實時兌換。用戶無需等待區塊確認,更易用、更低成本,同時具備無限的拓展性,擺脫了以太坊 TPS 和交易時間限制,讓 DEX 具備 CEX (中心化交易所) 優質用戶體驗,實時掌控資金安全。

波卡生態:

26.Celer

Celer Network 是 layer 2 擴展平台,可為付款交易以及廣義的鏈下智能合約提供快速,輕鬆和安全的鏈下交易。與其他狀態通道的不同,Celer Network 的概念在鏈下部分很獨立,鏈下的結構有自己的網絡和安全機制,可以實現很多金融交易外的交易處理。這樣,更便於在鏈下搭建 dapp。

27.Plasm

我們正在完成一個叫“Plasm”的 plasma 模塊。使用我們的模塊化平台,任何開發人員都可以在幾分鐘內用 plasma 技術創建一個高速區塊鏈。我們使用任何人都可以輕鬆創建自定義區塊鏈的 Substrate。將 Plasm 連接到 Substrate,任何開發者都可以創建一個高速區塊鏈。

其他生態 layer 2 思考:
前文我們說到,從廣義上看,還有很多稱為 layer 2 解決方案的設計。還是依據在共識層外的鏈下部分進行運算的結構,那如果設計為在共識層外進行計算和存儲,共識層確認最終的總帳本,這樣都可以作為 layer2 的技術方案。

例如在 Oasis 的網絡設計裡,在共識層下的 Paratime 裡進行運算和存儲。對於 Paratime 的設計來說,也是本身網絡擴容的一種設計。未來如果 Paratime 間可以進行通訊,整個 layer 2 這一層網絡結構就更明顯了。

其次,通過一些硬件設計進行鏈下的運算和存儲,也會是 layer 2 裡有效的方案,例如通過 TEE來做 layer 2 的處理單元,TEE 間可以通訊,這樣也是一個明顯的 layer 2 分層。並且還免去了擔心 layer 2 的安全性問題。使用硬件做 layer 2 計算和存儲的項目就比較多了。例如 Phala 或者一些物聯網項目。

所以對於 layer 2 擴容的概念,從設計上看,只要使用多鏈結構設計網絡的,都會對這個領域有所涉獵,不過更好理解的部分,還是在比特幣、以太坊,因為比特幣和以太坊(Eth1) 的網絡唯一性更明顯,layer 2 項目也更集中,如果以太坊2.0徹底成功了,以太坊在 layer2的 需求,還不能確認,因為要看以太坊2.0的信標鏈加數據分片 rollup 的結構能不能滿足網絡性能要求。

但網絡擴容的需求以及降低 gas 的需求是一直不會消失的,layer2 在未來 3 年間,是極具備競爭力的。

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