有了 Layer2,爲何還需要 Layer3?

以太坊擴容的叙事,或将在Layer3終結?

原文作者:Cynic、原文來源:LK Venture
轉載來源:TechFlow 深潮

TL;DR

1、從Layer1到Layer2

  • 技術上如何實現擴容?以太坊將Rollup作為唯一的Layer2方案,因為其在不損失去中心化和安全性的前提下實現了對以太坊的擴容。從不同的角度來看,Layer2負責執行,而結算、共識、數據共享都交換Layer1去處理。

2、從Layer2到Layer3

  • Layer2-Layer3與Layer1-Layer2有什麼區別?雖然Rollup技術解決了以太坊的計算瓶頸,但它並沒有解決數據可用性的問題。上層需要壓縮交易數據來傳遞給下層,但壓縮不能重複進行,Layer2- Layer3性能並不能帶來大幅提升。
  • 有了Layer2,為什麼還需要Layer3?Layer2將維持去中心化,作為通用的計算層,提供可組合性,而Layer3應該作為應用特定鏈,滿足不同應用獨特的需求,如:兼容、效率、隱私等。
  • 是應用鏈生態,Layer3與Cosmos有什麼不同?Layer3以太坊生態相同,更容易獲取用戶與資金,但由於其與以太坊的高度綁定,也失去了部分主權,比如代幣的價值珍珠。

3、從Layer3到LayerX?

  • Layer3發展現狀:Arbitrum於6月22日發布Orbit Chain;zkSync於6月26日宣布將在幾週內推出ZK Stack;Starknet生態的madara已經在黑客松期間24小時內幫助了一個項目,部署了一條Starknet Layer3應用鏈。
  • Layer3來了,Layer4、Layer5還會遠嗎?LK Venture,認為從技術原理上看,Layer3已經無法通過簡單的一大筆獲得性能上的飛躍。儘管Layer1–2–3之間的生態關聯緊密(以太坊)生態),互操作性比傳統的七個鏈之間強(跨鏈更便宜),但各處之間仍然無法實現生態的完全替代。以太坊擴容的敘述,或者將在第3層終結。

從Layer1到Layer2:擴容

區塊鏈中存在一個不可能三角,即安全、去中心化與可擴展性無法同時實現。以太坊選擇了前兩者,而對前期的支撐不足。平日在以太坊中進行一次互換$3-$4的Gas費,而在交易量高漲的牛市一次掉期甚至需要近$100的Gas費,擁堵現象十分強烈。

依托先發優勢建立起龐大的生態,眾多主打可擴展性的新公鏈自2018年後持續治療,以太坊仍以市場的絕對主導地位為主,眾人因而將目光投向了在以太坊基礎上構建擴容方案。

其中受到應用廣泛的是側鏈、Validium與Rollup透明方案,都有不同的信任假設。

  • 側鏈是獨立於Layer1運行的獨立區塊鏈,通過端點橋樑與以太坊主網連接。側鏈可以有單獨的區塊參數和共識算法,能夠高效處理交易,但未繼承以太坊的安全屬性
  • Validium利用鏈下數據可用性和計算,在鏈下處理交易中提高吞吐量,鏈上發布零知識證明,促進在Layer1上驗證鏈下交易,獲得安全性。
  • Rollup在鏈下進行計算,但使用Layer1作為數據可用性層,通過向鏈上發布欺騙證明或有效性證明,在Layer1智能合約中進行驗證,繼承了以太坊的安全性。

以太坊將Rollup作為目前唯一的Layer2方案,因為其在不損失去中心化和安全性的前提下實現了對以太坊的交易所拓展。從不同的角度來看,Layer2負責執行,而結算、結算、數據共享都共享Layer1去處理。

根據提交證明的不同,Rollup可以分為Optimistic Rollup和ZK Rollup。

對於Optimistic Rollup而言,Rollup批量執行交易,將批量的交易、執行前狀態與執行後狀態發給部署在Layer1的Rollup合約。Layer1不驗證狀態轉移過程,只需Rollup提交的初始狀態與保存在Layer1合約同樣,就樂觀引發狀態轉移至 Rollup 提交的新狀態。 對於欺詐行為的阻止是通過欺詐證明來保證的,在驗證時間的爭議解決中,其他人可以將該狀態根發布挑戰,向Layer1的Rollup合約發送欺詐證明。這使得Rollup狀態返回爭議前的確定狀態,並重新計算合法的狀態,根據結果對驗證者做出懲罰。實際上,欺詐情況很少發生,所以樂觀的狀態轉移實際上節省了很大的驗證資源。

ZK Rollup 與 Optimistic Rollup 的區別在於,狀態的轉移需要進行驗證,不是由 Layer1 的 Rollup 契約,而是在契約中驗證有效證明有效性證明,驗證完成後狀態的轉移立即獲得最終性,不需要等待長達到一周的爭議期。

使用Optimistic Rollup技術的項目中,最成熟的是Arbitrum與Optimism,都已上線主網運行。其中,Arbitrum已經實現了欺騙證明,但僅限於白名單提交,而Optimism的欺騙證明仍在開發中。家都在積極推進去中心化進程,包括排序器和驗證器的去中心化。根據L2Beat的數據顯示,截至2023年6月26日,Arbitrum One和Optimism的TVL分別為$5.81B和$2.25B。其他使用Optimistic Rollup技術的項目包括Boba Network、Zora Network、Layer2.finance、Fuel、BNBOP、Coinbase等,其中部分是使用Optimism團隊開源的OP Stack進行開發的。

使用ZK Rollup技術的項目中,支持虛擬機的主要是zkSync Era、StarkWare、Polygon zkEVM等,當前已上主網,TVL為$618M, $68.11M, $42.65M。只支持特定類型交易的有dydx, Loopring 、zkSync Lite等,TVL為$350M, $98.47M, $97.69M。 目前ZK Rollup的發展方向是更好的以太坊兼容性,正在開發的zkEVM項目有Taiko、Scroll、Linea等。


從Layer2到Layer3:定制

第2層:100x,第3層:100x²=10000x?

從Layer1到Layer2,成本降低為1/100。所以很自然會想到,在Layer2上進行相同的操作構建Layer3,Layer3的成本將降低為1/10000。很遺憾答案是否確定的。

Rollup通過將執行轉到鏈下,確實解決了以太坊的計算問題:L1節點不再需要執行批量中的交易每次以驗證狀態轉移的正確性,感謝密碼學中的遞歸證明技術,計算能夠不斷分層以獲得無上限的性能,然而數據可用性是無法進行的。Layer2需要將預算的交易數據以調用數據的形式確定以太坊中的智能契約,對儘管預算的交易數據進行了處理,但是數據無法被壓縮Layer3的交易數據最終必須提交至Layer1(否則無法繼承安全性),然而對交易的壓縮程度無法再降低,因此,數據可用性方面無法通過獲得一定的成本降低。

因此,Layer3 無法簡單地走這條路,StarkWare 團隊提出的方案是定制化,讓 Layer3 和 Layer2 承擔不同的功能。


有了 Layer2,為何還需要Layer3?

以太坊提供了安全性和去中心化,Layer2提供了可拓展性,可以說解決了區塊鏈的三難困境,為什麼還需要Layer3?

Layer3的概念最早是由StarkWare團隊在文章《分形縮放:從L2到L3》中提出的。StarkWare團隊認為,這種體系化的結構、封裝的思想,也是計算機科學維持生命力的核心要義。Layer2虛擬機的Layer2將維持去中心化,通用的計算層,提供可組合性,而Layer3應該作為應用特定鏈,滿足不同應用獨特的需求。圖靈固化性為架構化打下了良好的基礎,一旦具備圖靈性,則理論上可以在其上創建任何可能的應用。

也就是說,Layer2為了維持其通用性,必然會進行部分取捨,無法滿足所有應用的需求。最直接的體現,是StarkWare為了更兼容地生成證明,開發了Cairo語言與CairoVM,對以太坊並不,接下來就可以由一條Layer3鏈來解決其安全性。

可能的 Layer3 示例包括:

  • 兼容:通過在Layer2的虛擬機上實現一個其他語言的解釋器,以兼容其他虛擬機
  • 效率:如果應用追求超高的TPS(例如游戲、社交),可以考慮讓渡部分安全性,使用Validum方案,在Layer2上結算;應用也可以根據自己的需求定制交易格式,以實現更高的壓縮率。
  • 隱私:專門搭建一條隱私鏈,在Layer2上結算,無法被公開結算到。

另外,由於應用鏈是專用的,不會收到其他應用的直接影響,鏈的性能與成本較為確定。同時,橋接交易不用直接在Layer1上發送,成本外部,L2-L3與L3-L3的橋接更便宜。在批量提交交易上,Layer3 還有一個明顯的優勢,提交一批交易所需的固定 Gas 初始值,無需長時間等待更多的交易一起提交以降低平均 Gas,能夠顯著滿足Layer2中存在的確認時間與成本之間的兩個難局。


同是應用鏈生態,Layer3和Cosmos有什麼不同?

Cosmos可以說是率先提出應用鏈概念的項目,通過Cosmos SDK,用戶可以方便地定制化發行自己的應用鏈。Cosmos IBC更是標有互聯網中的TCP/IP協議,為使用Cosmos SDK構建的應用鏈提供突破性的互操作性。簡單來說,Cosmos 的願景是構建一個萬鏈互聯的區塊鏈宇宙。

Layer3在互操作性上也下足了工夫。由於相同的技術架構,提高了交易成本,Layer3之間的跨鏈將具備無信任、快速且便宜的特點,因此認為,Layer3之間的流動性是共享的。從互操作性的角度來看,Layer3和Cosmos帶來的功能幾乎相同。

LK Venture投研團隊認為,Layer3與Cosmos最大的不同,存在其與以太坊生態的綁定,這既是優勢,也是劣勢。

前面提到的優勢,主要在於以太坊生態龐大的流動性和用戶量。

Cosmos技術強大,雖然是很多分區的發展鏈首選,但仍然無法逃脫市場率低的宿命。根據DeifLlma的數據,分區到2023年6月26日,以太坊的TVL為$26.2B,而整個Cosmos生態加起來樓梯近$1B。Layer3的成功,以太坊生態是其中的關鍵要素。

回調勢劣,主要與以太坊的高度綁定,失去了部分申訴。

對於使用Cosmos鏈而言,代幣模型完全由項目方根據需求自主設計,代幣賦能較強。然而,Layer3鏈的原生代幣會受到以太坊的限制。儘管項目方可以將原生代幣作為Gas代幣能,但是無法否認的是,最終交易數據提交至以太坊所消耗的是$ETH。,如果Gas代幣用的不是$ETH而是自己發行的因此全新代幣,項目方需要不斷地進行交易賦予全新代幣兌換成$ETH以提交,最終賦能還是轉移至$ETH。

Layer3的另一個特點是,任何在Layer3上做的事,實際上都可以遷移到Layer2,本身只取決於DA層的選擇。

如果Layer3所依賴結算的Layer2發生安全漏洞或者主動度下降,Layer3可以實現地遷移至其他Layer2,甚至直接依賴Layer1進行DA和結算,變成Layer2。由於其與以太坊生態的高度綁定,Layer3上可能誕生了動物創​​新玩法。


從Layer3到LayerX的展望

三層發展現狀

6月22日,Offchain Labs發布了用於發行Arbitrum Orbit Chain的工具。Orbit Chain是在Arbitrum Layer2之上的Layer3,可以選擇利用Arbitrum One、Arbitrum Nova、Arbitrum Goerli中的三條Layer2之一進行結算。用戶可以自己選擇使用Rollup或Anytrust技術,其區別在於Anytrust使用DAC而不是將交易數據提交至鏈上,價格更勝一籌,但安全性稍弱。Orbit Chain的優勢在於其簡單的發鏈流程、與Arbitrum生態的互操作性、Nitro的即時更新以及Stylus提供的EVM+兼容性(支持Rust、C、C++編寫,在WASM虛擬機運行)。用戶可以消耗可地定制化發行任何Orbit Chain,但必須在Arbitrum Layer2上結算,否則需要聯繫Offchain Labs或者Arbitrum DAO獲得授權。

6月26日,zkSync發布文章,剩餘將在未來幾週內對現有的開源代碼進行修改,推出ZK Stack,讓用戶能夠使用其定制化構建自己的ZK超級鏈。與Arbitrum的Orbit Chain不同, ZK Stack強調主權與互操作性,用戶根據需求進行完全的定制化,使用ZK Stack構建的鏈可以實現無橋的互操作性。ZK Stack既能夠用於構建Layer2也能夠構建Layer3,官方對其進行限制,沒有要求必須在zkSync上結算。從這一點來看,ZK Stack提供的主權似乎更強。

作為最早提出Layer3概念的StarkWare團隊,在其Starknet生態中也正在大力培植Layer3的發展,Madara正在為面向公眾的Stack進行測試。在@PragmaOracle hackathon中,有團隊利用Madara在24小時內完成了應用鏈不過,由於Starknet採用了獨特的zk-STARK證明技術,技術成熟度相對較低,可能還需要更長時間的開發來完善產品,之後再面向公眾發布Starknet Stack。

目前Layer3生態正處於早期階段,但是隨著各Layer2便捷發鏈工具的推出,相信很快就會有Layer3正式運行。當基礎設施逐漸完善,如何吸引用戶已經成為所有鏈最關注的問題。


Layer3來了,LayerX還會遠嗎?

從技術原理上看,Layer3已經無法通過簡單的近期獲得性能上的飛躍。當然,Layer3可以通過定制化來獲得特定的優勢,但是通用性的損失會使得進一步的難度變得更大。當然,只要願意,這種體系化的總量是可以無限進行的,但是,LK Venture投研團隊認為,目前這種體系化無法滿足任何需求,同時會導致系統複雜度的幾何級升高。

最重要的一點,Layer1-Layer2-Layer3之間的生態關聯緊密(以太坊生態),互操作性比傳統的一根鏈之間強(跨鏈更便宜),但各地之間儘管無法實現生態的完全繼承。在Arbitrum One上部署的合約,無法直接在Orbit Chain上調用;在zkSync上部署的DEX的流動性,無法直接匯聚到ZK Stack上。

現在的情況是,商場已經蓋起來了,而且越來越高,但是沒有多少商販和顧客。雖然底層已經滿為患(以太坊),但是人們還是不願意前往高層商場消費,因為高層的商販數量不如低層多。

因此,LK Venture投研團隊認為,在區塊鏈技術獲得超大規模應用之前,Layer3恐怕很難獲得上述的用戶量。至於Layer4、Layer5……LayerN,即使各別應用都有特定需求,相信也不會打著LayerN的旗號進行宣傳了。

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