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原文來源：Cynic，LK Venture Researcher  

TL;DR

從 Layer1 到 Layer2

技術(shù)上如何實現(xiàn)擴容？以太坊將 Rollup 看作唯一的 Layer2 方案，因為其在不損失去中心化和安全性的前提下實現(xiàn)了對以太坊的拓展。從模塊化的角度來看，Layer2 負責執(zhí)行，而結(jié)算、共識、數(shù)據(jù)可用性都交給 Layer1 去處理。

從 Layer2 到 Layer3

Layer2-Layer3 與 Layer1-Layer2 有什么區(qū)別？雖然 Rollup 技術(shù)解決了以太坊的計算瓶頸，但它并沒有解決數(shù)據(jù)可用性的問題。上層需要壓縮交易數(shù)據(jù)以傳遞給下層，但壓縮不能重復進行，Layer2-Layer3 性能并不能帶來大幅提升。

有了 Layer2，為什么還需要 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。

同樣是應用鏈生態(tài)，Layer3 與 Cosmos 有什么不同？Layer3 依托以太坊生態(tài)，更容易獲取用戶與資金，但是由于其與以太坊的高度綁定，也失去了部分主權(quán)，比如代幣的價值捕獲。

從 Layer3 到 LayerX？

Layer3 發(fā)展現(xiàn)狀：Arbitrum 于 6 月 22 日發(fā)布 Orbit Chain；zkSync 于 6 月 26 日宣布將在幾周內(nèi)推出 ZK Stack；Starknet 生態(tài)的 madara 已經(jīng)幫助一個項目在黑客松期間 24 小時內(nèi)，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(shù)原理上看，Layer3 已經(jīng)無法通過簡單的堆疊獲得性能上的飛躍。盡管 Layer1-2-3 之間的生態(tài)關(guān)聯(lián)緊密（以太坊生態(tài)），互操作性比傳統(tǒng)的異構(gòu)鏈之間強（跨鏈更便宜），但是彼此之間仍然無法做到生態(tài)的完全繼承。以太坊擴容的敘事，或?qū)⒃?Layer3 終結(jié)。

從 Layer1 到 Layer2：擴容

區(qū)塊鏈中存在著一個不可能三角，即安全、去中心化與可擴展性無法同時實現(xiàn)。以太坊選擇了前兩者，而對后者的支持不足。平日在以太坊中進行一次 swap 需要$3-$4 的 Gas Fee，而在交易量高漲的牛市一次 swap 甚至需要近$100 的 Gas Fee，擁堵現(xiàn)象十分強烈。

依托著先發(fā)優(yōu)勢建立起的龐大生態(tài)，盡管許多主打可擴展性的新公鏈自 2018 年后持續(xù)涌現(xiàn)，以太坊仍然占據(jù)著市場的絕對主導地位，眾人于是將目光投向了在以太坊基礎(chǔ)上構(gòu)建的擴容方案。

其中受到廣泛應用的是側(cè)鏈、Validium 與 Rollup 三種方案，彼此有不同的信任假設(shè)。

側(cè)鏈是獨立于 Layer1 運行的獨立區(qū)塊鏈，通過雙向橋梁與以太坊主網(wǎng)連接。側(cè)鏈可以有單獨的區(qū)塊參數(shù)和共識算法，能夠高效處理交易，但是未繼承以太坊的安全屬性。

Validium 使用鏈下數(shù)據(jù)可用性和計算，在鏈下處理交易來提高吞吐量，并向鏈上發(fā)布零知識證明以便在 Layer1 上驗證鏈下交易，獲得安全性。

Rollup 在鏈下進行計算，但是使用 Layer1 作為數(shù)據(jù)可用性層，通過向鏈上發(fā)布欺詐證明或有效性證明，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 看作唯一的 Layer2 方案，因為其在不損失去中心化和安全性的前提下實現(xiàn)了對以太坊的拓展。從模塊化的角度來看，Layer2 負責執(zhí)行，而結(jié)算、共識、數(shù)據(jù)可用性都交給 Layer1 去處理。

根據(jù)提交證明的不同，Rollup 可以分為 Optimistic Rollup 與 ZK Rollup。

對于 Optimistic Rollup 而言，Rollup 批量執(zhí)行交易，將批量的交易、執(zhí)行前狀態(tài)與執(zhí)行后狀態(tài)發(fā)給部署在 Layer1 的 Rollup 合約。Layer1 不驗證狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程，只要 Rollup 提交的初始狀態(tài)與保存在 Layer1 合約中的相同，就樂觀地將狀態(tài)轉(zhuǎn)移至 Rollup 提交的新狀態(tài)。對于欺詐行為的防止是通過欺詐證明來保證的，在一段時間的爭議期內(nèi)，其他驗證者可以對該狀態(tài)根發(fā)出挑戰(zhàn)，向 Layer1 的 Rollup 合約發(fā)送欺詐證明。這會使 Rollup 狀態(tài)退回爭議前的確定狀態(tài)，并重新計算合法的狀態(tài)，根據(jù)結(jié)果對驗證者做出懲罰。實際上，欺詐情況很少發(fā)生，所以樂觀的狀態(tài)轉(zhuǎn)移實際節(jié)省了很大的驗證資源。

ZK Rollup 與 Optimistic Rollup 的區(qū)別在于，狀態(tài)的轉(zhuǎn)移需要進行驗證，不是由 Layer1 的 Rollup 合約，而是在合約中驗證有效性證明 Validity Proof，驗證完成后狀態(tài)的轉(zhuǎn)移立即獲得最終性，不需要等待長達一周的爭議期。

使用 Optimistic Rollup 技術(shù)的項目中，最成熟的是 Arbitrum 與 Optimism，都已上線主網(wǎng)運行。其中，Arbitrum 已實現(xiàn)了欺詐證明，但是僅限白名單提交，而 Optimism 的欺詐證明還在開發(fā)中。兩家都在積極推進去中心化進程，包括排序器與驗證器的去中心化。根據(jù) L2Beat 的數(shù)據(jù)顯示，截至 2023 年 6 月 26 日，Arbitrum One 與 Optimism 的 TVL 分別為$5.81B 與$2.25B。其他使用 Optimistic Rollup 技術(shù)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(fā)的。

使用 ZK Rollup 技術(shù)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(wǎng)，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(fā)展方向是更好的以太坊兼容性，正在開發(fā)的 zkEVM 項目有 Taiko, Scroll, Linea 等。

從 Layer2 到 Layer3：定制

Layer2: 100x, Layer3: 100x^2=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(gòu)建 Layer3，Layer3 的成本將降為 1/10000。很可惜答案是否定的。

Rollup 通過將執(zhí)行轉(zhuǎn)到了鏈下，確實解決了以太坊的計算問題：L1 節(jié)點不再需要執(zhí)行批量中的每個交易以驗證狀態(tài)轉(zhuǎn)移的正確性，感謝密碼學中的遞歸證明技術(shù)，計算能夠不斷遞歸以獲取無上限的性能，然而數(shù)據(jù)可用性是無法堆疊的。Layer2 需要將打包的交易數(shù)據(jù)以 calldata 形式傳入以太坊中的智能合約，盡管對打包的交易數(shù)據(jù)進行了壓縮處理，但是數(shù)據(jù)無法被相同的辦法壓縮兩次。Layer3 的交易數(shù)據(jù)最終也要提交至 Layer1（否則無法繼承安全性），然而對交易的壓縮程度無法再低，因此數(shù)據(jù)可用性層面無法通過堆疊獲得成本的降低。

因此，Layer3 無法走簡單堆疊這條路，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(qū)塊鏈的三難困境，為什么還需要 Layer3？

Layer3 的概念最早是由 StarkWare 團隊在文章《Fractal Scaling: From L2 to L3》中提出。StarkWare 團隊認為，這種層級化的結(jié)構(gòu)，封裝的思想，也正是計算機科學維持活力的核 心要義。此外，Layer2 虛擬機的 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。圖靈完備性為層級化打下了良好基礎(chǔ)，一旦具備圖靈完備性，則理論上可以在其上創(chuàng)建任何可能的應用。

實際上，Layer2 為了維持其通用性，必定會進行部分取舍，無法滿足所有應用的需求。最直接的體現(xiàn)，是 StarkWare 為了更高效地生成證明，開發(fā)了 Cairo 語言與 CairoVM，對以太坊并不兼容，這時就可以由一條 Layer3 鏈來解決其安全性。

可能的 Layer3 用例包括：

兼容：通過在 Layer2 的虛擬機上實現(xiàn)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），可以考慮讓渡一部分安全性，使用 Validum 方案，在 Layer2 上結(jié)算；應用也可以根據(jù)自己的需求定制交易格式，以實現(xiàn)更高的壓縮率。

隱私：專門搭建一條隱私鏈，在 Layer2 上結(jié)算，但是無法被公開觀測到。

此外，由于應用鏈是專用的，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(fā)送，成本更低，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(yōu)勢，提交一個批次交易所需的固定 Gas 更低，不需要長時間等待更多的交易一起提交以降低平均 Gas，能夠顯著緩解 Layer2 中存在的確認時間與成本之間的兩難困境。

同是應用鏈生態(tài)，Layer3 與 Cosmos 有什么不同？

Cosmos 可以說是最早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(fā)行自己的應用鏈。Cosmos IBC 更是對標互聯(lián)網(wǎng)中的 TCP/IP 協(xié)議，為使用 Cosmos SDK 構(gòu)建的應用鏈提供原生的互操作性。簡單來說，Cosmos 的愿景是構(gòu)建一個萬鏈互聯(lián)的區(qū)塊鏈宇宙。

Layer3 在互操作性上也下足了工夫。由于相同的技術(shù)架構(gòu)，低廉的交易成本，Layer3 之間的跨鏈將具備無信任、快速且便宜的特點，于是可以認為，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，在于其與以太坊生態(tài)的綁定，這既是優(yōu)勢，也是劣勢。

提到優(yōu)勢，主要在于以太坊生態(tài)龐大的流動性與用戶量。

Cosmos 盡管技術(shù)強大，是很多巨頭的發(fā)鏈首選，但是仍然無法逃脫市場占有率低的宿命。根據(jù) DeifLlma 的數(shù)據(jù)，截止到 2023 年 6 月 26 日，以太坊的 TVL 為$26.2B，而整個 Cosmos 生態(tài)加起來僅為近$1B。Layer3 要想成功，以太坊生態(tài)是其中的關(guān)鍵要素。

提及劣勢，主要在于與以太坊的高度綁定，喪失了部分主權(quán)。

對于使用 Cosmos 鏈而言，代幣模型完全由項目方根據(jù)需求自主設(shè)計，代幣賦能強。然而，Layer3 鏈的原生代幣會受到以太坊的限制。盡管項目方可以將原生代幣作為 Gas 代幣賦能，但是無法否認的是，最終交易數(shù)據(jù)提交至以太坊所消耗的是$ETH。因此，如果 Gas 代幣用的不是$ETH 而是自己發(fā)行的原生代幣，項目方需要不斷地將原生代幣兌換成$ETH 以提交，最終賦能還是轉(zhuǎn)移至$ETH。

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