HashKey 崔晨：解讀以太坊 Layer 2 競爭格局及趨勢_以太坊

本文發布于鏈聞ChainNews，作者：崔晨，就職于HashKeyCapitalResearch，審核：鄒傳偉，萬向區塊鏈首席經濟學家。

以太坊的擴容問題迫在眉睫，而以太坊2.0分片規劃開發緩慢，Layer2上的擴容解決方案在短期內最有可能改變以太坊的擁堵現狀。以太坊中踐行Layer2擴容的團隊基于相同或不同的技術方案，例如Rollup和Plasma，進行相應的產品化落地。目前大部分產品還處于開發階段，它們之間的格局將影響到以太坊生態的格局。本文根據Layer2開發團隊對外披露的方案，對其實用性進行解讀和評估，總結Layer2項目的發展趨勢以及目前Layer2方案面臨的問題。

如何理解Layer2方案以及競爭力

Layer2：底層與應用的中間商

Layer2解決方案的思路是將本應該在Layer1上運行的計算過程放到鏈下，將結果傳回鏈上確認。無論是普通的轉賬，還是復雜的智能合約，都可以通過Layer2方案實現快速交易以節約Gas費。Layer2作為以太坊中的擴容工具，也是連接底層網絡和上層應用的中間層。從這個角度看，人們對Layer2有兩方面的要求：應用需要Layer2進行快速清算；主網和用戶需要Layer2保證計算結果的正確性以及資金安全。

一般來說，例如Rollup和Plasma技術，是通過主鏈上的智能合約來實現Layer2層和主鏈之間的交流，用戶通過與智能合約交互實現在Layer2層上的充值與提現，Layer2通過更新狀態將結果傳回主鏈上。但是狀態更新不是自動進行的，需要指定負責人來執行，也就是Layer2的運營商。以Rollup為例，雖然任何人都可以進行Rollup的操作，但在鏈下進行計算和主鏈上更新需要花費資源，因此需要對運營商進行經濟激勵才能保證Rollup運行。尤其是對于需要欺詐證明和挑戰期的方案來說，如果沒有合適的激勵方式，那么很難維持項目的可持續。Layer2上的交易費用由用戶承擔，運營商會收到這些獎勵。側鏈作為廣義上的Layer2方式也是通過這種方式運行，側鏈有獨立的驗證節點，用戶在使用側鏈或進行跨鏈時要向側鏈的節點發出請求。Layer2是底層與網絡應用之間的中間商，會因提供便利而收取費用。

Layer2方案競爭力的體現

Hashkey Group計劃以超過10億美元的估值籌集1億至2億美元:5月19日消息，據消息人士稱，Hashkey Group 正處于早期階段的談判中，計劃以超過 10 億美元的估值籌集 1 億至 2 億美元的資金，目前 Hashkey 經營著香港僅有的兩家持牌數字貨幣交易所之一。消息人士說，交易正在取得進展，但規模和估值等條款可能會發生變化，因為它們還沒有最終確定。[2023/5/19 15:13:04]

換一個角度考慮，Layer2與底層網絡和應用這兩者的發展都相關，如果底層網絡以太坊出現問題，導致無人使用也就無需Layer2擴容。如果Layer2上沒有繁榮的應用生態，也不會有用戶使用，那同樣沒有存在的必要。既涉及到應用又涉及到用戶，這樣來說，Layer2方案之間的競爭頗具公鏈競爭的態勢。但不同的是，用戶退出公鏈生態就幾乎無法轉移到其他生態中使用，除非賣出所有公鏈中所有資產，而Layer2上的用戶可以自由在Layer2上進入和退出。如果Layer2上的應用不具有吸引力，用戶可以隨時轉移到其他Layer2上的應用中。在現在的環境下，對于用戶來說Layer2本身沒有吸引力，使用Layer2關注的更多是上面的應用。所以對于Layer2要注重兩個方面的體驗，開發者的體驗和用戶的體驗。

以太坊在開發者社區已經形成了護城河效應，因此對于Layer2來說，越接近以太坊的開發環境，就越能獲得開發者的青睞。尤其是Layer2的很多目標應用都已經部署在主網上，如果需要開發者再針對Layer2環境進行開發，那么十分耗費時間精力。就像每一種新技術，Layer2方案也具有先發優勢，尤其是以太坊用戶都在期待Layer2網絡上線，因此盡快地開發Layer2解決方案并部署熱門應用是Layer2目前提高競爭力最有效的途徑。

在提高用戶體驗方面，首先要做的是保護用戶的資金安全。其次，要讓用戶無感地在主網和Layer2之間移動，如果其中操作繁瑣，則會造成用戶門檻進而影響使用人數。還有Layer2的立足之本，用戶需要在Layer2達到比主網更流暢的用戶體驗，并且能有效節約Gas費。

綜合來說，人們為使用Layer2付出的成本以及得到的便利的綜合評估，就是各Layer2的競爭力。

Layer2解決方案及特點

音樂制作人Timbaland發布其首支BAYC衍生單曲《Has A Meaning》:7月4日消息，音樂制作人Timbaland通過glass.xyz發布其首支圍繞Bored Ape Yacht Club NFT創作的衍生單曲《Has A Meaning》。該單曲總供應量100枚，每枚0.4ETH。[2022/7/4 1:49:06]

Layer2的技術解決方案可以分為幾種，例如狀態通道、側鏈、Plasma和Rollup等，同一種技術也會由不同的團隊開發成不同的版本。下面是目前熱門Layer2解決方案及特點。

OptimisticEthereum

OptimisticEthereum是由?Optimism?公司開發實現的基于OptimisticRollup技術的Layer2網絡，計劃主網于2021年7月上線。目前測試網上已經有Synthetix和Unipig兩個應用的Demo版本，他們也將成為主網上線后的第一批應用。

OE上使用了自創的OVM虛擬機，相當于Layer2上EVM的代替版。由于執行環境不同這兩者不完全相同，在主鏈上執行的智能合約需要轉義成適用于OVM的操作碼。在OE中，需要通過欺詐證明和挑戰期來確定狀態的正確性，其中涉及在Layer1上的多次交易，而且需要一定的時間。Layer2上狀態的最終確認需要7天的時間，如果存在欺詐交易則會回滾。OE的安全性也來源于欺詐證明的保證，那些揭示錯誤交易并在OE上提交證明的用戶會因此受到獎勵。為了防止運營者無成本作惡，成為運營者需要在以太坊上存入誠信保證金。如果他們的欺詐行為被驗證者發現，那運營者的保證金就會部分交給驗證者，部分被銷毀，這是出于運營者可以在驗證者提出證明前搶跑的考慮。

由于欺詐證明的存在和挑戰期的限制，用戶提現時有一周的等待時間，這也是OE現在的弊端，可以通過流動性提供者的方案解決。如果OE中的一個驗證者證明了用戶的一筆交易是正確的，在規定時間后會真實提現，那么他就可以充當流動性提供者，提前將資金預支給用戶，等待用戶提現完成再償還，以賺取挑戰期內的利息。或者用戶所需的應用都在OE上，用戶也就無需提現到主鏈上。

在費用方面，用戶在向OE智能合約轉賬和提現時需要消耗Gas費，在OE中進行交易時也許支付Gas費給運營者。OE中的Gas費計算方式與主網有所不同，例如在OE上的GasPrice是固定的常數，目前初始值為1Gwei，無需用戶再進行設置。

NiceHash：英偉達顯卡挖礦限制算法LHR V1和V2完全破解，V3已破解90%:5月20日消息，NiceHash的開發人員已經確認，英偉達為其GeForce RTX 30顯卡實施的挖礦限制算法 LHR（Lite Hash Rate）V1 和 V2 已經完全破解，現在通過軟件即可完全解鎖，無需特殊硬件支持，而LHR V3 目前已經破解了90%。據悉，LHR V3主要部署在RTX 30508GB和RTX 308012GB這兩款顯卡上，其中RTX3050是當前價格最高的顯卡之一。（videocardz）[2022/5/20 3:31:23]

ArbitrumRollup

ArbitrumRollup由?OffchainLabs?團隊實現，同樣基于OptimisticRollup技術，目前發布了測試網V4版本，這是未來主網的候選版本。Arbitrum在OffchainLabs的規劃中除了Rollup之外，還有未上線的適用于其他應用的狀態通道和側鏈。目前ArbitrumRollup的測試網生態版圖包括Bancor，Balancer，Bounce，MCDEX和Arbiswap等應用，也包括Chainlink和TheGraph這樣的基礎設施。

圖1：Arbitrum架構

如上圖所示，Arbitrum建立在以太坊之上，使用EthBridge維系Layer1和Layer2之間的連接，調用EthBridge合約可以實現主網與Arbitrum鏈的交互。AVMArchitecture之上是Arbitrum底層運行的虛擬機AVM，ArbOS完全在AVM中運行，負責管理和執行智能合約。最重要的是，ArbOS為智能合約提供了與EVM兼容的執行環境。左上方的用戶在使用錢包或前端工具與Arbitrum進行交互時，無需使用新的工具，開發人員也無需進行額外開發，可以直接將現有的Solidity合約轉移到Arbitrum中。

與OptimisticRollup的思路相同，ArbitrumRollup使用欺詐證明保證網絡安全。相同的，Arbitrum中也會有專門的運營者和驗證者，運營者需要繳納押金防止作惡。專門的驗證者對運營者錯誤行為進行監督，否則每個交易參與者都親自驗證監督的話，會影響用戶體驗。在進行爭端仲裁時，Arbitrum會在鏈下對爭議內容進行拆分，在確定了最小的爭議范圍之后再調用以太坊合約進行決策。因此在Layer1層面的驗證上，Arbitrum的效率會更高。

HashCash提出通過基于區塊鏈的制藥系統打擊藥物欺詐:12月29日消息，國際區塊鏈開發公司HashCash Consultants提出區塊鏈藥理學系統的構想，以打擊藥物欺詐。在HashCash設計的制藥系統中，藥物可以表示為輸入跟蹤系統的加密通證。由于區塊鏈具有時間戳、防篡改和可驗證性，一旦藥物供應鏈流程由受藥物真實性證明（Proof of Drug Authenticity）協議管轄的私有/聯盟區塊鏈平臺適當處理，就可以輕松檢測到藥物欺詐。（PRWeb）[2021/12/29 8:12:18]

在Arbitrum中，同樣需要為使用虛擬機支付Gas，這體現為ArbGas，也是對Arbitrum運營者的經濟補償。ArbGas用于評估AVM中執行計算所花費的時間，1億ArbGas大約等于2020年初OffchainLabs開發者電腦的1秒CPU時間。每條AVM指令的ArbGas成本是通過測量設置的，與以太坊中的Gas計算有所不同。目前在測試版本中，默認的費用設置為零。

zkSync

zkSync由MatterLabs開發實現，基于ZKRollup技術，通過密碼學證明鏈上數據的真實性保證資產安全。運營者在上傳數據時會附加有效性證明，主網可以在數據上傳時即時驗證信息，所以讓Layer2達到和主網同等的安全性。目前zkSync的生態包括Curve、AAVE、Balancer、1inch等，已經上線了主網，2.0版本的主網預計在2021年8月上線。

zkSync以用戶資金安全為首要目標，使用了加密技術PLONK和RedShift。其中RedShift是一種透明通用的SNARK，由紐約大學的Assimakis和MatterLabs的Konstantin、Alexander研究發現。在使用zkSync時，交易有兩部分成本：1.Layer2上的狀態儲存和SNARK生成成本，這取決于硬件的使用；2.運營者支付將數據傳回以太坊主網上的成本以及驗證SNARK證明的成本，這取決于以太坊上的GasPrice價格。ZKRollup最大的阻礙就是與智能合約相關的有效性證明的驗證成本過高，因此不適用于智能合約的場景。zkSync通過重新對智能合約編寫讓其適用在ZKRollup中使用。但需要開發者重新使用Zinc語言部署合約，這將是目前zkSync未來最重要的計劃之一。

Gate.io已完成GARD(Hashgard)主網升級，將為用戶兌換主網幣:據官方公告，Gate.io已完成Hashgard主網部署，將自動為用戶升級Hashgard主網資產，平臺內用戶無需任何操作即可完成主網資產兌換，平臺外用戶如需平臺幫助進行主網資產兌換，務必于2020年8月28日03:00前充值到平臺，8月28日03:00后平臺將暫時關閉充值提現和交易，完成兌換后將重新開啟。詳情查看原文[2020/8/23]

涉及zkSync中的交易轉賬時，用戶可以使用轉賬的代幣支付Gas費，沒有必須使用ETH的要求。目前zkSync網絡是由集中管理的方式運營，未來將引入多個角色讓網絡更分散，例如引入PoS共識機制等。為了維持運營者的收支平衡，zkSync中的費用會隨著主網Gas費改變，但保證zkSync的使用費用始終比以太坊網絡低，ETH轉賬低20倍以上，ERC20代幣轉賬低100倍以上。未來zkSync還將推出自己的代幣用于治理和抵押，并上線手續費更低的平臺zkPorter。

zkPorter將和zkSync2.0版本主網一同上線，zkPorter中的數據將被轉移到鏈下，可以與zkSync賬戶無縫交互，其中賬戶的數據可得性將由守護者的zkSync代幣持有者保障。守護者需要抵押zkSync代幣并參與PoS，如果數據不可得，他們將失去抵押的資金。

StarkWare

StarkWare是基于ZKRollup技術實現的擴容方案，目前的客戶有DeversiFi、iMMUTABLE，dYdX。不同于zkSync，StarkWare使用的是STARK技術，一種簡潔全透明的零知識證明。Cairo是StarkWare推出的圖靈完備使用STARK證明的平臺，以上的應用也是基于Cairo搭建的。除此之外，StarkWare還推出了交易平臺StarkEx。

StarkWare還開發了一種名為Validium的模式，在這種方案下，用戶將交易數據發給委員會成員，他們的數據會被儲存在鏈下，降低了ZKRollup中的資金的安全性，但由此效率會有所提高，更適用于高頻的場景。

Polygon

Polygon是Matic網絡的升級產品，與Matic成為兩個不同的擴容解決方案。Matic使用了Plasma框架，來保證側鏈的去中心化和安全性。Matic在Plasma鏈中應用了基于賬戶的模型，不同于其他Plasma中的UTXO系統，這讓PlasmaMatic適用于以太坊系統，支持EVM。Plasma側鏈使用PoS共識機制，質押Matic代幣可以成為網絡中的驗證者。Polygon的獨立側鏈完全與以太坊適配，因此用戶和開發者的學習成本為零，通過橋鏈接支持互操作性，側鏈中有獨立的驗證者保證安全。Polygon目前上線了側鏈和Plasma兩個以太坊擴容方式，ZKRollup和OptimisticRollup產品在未來的規劃中。這是為了實現不同用戶的擴容需求，例如企業級應用、初創公司和專注網絡安全的公司等。Aavegotchi、Easyfi、SportX、Aave等應用使用了Polygon的架構。

圖2：Polygon中的固定鏈模式和獨立鏈模式

xDai?Chain

xDaiChain是MakerDAO基金會推出的以太坊兼容側鏈，以xDAI為網絡交易的支付工具，xDAI與DAI同比例兌換。由于兼容EVM，以太坊中所有應用都可以直接遷移到側鏈上。目前xDAI的生態應用有很多，包括1Hive，Honeyswap，PerpetualProtocol，Sushiswap，Unique.one等等。

xDai側鏈使用了權益證明機制POSDAO進行記賬和治理，采用了雙層代幣模型，除了xDai作為支付代幣外，還發行了STAKE代幣作為治理代幣。目前的驗證節點還是中心化的受信任的節點，未來會逐漸開放。在以太坊2.0節點，xDaiChain將成為一個分片或者Rollup加入到以太坊網路中。

其他類Layer2項目

除了專注以太坊Layer2領域的項目外，還有一些原本目標是高速可擴展的公鏈，但實際中與以太坊運行環境不斷靠近讓其逐漸有了Layer2項目的影子，如Harmony，CelerNetwork，BSC，Heco等。跨鏈協議Polkadot上的項目也在探索與以太坊上應用的適配，例如AcalaEVM成功部署了Uniswap合約并運行。

最典型的例子是BSC和Heco，這兩者使用的虛擬機和以太坊相同，開發者可以直接將智能合約從以太坊上遷移過來。而且BSC和Heco在底層改變了公鏈的共識機制等參數，出塊速度更快并實現了更大的承載量，用戶可以在節約交易花費。如果其他公鏈在兼容性與以太坊相稱的話，就可以被視為以太坊上的側鏈，也就是廣義上的Layer2。

Layer2的發展趨勢及問題

Layer2的發展預期

各種Layer2方案層出不窮，我們在第一部分指出，Layer2的競爭力在于降低開發者難度以及提高用戶體驗，因此未來所有Layer2還將朝著這兩個方向進行，例如OptimisticRollup類產品改善欺詐證明和挑戰期的用戶體驗，ZKRollup對虛擬機和智能合約方面進行開發，讓其更適用于目前的DeFi應用。側鏈的實現雖然較為容易，但要提高資金安全和去中心化方面的保證。

Layer2層面上，很難在降低手續費、可擴展性、去中心化、數據可得性這幾方面同時實現平衡。隨著Layer2技術的不斷發展，例如最新的Rollup技術，如果忽視挑戰期或智能合約造成的不便，已經在去中心化和數據可能性方面實現了進步。然而為了追求更快的交易速度和降低手續費，比如zkPorter和Validium模式中，只能靠犧牲數據可得性來實現，不得不將數據轉移到鏈下儲存。不難理解，為了達成更高的效率，只能盡可能少地使用鏈上資源，也就是交給運營節點更多的權力，所以需要更完善的機制設計避免節點作惡。未來Layer2方案會在速度、費用、去中心化和數據可得性這幾方面進行取舍，針對不同的場景會出現不同的解決方案。

對于Layer2的運營者或驗證者來說，進行相關工作需要經濟上的激勵。對于大多數Layer2網絡來說，發行代幣也是未來趨勢，主要用于治理或激勵。但對于使用同一種技術的項目來說，例如OE和Arbitrum，經濟激勵的設計也是他們的競爭力之一。就像DeFi生態中的競爭，如果Layer2的對參與者的激勵更多，那就會因此吸引更多的運營者和驗證者來保證網絡安全。

Layer2只是以太坊上的工具，更重要還是運行在Layer2上的應用。可以看出，與Layer2項目合作最多的是需要高頻交易的DEX。隨著DEX項目的升級，例如Uniswap的V3版本，在Layer2上運行的需求就更強烈。未來Layer2上的競爭也是Layer2上應用之間的競爭，因此對于Layer2來說爭奪應用更為關鍵，尤其是需要高頻交易的應用。

Layer2方案面臨的問題

除了側鏈網絡，Rollup技術的Layer2解決方案的開發進度是低于預期的，因此難以判斷上線之后是否能真正符合預期，開發難度是目前Layer2面臨的問題。Layer2之間的互操作性也是目前Layer2方案面臨的問題，不同的Layer2是由不同智能合約控制的，因此在相同Layer2中應用進行交互才能降低手續費。如果同一應用部署在不同的Layer2中，則會影響它的流動性。因此跨Layer2解決方案也是目前的研究方向。

思考與總結

上文是對目前以太坊Layer2中主流項目競爭格局和趨勢的分析，Layer2作為連接以太坊底層和應用的中間層，也是以太坊主鏈上的擴容工具。最需要關注的就是為應用開發者和用戶層面上的使用體驗，尤其是對應用的爭奪。由于在不同的Layer2會影響應用的交互性，形成Layer2層面上完整的生態是理想的狀態。

雖然各Layer2方案都朝著提高可用性的方向發展，但最后不會出現統一的勝出者，這是因為在不同場景中會出現不同需求。例如在高頻交易場景下人們會更對手續費更敏感，這就可以犧牲掉部分的數據可用性以經濟機制來防止作惡。但在其他更需要安全性的場景下，就可以使用完全數據可用的方案。

為了維持Layer2方案的可持續性，處理運營者和用戶之間的關系同樣重要。如果對運營者的激勵過少，那么可能沒有足夠的運營者和驗證者維持網絡的去中心化和安全。如果對用戶收費過多，也可能造成用戶和應用的流失。尤其是大部分Rollup方案都采用了與主網不同的Gas費收取方式，是否能實現運營者收支平衡還需上線后再做評估。

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