有了 Layer2,为何还需要 Layer3?

以太坊扩容的叙事,或将在Layer3终结?

作者:Cynic

TL;DR

1从Layer1到Layer2

  • 技术上如何实现扩容?以太坊将Rollup看作唯一的Layer2方案,因为其在不损失去中心化和安全性的前提下实现了对以太坊的拓展。从模块化的角度来看,Layer2负责执行,而结算、共识、数据可用性都交给Layer1去处理。

2、从Layer2到Layer3

  • Layer2-Layer3与Layer1-Layer2有什么区别?虽然Rollup技术解决了以太坊的计算瓶颈,但它并没有解决数据可用性的问题。上层需要压缩交易数据以传递给下层,但压缩不能重复进行,Layer2-Layer3性能并不能带来大幅提升。

  • 有了Layer2,为什么还需要Layer3?Layer2将维持去中心化,作为通用的计算层,提供可组合性,而Layer3应该作为应用特定链,满足不同应用独特的需求,如:兼容、效率、隐私等。

  • 同样是应用链生态,Layer3与Cosmos有什么不同?Layer3依托以太坊生态,更容易获取用户与资金,但是由于其与以太坊的高度绑定,也失去了部分主权,比如代币的价值捕获。

3、从Layer3到 LayerX?

  • Layer3发展现状:Arbitrum于6月22日发布Orbit Chain;zkSync于6月26日宣布将在几周内推出ZK Stack;Starknet生态的madara已经帮助一个项目在黑客松期间24小时内,部署了一条Starknet Layer3应用链。

  • Layer3来了,Layer4、Layer5还会远吗?LK Venture认为,从技术原理上看,Layer3已经无法通过简单的堆叠获得性能上的飞跃。尽管Layer1–2–3之间的生态关联紧密(以太坊生态),互操作性比传统的异构链之间强(跨链更便宜),但是彼此之间仍然无法做到生态的完全继承。以太坊扩容的叙事,或将在Layer3终结。

从Layer1到Layer2:扩容

区块链中存在着一个不可能三角,即安全、去中心化与可扩展性无法同时实现。以太坊选择了前两者,而对后者的支持不足。平日在以太坊中进行一次swap需要$3-$4的Gas Fee,而在交易量高涨的牛市一次swap甚至需要近$100的Gas Fee,拥堵现象十分强烈。

依托着先发优势建立起的庞大生态,尽管许多主打可扩展性的新公链自2018年后持续涌现,以太坊仍然占据着市场的绝对主导地位,众人于是将目光投向了在以太坊基础上构建的扩容方案。

其中受到广泛应用的是侧链、Validium与Rollup三种方案,彼此有不同的信任假设。

  • 侧链是独立于Layer1运行的独立区块链,通过双向桥梁与以太坊主网连接。侧链可以有单独的区块参数和共识算法,能够高效处理交易,但是未继承以太坊的安全属性。

  • Validium 使用链下数据可用性和计算,在链下处理交易来提高吞吐量,并向链上发布零知识证明以便在Layer1上验证链下交易,获得安全性。

  • Rollup在链下进行计算,但是使用Layer1作为数据可用性层,通过向链上发布欺诈证明或有效性证明,在Layer1智能合约中进行验证,继承了以太坊的安全性。

以太坊将Rollup看作唯一的Layer2方案,因为其在不损失去中心化和安全性的前提下实现了对以太坊的拓展。从模块化的角度来看,Layer2负责执行,而结算、共识、数据可用性都交给Layer1去处理。

根据提交证明的不同,Rollup可以分为Optimistic Rollup与ZK Rollup。

对于Optimistic Rollup而言,Rollup批量执行交易,将批量的交易、执行前状态与执行后状态发给部署在Layer1的Rollup合约。Layer1不验证状态转移过程,只要Rollup提交的初始状态与保存在Layer1合约中的相同,就乐观地将状态转移至Rollup提交的新状态。对于欺诈行为的防止是通过欺诈证明来保证的,在一段时间的争议期内,其他验证者可以对该状态根发出挑战,向Layer1的Rollup合约发送欺诈证明。这会使Rollup状态退回争议前的确定状态,并重新计算合法的状态,根据结果对验证者做出惩罚。实际上,欺诈情况很少发生,所以乐观的状态转移实际节省了很大的验证资源。

ZK Rollup与Optimistic Rollup的区别在于,状态的转移需要进行验证,不是由Layer1的Rollup合约,而是在合约中验证有效性证明Validity Proof,验证完成后状态的转移立即获得最终性,不需要等待长达一周的争议期。

使用Optimistic Rollup技术的项目中,最成熟的是Arbitrum与Optimism,都已上线主网运行。其中,Arbitrum已实现了欺诈证明,但是仅限白名单提交,而Optimism的欺诈证明还在开发中。两家都在积极推进去中心化进程,包括排序器与验证器的去中心化。根据L2Beat的数据显示,截至2023年6月26日,Arbitrum One与Optimism的TVL分别为$5.81B与$2.25B。其他使用Optimistic Rollup技术的项目包括Boba Network, Zora Network, Layer2.finance, Fuel, BNBOP, Coinbase等,其中部分是使用Optimism团队开源的OP Stack进行开发的。

使用ZK Rollup技术的项目中,支持虚拟机的主要是zkSync Era, StarkWare, Polygon zkEVM等,当前已上主网,TVL为$618M, $68.11M, $42.65M。只支持特定类型交易的有dydx, Loopring, zkSync Lite等,TVL为$350M, $98.47M, $97.69M。目前ZK Rollup的发展方向是更好的以太坊兼容性,正在开发的zkEVM项目有Taiko, Scroll, Linea等。

从Layer2到Layer3:定制

Layer2: 100x, Layer3: 100x²=10000x?

从Layer1到Layer2,成本降低为1/100。所以很自然会想到,在Layer2上进行相同的操作构建Layer3,Layer3的成本将降为1/10000。很可惜答案是否定的。

Rollup通过将执行转到了链下,确实解决了以太坊的计算问题:L1节点不再需要执行批量中的每个交易以验证状态转移的正确性,感谢密码学中的递归证明技术,计算能够不断递归以获取无上限的性能,然而数据可用性是无法堆叠的。Layer2需要将打包的交易数据以calldata形式传入以太坊中的智能合约,尽管对打包的交易数据进行了压缩处理,但是数据无法被相同的办法压缩两次。Layer3的交易数据最终也要提交至Layer1(否则无法继承安全性),然而对交易的压缩程度无法再低,因此数据可用性层面无法通过堆叠获得成本的降低。

因此,Layer3无法走简单堆叠这条路,StarkWare团队提出的方案是定制化,让Layer3和Layer2承担不同的功能。

有了Layer2,为何还需要Layer3?

以太坊提供了安全性和去中心化,Layer2提供了可拓展性,可以说解决了区块链的三难困境,为什么还需要Layer3?

Layer3的概念最早是由StarkWare团队在文章《Fractal Scaling: From L2 to L3》中提出。StarkWare团队认为,这种层级化的结构,封装的思想,也正是计算机科学维持活力的核 心要义。此外,Layer2虚拟机的Layer2将维持去中心化,作为通用的计算层,提供可组合性,而Layer3应该作为应用特定链,满足不同应用独特的需求。图灵完备性为层级化打下了良好基础,一旦具备图灵完备性,则理论上可以在其上创建任何可能的应用。

实际上,Layer2为了维持其通用性,必定会进行部分取舍,无法满足所有应用的需求。最直接的体现,是StarkWare为了更高效地生成证明,开发了Cairo语言与CairoVM,对以太坊并不兼容,这时就可以由一条Layer3链来解决其安全性。

可能的Layer3用例包括:

  • 兼容:通过在Layer2的虚拟机上实现一个其他语言的解释器,以兼容其他虚拟机

  • 效率:如果应用追求超高的TPS(例如游戏、社交),可以考虑让渡一部分安全性,使用Validum方案,在Layer2上结算;应用也可以根据自己的需求定制交易格式,以实现更高的压缩率。

  • 隐私:专门搭建一条隐私链,在Layer2上结算,但是无法被公开观测到。

此外,由于应用链是专用的,不会收到其他应用的直接影响,链的性能与成本较为确定。同时,桥接交易不用直接在Layer1上发送,成本更低,L2-L3与L3-L3的桥接更便宜。在批量提交交易上,Layer3还有一个明显的优势,提交一个批次交易所需的固定Gas更低,不需要长时间等待更多的交易一起提交以降低平均Gas,能够显著缓解Layer2中存在的确认时间与成本之间的两难困境。

同是应用链生态,Layer3与Cosmos有什么不同?

Cosmos可以说是最早提出应用链概念的项目,通过Cosmos SDK,用户可以方便地定制化发行自己的应用链。Cosmos IBC更是对标互联网中的TCP/IP协议,为使用Cosmos SDK构建的应用链提供原生的互操作性。简单来说,Cosmos的愿景是构建一个万链互联的区块链宇宙。

Layer3在互操作性上也下足了工夫。由于相同的技术架构,低廉的交易成本,Layer3之间的跨链将具备无信任、快速且便宜的特点,于是可以认为,Layer3之间的流动性是共享的。从互操作性的角度来看,Layer3和Cosmos带来的功能几乎相同。

LK Venture投研团队认为,Layer3与Cosmos最大的不同,在于其与以太坊生态的绑定,这既是优势,也是劣势。

提到优势,主要在于以太坊生态庞大的流动性与用户量。

Cosmos尽管技术强大,是很多巨头的发链首选,但是仍然无法逃脱市场占有率低的宿命。根据DeifLlma的数据,截止到2023年6月26日,以太坊的TVL为$26.2B,而整个Cosmos生态加起来仅为近$1B。Layer3要想成功,以太坊生态是其中的关键要素。

提及劣势,主要在于与以太坊的高度绑定,丧失了部分主权。

对于使用Cosmos链而言,代币模型完全由项目方根据需求自主设计,代币赋能强。然而,Layer3链的原生代币会受到以太坊的限制。尽管项目方可以将原生代币作为Gas代币赋能,但是无法否认的是,最终交易数据提交至以太坊所消耗的是$ETH。因此,如果Gas代币用的不是$ETH而是自己发行的原生代币,项目方需要不断地将原生代币兑换成$ETH以提交,最终赋能还是转移至$ETH。

Layer3的另一个特点在于,任何在Layer3上做的事,实际上都可以迁移到Layer2,本身只取决于DA层的选择。

如果Layer3所依赖结算的Layer2发生安全漏洞或者活跃度下降,Layer3可以低成本地迁移至其他Layer2,甚至直接依赖Layer1进行DA和结算,变成Layer2。由于其与以太坊生态的高度绑定,Layer3上可能诞生众多创新玩法。

从Layer3到 LayerX的展望

Layer3发展现状

6月22日,Offchain Labs发布了用于发行Arbitrum Orbit Chain的工具。Orbit Chain是在Arbitrum Layer2之上的Layer3,可以选择利用Arbitrum One, Arbitrum Nova, Arbitrum Goerli在内的三条Layer2之一进行结算。用户可以自己选择使用Rollup或Anytrust技术,其区别在于Anytrust使用DAC而不用将交易数据提交至链上,价格更低廉,但是安全性稍弱。Orbit Chain的优势在于其简单的发链流程、与Arbitrum生态的互操作性、Nitro的即时更新以及Stylus提供的EVM+兼容性(支持Rust, C, C++编写,运行在WASM虚拟机)。用户可以无需可地定制化发行任何Orbit Chain,但是必须在Arbitrum Layer2上结算,否则需要联系Offchain Labs或者Arbitrum DAO获得授权。

6月26日,zkSync发布文章,宣称将在未来几周内对现有的开源代码进行修改,推出ZK Stack,让用户能够使用其定制化构建自己的ZK超级链。与Arbitrum的Orbit Chain不同, ZK Stack强调主权与互操作性,用户根据需求进行完全的定制化,使用ZK Stack构建的链可以实现无桥的互操作性。ZK Stack既能够用于构建Layer2也能够构建Layer3,官方并未对其进行限制,没有要求必须在zkSync上结算。从这点来看,ZK Stack提供的主权似乎更强。

作为最早提出Layer3概念的StarkWare团队,在其Starknet生态中也正在大力培植Layer3的发展,Madara正在为面向公众的Stack进行测试。在@PragmaOracle hackathon中,有团队利用Madara在24小时内完成了应用链的发行。不过,由于Starknet采用独特的zk-STARK证明技术,技术成熟度相对较低,可能还需要更长时间的开发来完善产品,之后再面向公众发布Starknet Stack。

当前Layer3生态仍在早期阶段,但是随着各Layer2便捷发链工具的推出,相信很快就会有Layer3正式运行。当基础设施逐渐完善,如何吸引用户已经成为所有链最关注的问题。

Layer3来了,LayerX还会远吗?

从技术原理上看,Layer3已经无法通过简单的堆叠获得性能上的飞跃。当然,Layer3可以通过定制化来获得特定的优势,但是通用性的损失会使得进一步的叠加变得困难。当然,只要愿意,这种层级化的叠加是可以无限进行的,但是,LK Venture投研团队认为,目前而言这种叠加无法满足任何的需求,同时会导致系统复杂度的几何级升高。

最为重要的一点,尽管Layer1-Layer2-Layer3之间的生态关联紧密(以太坊生态),互操作性比传统的异构链之间强(跨链更便宜),但是彼此之间仍然无法做到生态的完全继承。在Arbitrum One上部署的合约,无法直接在Orbit Chain上调用;在zkSync上部署的DEX的流动性,无法直接汇聚到ZK Stack上。

现在的情况是,商场已经盖起来了,而且越来越高,但是没有多少商贩和顾客。尽管一层底商人满为患(以太坊),但是人们仍然不愿意前往高层商场消费,因为高层的商贩数量不如低层多。

因此,LK Venture投研团队认为,在区块链技术获得超大规模应用前,Layer3恐怕都很难获得较高的用户量。至于Layer4、Layer5……LayerN,即使有各别应用有特定需求,相信也不会打着LayerN的旗号进行宣传了。

古语云:道生一,一生二,二生三,三生万物。以太坊扩容的叙事,或将在Layer3终结?可能还需要时间去检验。

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作者LK VentureLK Venture
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