深度精读:Layer2 扩容方案比较
分类: 博客  发布时间: 2023-10-27 22:33 

深度精读:Layer2 扩容方案比较
自 Ethereum 2015 年诞生以来,其生态日益丰富。但与此同时, Ethereum 网络的可拓展性无法满足快速增长的需求,每秒只能处理约 15 笔交易,导致交易费用居高不下,许多应用无法大规模普及。

深度精读:Layer2 扩容方案比较

自 Ethereum  2015 年诞生以来,其生态日益丰富。但与此同时, Ethereum 网络的可拓展性无法满足快速增长的需求,每秒只能处理约 15 笔交易,导致交易费用居高不下,许多应用无法大规模普及。

为解决该问题,开发者提出了不少解决方案,Layer2 正是其中一种。Vitalik Buterin 曾表示,Layer2 是 Ethereum 扩展的未来,用 Layer2 实现 Ethereum 的扩容,可以巧妙保全它的去中心化。本文我们就从 Layer2 的运作方式、常见方案、主流项目和发展现状等方面来进行了解。


什么是 Layer2

Layer2 字面意思为二层网络,相对的,当前的 Ethereum 主网称为一层网络(Layer1)。

Layer2 的目的是为了扩展主网,通过将主网上的大量计算动作转移到 Layer2 上进行,再将计算好的结果反馈给主网,从而提升主网的吞吐量以及其他性能。简单来讲,这个过程就类似于为了让一条拥挤的道路容纳更多的车辆和行人,从而通过搭建高架桥的方式来实现。

在该过程中主网不需要经历任何结构变化,因为转移后的计算动作在 Layer2 上是独立进行的。因此,部分 Layer2 可以在与主网有相同安全保障和去中心化的前提下实现高吞吐量,同时节省矿工费。

值得注意的是,这和侧链并不同,侧链是一条独立的区块链,有自己的安全机制。Layer2 一般依赖于主网的安全性,它仍然是整个网络的一部分。


Layer2 常见方案

基于 Layer2 的基本运作方式,以下我们从各个方案对压缩数据处理方式的差异来介绍 Rollup、Plasma、状态通道和 Validium 这四类扩容方案。


Rollup

按照确认压缩数据有效性方式的不同,Rollup 可分为 ZK Rollup 和 Optimistic Rollup。


ZK Rollup 采用零知识证明来保证链下数据的有效性,上传压缩数据时会提交相应加密证明。采用该方案的项目有 zkSync、Starkware。

优点:资金和证明一旦提交到主网,便可即时验证;交易数据存储在主网,安全性和去中心化程度较高;包含数据少,因此可扩展性高。

缺点:有效性证明计算量大;节点运营者可以影响交易顺序。

Optimistic Rollup 默认压缩数据有效,但设置了欺诈性证明来仲裁争议。采用该方案的项目有 Arbitrum、Optimism。

优点:兼容 EVM 和 Solidity;交易数据存储在主网上,安全性高;不执行计算,可扩展性方面更高。

缺点:使用欺诈性证明,挑战期确认时间较长;如果交易有争议,会产生更多数据;节点运营者可以影响交易顺序。


Plasma

Plasma 主张在链下执行交易,在主网上进行结算,并使用欺诈证明来仲裁争议。采用该方案的项目有 OMG 网络、Polygon。

优点:与主链的交互少,交易速度快、成本低;安全性高且可以实现无监管。

缺点:不支持通用计算,支持的交易类型较少;等待期较长;Plasma 需依托运营商存储数据;交易无法回滚,数据不可用;拥有挑战期,提款有延迟。


状态通道

状态通道主张只提交第一笔和最后一笔交易到主网,其他交易在链下处理后提交证明给主网。类似于比特币常用的闪电网络。采用该方案的项目有 Celer Network、Raiden Network。

优点:不需要等待区块打包时间,效率高;吞吐量极高,理论上可以实现无限 TPS;通道参与者之间进行的链下交易可以立即结算;非常适合有大量交易的两方。

缺点:创建和结算通道的时间和经济成本较高;需要在支付通道中锁定资金;不支持开放参与,应用场景有限。


Validium

Validium 也采用零知识证明来保证数据有效性。不过与 ZK Rollup 不同的是 Validium 的数据可用性保持在链下。采用该方案的项目有 DeversiFi 和 ZKSwap。

优点:没有提款延迟;不容易受到可防欺诈系统所面临的某些经济攻击;有效性证明保证数据真实性。

缺点:对一般计算/智能合约的支持有限,需要专用语言;生成 ZK 证明需要很高的计算能力;交易无法回滚,数据不可用。


Layer2 四大主流项目

Layer2 的四大主流项目 Arbitrum、Optimism、zkSync 和 StarkWare。


Arbitrum

2021 年 5 月,Arbitrum 发布测试网后,一举成为最受关注的 Layer2 项目。l2beat 数据显示,截至 2022 年 8 月 5 日,Arbitrum 以超 24 亿美元的主导地位领先,占据 Layer2 总锁仓量的近 52%。

另外,据 DefiLlama 数据显示,去中心化交易所 GMX 以超 2 亿美元的数额占据 Arbitrum 总锁仓量的 27.85%,其余排名靠前的分别为 Curve、Stargate、SushiSwap。在 DefiLlama 展示的 100 个 Arbitrum 生态项目中,锁仓量超 100 万美元的有 38 个。

总体来说,Arbitrum 作为主导 Layer2 的项目已经成型。生态涵盖了钱包、交易所、桥、基础设施、DeFi 和 NFT 等各个领域。


Optimism

Optimism 是首批 Layer2 项目之一。今年 5 月宣布发行代币 OP,在推出 OP 代币并空投之后,Optimism 的用户数量和锁仓量曾短时超过 Arbitrum。DefiLlama 显示,截至 8 月 5 日,Optimism 的锁仓量(12.2 亿美元)占据 Layer2 总锁仓量的 25.15%,排名第二,仅次于 Arbitrum。

其中,AAVE 以 3.81 亿美元的数额占据其锁仓量的 41.08%,其他超过 1 亿美元的项目有 Synthetix 和 Velodrome。


zkSync

zkSync 是欧洲团队 Matter Labs 推出的一款 Layer2 扩容方案,于 2020 年 6 月在 Ethereum 主网发布。截至 8 月 5 日,zkSync 的总锁仓量为 6543 万美元,去中心化交易所 ZigZag 为该网络上锁仓量最大的应用。

今年 2 月,Matter Labs 在 Ethereum 测试网上发布了zkSync 2.0,并称之首个 EVM 兼容的 zk Rollup,这意味着用户可以通过 zkSync 体验别的 EVM 生态项目。整体来看,zkSync 生态的很多应用还未正式上线,相比于 Arbitrum 和 Optimistic,还处于很早期的状态。


StarkWare

StarkWare 由 StarkWare Ltd. 于 2021 年 6 月在测试网上发布,并于当年 11 月上线主网,可以通过 STARKs 实现主网扩展。

数据统计,StarkWare 的锁仓量仅占 Layer2 总锁仓量的 0.02%,与 zkSync 一样,目前仍处于发展初期。目前 StarkWare 也是四大 Layer2 项目中唯一不兼容 EVM 的项目。