Layer2季節將至？ 一文讀懂其分類與未來

吳說作者 | 吳卓鋮

本期編輯 | Colin Wu

1 Layer2 分類

二層擴容主要有三種方案：Plasma、Rollup 和 Validium。根據數據存儲位置可分為鏈下數據和鏈上數據，前者包括 Plasma 和 Validium，後者為 Rollup 技術。Rollup 又可以根據計算結果傳回主鏈時的驗證方法不同細分為 ZK Rollup 和 Optimistic Rollups。

Plasma 被提出的時間最早，邏輯也最簡單，它將數據的計算和存儲都遷移至二層，定期將計算結果的默克爾根傳回主鏈，再經過一段時間的等待期，如果等待期內有節點對計算結果提出質疑，並通過提供錯誤性證明（fraud proof）證實該默克爾根存在欺詐行為，那麼執行者就會被罰沒保證金。Plasma 衍生出不少問題，包括等待期過長等缺陷，但最重要的還是安全性，即如何證明數據的真實性，畢竟此時數據已經被轉移至二層。

Plasma 始終沒有很好的解決方法，Matic 也因此沉淪許久，直至更名為 Polygon，轉變賽道為 layer2 聚合器才得以重生。目前，解決數據可用性的思路有兩種，一種是對 layer2 運營商進行監管，防止其篡改數據；第二種是直接數據放在鏈上。兩種方法可以直觀地看出優缺點，前者存在監守自盜隱患，後者擴容效果較差。區塊鏈的世界，安全性遠比性能更重要，因此實際上第二種方案更早被提出，這就是 Rollup。

Rollup 將計算轉移到鏈下，但數據保留在主鏈。因為不存在數據可得性問題，所以運營者如果作惡或者離線所造成的損失相對更少。更為重要的是，不存在數據可得性問題意味着，資產無需和所有者有明確的邏輯映射關係。相比其他二層擴容方案，Rollup 是具有通用性的，比如可以在 Rollup 中運行 EVM，從而使現有的以太坊應用可以在不寫新代碼的情況下遷移至 Rollup。為了提高效率，Rollup 使用了一系列壓縮技巧，並儘可能地用計算替代數據，雖然最終可擴展性與鏈下數據無法相比，但還是能將 layer1 的 TPS 擴大至少100倍。

剩下的問題便是計算結果的驗證，這個問題同樣有兩種解決辦法，從而形成了兩種類型的 Rollup。

Optimistic Rollup 與 Plasma 相同，在驗證環節同樣使用欺詐證明：主鏈記錄了鏈下每一步計算的默克爾根，如果有節點發現某批次計算結果對應的新默克爾根是錯誤的，他們可以在主鏈上發布錯誤性證明，如果校驗通過則對該批處理之後的所有批處理交易全部回滾。ZK Rollup 使用有效性證明解決上述問題: 每一次狀態回傳都需要提供零知識證明（ZK-SNARK），該證明將由主鏈上的 Rollup 合約來驗證，證明的確存在這些交易，且這些交易是由發起人親筆簽名過的，這就杜絕了運營者提交無效狀態或篡改狀態的可能。

解決數據可用性的另一種思路——對 layer2 運營商進行監管，則催生了 Validium。StarkEx 在提出 Validium 協議時，引入許可型數據可用性委員會來緩解這一問題。每一次狀態更新必須由達到特定人數的 DAC 成員簽名，以此表示 DAC 確實收到了數據。在 StarkEx 中，DAC 有 8 位成員，他們都是受到法律監管的知名組織。因此，你很難將 Validium 視作一個完全去中心化的協議。不過，犧牲去中心化換來的是超過600倍 TPS 的擴容性能，這對於一些追求極致速度而不太在意的可信任度的賽道具有一定吸引力，例如遊戲行業。

2 Layer2 比較

1、Rollup 具備鏈上數據可用性，因此中心化程度較高，Validium 需要機構作為監管方，因此去中心化程度不夠。

2、Optimistic Rollup 的安全模型基於一個假設：至少存在1個誠實節點，會執行所有 OR 交易並在無效狀態轉換髮布時主動提交錯誤性證明。由於活躍節點的數量存在上限，所以還是有可能會出現一些複雜的攻擊，雖然概率非常小。另一邊，零知識證明技術需要一個普遍性的可信任初始設置，因此如果該設置出現問題，ZK Rollup 的安全性也會打折扣。

3、零知識證明技術下的 TPS 高出許多，因為免去了反覆的驗證過程。如果考慮隱私計算，根據 Vitalik 的預測，Optimistic Rollup 的 TPS 提升將不足100倍，但 ZK Rollup 卻超過500倍。

4、欺詐證明需要長達一周的等待時間，雖然有第三方提供流動性，但那需要支付額外的成本，承擔額外的第三方風險。

5、ZK-SNARK 技術相對更複雜。

6、理由同上，更複雜的計算自然開銷更大，不過由於 TPS 更高，實際手續費更少。

7、幾乎所有在以太坊上可以執行的計算都可以在 Optimistic Rollup 上完成，包括智能合約的可組合性。ZK Rollup 目前只能進行簡單的支付、轉賬和其他特定程序。

3 Layer2 布局展望

區塊鏈項目，無論哪個賽道，技術都只在早期進行比拼。隨着用戶數量的不斷積累，生態的不斷建設，商業模式逐漸清晰和穩定，此時比拼的是流量。因為當一個項目參與者多了，人們對它的共識也就增強了，這時即便存在技術上的不足，人們也願意等待它的迭代。比特幣如此，以太坊也是，那些號稱 TPS 上萬的公鏈實際對以太坊毫無競爭壓力，因為以太坊也能做到（ETH2.0 和  Rollup 都上線后 TPS 可提升至10萬），只是時間問題。

回到 layer2 賽道，雖然 Arbitrum 鎖倉量暴增（Arbitrum和Optimistic同為欺詐證明範疇的Rollups方案），但個人不認為共識能這麼快形成，技術的競爭還是首當其衝。Optimistic Rollup 技術上的缺陷就是欺詐證明存在安全隱患和等待時間過長，ZK Rollup 的技術難題是需要可信初始設置以及無法通用性計算。相對而言，Optimistic Rollup 的技術難題是天然的瓶頸，目前看不到可以提升的空間，而 ZK Rollup 的通用計算卻是可以在不久的將來實現的。這也是為何多數人認為短期看 Optimistic Rollup，長期看 ZK Rollup，畢竟 ZK Rollup 還有 TPS 和取款時間上的優勢。

不過，Optimistic Rollup 技術上的低門檻也為其搶佔市場帶來許多額外機會。事實上，其它公鏈也可以成為以太坊的 Rollup，它們只需要創建一個遵守 Rollup 設計模式的橋樑，並將必要的數據發布到以太坊上就可以了。而能夠接納它們的，大概率是 Optimistic Rollup 了。

總之，三種 layer2 方案各有各的優勢：

1、ZK Rollup 即使在技術上無法突破，一樣可以在簡單的支付領域發揮其高 TPS 和高去中心化的優勢。對應傳統金融的支付功能，需要秒級的速度分毫不差確度。

2、Optimistic Rollup 即使被迫接受 ZK Rollup 在技術上實現突破，一樣可以作為 Rollup 橋樑吸納“投奔”的公鏈。對應傳統金融的借貸功能，山寨公鏈上存在大量借貸平台，人們在借錢時往往不那麼在意 TPS 的高低和取款時間的快慢（相較於支付功能）。

3、Validium 則可以在犧牲去中心化的情況下將 TPS 優勢發揮到極致，這非常適用於機槍池這類基金產品。對應傳統金融的投融功能，人們在進行股權交易時對速度的要求是最高的（尤其是高頻交易）。