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多角度理解 Layer 2 生态:概念、扩容方案及代表项目

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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 TVL

TVL 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。

01.Layer 2 的概念

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。

02.Layer 2 主要的扩容解决方案

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 TVL

DYDX 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 TVL

DeversiFi,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。

总结

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。

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