分析 2022 第一部分中的 Layer2

本文为 Coinlive 和 GeniiData 原创 Web3 年评；如需转载请注明出处。

介绍

自 2008 年 BTC 诞生以来，无数天才项目相继涌现，为 web3 行业引入了关键用例。然而，令人尴尬的是，经过14年的快速发展，行业基础设施仍然不足。通过第 2 层扩展以太坊是解决此问题的最初几次尝试之一。通过L2s，web3将真正进入亿级用户的新时代。

数据来源：geniidata.com，2022年11月起L2日交易量超过ETH主网交易量

2022 年的 Web3 行业层出不穷，黑天鹅事件层出不穷，动荡不断。然而，在如此悲观的市场行情下，L2的增长曲线却欣欣向荣，让人不禁关注。

在此背景下，GeniiData团队携手Coinlive，邀请三位资深行业分析师：Peter@peter3050、Tom@tomtsan79919541、Gary@garymetaz，以及社区数据分析师：0xFalse@0x_false，共同探讨L2s的现状。本次讨论将分为以下三个章节。

1.宏观层面：L2s的总体背景

2. 中级：行业趋势

3.微观层面：核心项目

1. L2 的语境背景

Web3 行业从来不缺话题，而以太坊的扩容永远会在这个话题列表中占据一席之地。

（一）行业需求

在区块链的三难困境（去中心化、安全性、可扩展性）中，以太坊选择牺牲可扩展性来换取安全性，这使得以太坊很难实现超过每秒 15 笔交易（TPS）。在牛市期间，用户可以感受到不断增长的需求带来了网络拥堵和 gas 费用上涨。如下图所示，2022年Q1，gas费一度接近0.01Eth，即每笔交易的成本接近20美金。对于socialfi、gamefi等需要高频低价值动作的垂直行业，这种成本往往难以承受。

数据来源：geniidata.com，2022年Q1 gas fee接近0.01 ETH，也就是20多美金。

高昂的gas费和网络拥堵在一定程度上抑制了生态的发展，尤其是基于ETH的socialfi和gamefi项目。这些问题是巨大的瓶颈，扩张势在必行。

（二）拓展路线

以太坊 2.0

以太坊 2.0 计划通过分片来提高网络的处理能力和吞吐量。在以太坊分片架构中，每个分片都是一个单独的区块链。他们共享一个共识机制，但在操作上是独立的。这意味着每个分片都有自己的节点、挖矿节点和矿工，每个都运行自己的智能合约。分片架构使以太坊网络能够更有效地处理交易，同时也提高了网络安全性。

以太坊分片是一项很有前途的技术，目前正在开发中。唯一的缺点是没有预计的完工日期，它总是在进行中。毕竟，在飞机飞行过程中更换发动机是一项非常具有挑战性的工作。

由于 ETH 扩展的最终完成日期尚无明确日期，因此用户和开发人员都在寻求通过 L2 进行扩展。 L2 有五种主要机制：状态通道、子链 plamsa、侧链、汇总和状态通道。

状态通道 允许用户进行多个链下交易，同时只向以太坊网络提交交易两次——一次是在通道打开时，一次是在通道关闭时。这样TPS可以提升1000，但是这种模式只支持固定用户数，不支持智能合约。

子链 Plasma 是以太坊的低配分叉，可以扩展到多层，子链上有孙链或曾孙链。与状态通道不同，Plasma 子链可以支持灵活数量的用户。但是子链没有自己的安全机制，高度依赖主网。它也不支持智能合约。

侧链 比plasma子链更进了一步，有自己的共识机制和安全保障，进一步优化了交易速度，其中最著名的就是Polygon。侧链与以太坊相关联，可以独立运行。但是，侧链仍然存在一些明显的缺点。首先，数据与主链隔离，去中心化程度比以太坊差。

汇总。 rollup 的核心概念是将共识与执行解耦，在 L2 中执行交易，将众多交易聚合生成一个大 batch，在 L1 中公布交易结果，并通过证明机制验证交易结果的有效性。

根据不同的证明机制，可以分为乐观汇总 和零知识汇总 .具体区别后面会详细介绍。

有效性 同样采用zk rollup证明方式，但与rollups将数据存储在链上不同，Validium的数据由一组存储在链下的数据公证人管理，安全性较差。

经过上面的简单对比，大部分的扩展方案都存在明显的不足。虽然卷起 目前还不完善，是目前最靠谱的扩容方式，所以本文将围绕rollup来探讨L2扩容之路。

1.乐观汇总

Optimistic rollup operators 将链下（以太坊之外）交易打包成批次，然后发送到以太坊进行公证。这压缩并减少了通过以太坊传递的数据量，从而提高了效率。 Optimistic rollup 被认为是“乐观的”因为它假定链下交易是有效的，依靠 proveFraud() 函数来验证交易的正确性。

为了验证正确性，在提交到以太坊L1后，设置一个挑战期（通常为一周）。如果在此期间没有挑战，那么这批数据被归类为最终状态并且是正确的。

如果周期挑战成功，结果为错误状态，将被删除，重新计算后替换为正确的结果。提交本次错误交易的打包者将受到惩罚，成功挑战者将获得奖励。

来源：ethereum.org

使用 optimistic rollup 构建的星级产品有两个：乐观 和决定 .虽然它们基于相同的 rollup 技术，但两者还是有一些区别的，主要是在欺诈证明的处理上，proveFraud() 函数。

欺诈证明

Optimism采用单轮欺诈证明的交互方式。如果遇到挑战，整个交易过程将在 L1 上重新计算，以找出有问题的步骤。整个方法只需要一轮交互。但是，这种方法有一个明显的缺点。整个交易在ETH L1上重新计算，由此产生的gas费成本比较高。

相应地，Arbitrum 采用了多轮欺诈证明的交互模式。通过链上二分法机制，首先定位可能有问题的步骤，然后在L1上验证整个序列的正确性。整个二分定位机制有多轮交互。因此从概念的角度来看，Arbitrum 采用的模型更复杂，耗时也更长（1-2 周）。但由于最终能够准确定位到争议步骤，降低了链上计算的成本。

EVM兼容性

对于用户来说，optimistic rollups 性能有了很大的提升，可以节省大量的成本。对于开发者来说，optimistic rollups 的 EVM 兼容特性为他们节省了大量的工作。开发者可以大量使用以太坊的基础设施，学习成本低。同时，以太坊上已有的智能合约可以直接迁移到L2，无需大量修改代码，迁移成本也很低。

2. 零知识汇总

zk rollup 使用零知识证明（zk）来验证打包的交易结果。核心逻辑是在向L1提交数据时，提供一个基于零知识证明技术的zkp（零知识证明）。相比Optimism rollup的欺诈证明，zk rollup具有更高的隐私性、安全性、可扩展性和资本效率：

1)隐私 : zk技术允许一方在不提供任何信息的情况下向另一方证明某件事是真实的，因此用户的隐私将得到极大的保护。

2)安全 : zk rollup 机制中没有观察者。通过采用智能合约的验证方式，提高密码技术的安全性。

3)可扩展性和成本： 对于大多数应用来说，通过zk rollup需要向主链提交的数据相对较少，因此该技术可以提高TPS，降低成本。

4)资本效率： 由于采用了零知识证明的有效性证明机制，不需要像Optimism和Arbirtrum rollups那样设置更长的挑战周期，资金回笼速度会快很多。

来源：docs.zksync.io

由于以上明显的优势，连 Vitalik 都认同 zk rollup 是 rollup 的终极路径。但是零知识证明技术的难度非常高，所以在现阶段，zk rollups 也有很多不足：

1) 缺乏兼容的 EVM。目前还没有能够实现共识级别（最高级别）兼容性的实用 zkEVM，以太坊核心开发人员预计这需要数年的努力。目前zksync项目比较快。 zksync 2.0 已经有了语言级别兼容性（最低级别兼容性）的 zkevm，还没有达到共识级别。

2）开发难度大。零知识证明的技术复杂度高，所以用zk rollup构建的项目开发难度大。可以理解，总体进度落后于使用 optimistic rollup 的项目。此外，zk rollup 项目更难审计，因此出现严重风险和可利用漏洞的可能性更高。

3) 昂贵的硬件要求。由于每次验证时都需要生成 zkp，所以基于 zk rollups 构建的项目需要更好的硬件设备，即便如此，仍然存在过热的风险。

试图通过引入 rollup 技术来解决 L1 trilemma，似乎 rollups 也陷入了无法平衡的悖论。

安全性和可扩展性明显优越的Zk rollup开发难度大，且与EVM不兼容，导致成熟产品迟迟不能上线。

Optimistic rollup 更易于开发且兼容 EVM，因此成熟的产品可以轻松部署在其上，成为 rollup 行业的先行者，占据了以太坊 L1 上的大部分流量。但是，在性能、安全性和用户体验方面，显然无法与zk rollup的最终形态相提并论。

考虑到众多参与玩家和开发者运营能力的差异，究竟哪一种rollup最终仍会受到市场的青睐，目前还很难下定论。

三、前景与竞争

一个行业的诞生和发展离不开需求和竞争，需求是一切故事的开始，竞争决定故事的结局。

一、需求与前景

故事开头的需求源于大家对高TPS（每秒交易量）和低手续费的向往。如果 Defi 代表高价低频链活动，那么它可以在 L1 的性能支持下蓬勃发展。但是随着L2的引入，以其高性能和低费用，是否会有更多的项目出现爆发式增长？

德菲 ：除了老项目向L2的迁移，在高TPS的加持下，也会为Defi赛道带来更多的创新机会。基于订单簿的 DEX（例如 DYDX）越来越受到关注，潜在的 L2 也可以增加用户对 DEX 的使用。订单簿DEX天然适用于各种高频交易，其在传统金融中的市场占有率可达30%~50%。然而，在过去，由于高昂的 gas 费用，如此大的交易量只能在中心化交易所进行。未来随着L2的扩展，这些客户可以在更安全的去中心化交易所完美完成交易。

Gamefi &非同质化代币 : 扩容后，L2s也将支持高性能游戏，让更多真正好玩的游戏得以开发，而不是仅仅依靠P2E游戏来吸引用户。 Web2 中的很多经典游戏也可以与 NFT 结合，实现游戏资产的有意义的采用和流通。 Immutable X 和 ZKBox 等基于 Layer2 的 NFT gamefi 受到了很多关注。也许Gamefi 2.0离我们真的不远了。

社交网络做过 ：Socialfi是用户最多，使用频率最高的赛道。如果L2s能够成功的与socialfi方面进行融合，将会给web3带来巨大的流量。从过去的历史来看，每十年就会出现一批新的社交平台，因为年轻人总是在寻找一个更有趣的社交世界，可以打破上一代人的束缚，树立自己的话语权。

同时，socialfi 可以利用其用户行为、贡献和社交活动。这些海量数据资产也将丰富 DID，让 web3 用户拥有一个与现实生活紧密相连的生动虚拟身份，而不是冰冷疏远的身份。

每一次技术进步都可能带来前所未有的颠覆性创新，潜在地创造巨大的新需求。就像NFT的诞生一样，L2会给行业带来哪些颠覆性的新技术？

二、比赛与结局

如上所述，行业对 L2 的需求可能是巨大的。这为有潜力的项目提供了良好的建设起步平台，但竞争决定结局。如果你不能在激烈的竞争中生存下来，那么再大的需求也无法生存。

技术进步是衡量竞争的一个重要影响因素，因此与侧链或子链 Plasma 等其他竞争相比，rollups 在 L2 扩展竞争中占据领先地位。这对于采用rollups的项目方来说无疑是个好消息。另外，在 rollup 内部，zk rollup 被认为是最终的解决方案，但这并不意味着目前使用该技术的项目（zksync、starkware 等）是最终的赢家。

这里我们想介绍一下智能驾驶行业的竞争演进，并以此为参照思考L2未来的格局。

特斯拉与谷歌

从智能化程度来看，智能驾驶行业也有从低到高的L1-L5分类。谷歌认为低级别无人驾驶是一个不成熟的产品。他们从一开始就瞄准完全无人驾驶的L4+。特斯拉的路线是先推出低级别的辅助驾驶L2产品，利用大量数据推动产品向成熟的L4或L5发展。

从目前的情况来看，特斯拉的路线无疑有更高的成功概率，因为技术的进步本身就依赖于大量的数据和市场反馈，单纯的有限路试永远无法实现真正的L4。由此，特斯拉得以超越谷歌，成为领先的智能驾驶公司。

上面的例子可能会帮助我们思考 L2s 的最终结果。绝对的技术并不是决定一个项目成败的唯一因素。

如果我们用高执行力，就能尽快推出适合当前市场的产品，抢占市场流量，并在未来的运营中不断完善。如果产品延迟发布直到其最终的完美形式，它的成功概率可能会降低。

而且，从技术角度来说，低难度技术的组合有时可以达到高难度单个技术的表现。 Arbitrum 和 Optimism 是 optimistic rollup 的主要采用者。虽然 optimistic rollup 的性能落后于 zk rollup 路线，但可以通过结合技术来解决一些缺点。比如提币时间长，可以通过第三方跨链桥来解决。

L2跨链桥Orbiter可以帮助Arbitrum体现分钟级转账

2、行业动态

当前对 L2 的定义存在一些差异。从广义上讲，所有在以太坊主链之外的技术扩展都属于L2的范畴。

这里我们将重点关注一个具体的定义：L2 是依赖于以太坊 L1 安全性的。据此，状态通道、Plasma 和侧链并不是严格的 L2，因为它们具有独立的安全性。因此，后续关于 L2 行业的讨论将主要集中在 rollups only 及其周边生态。

（一）L2发展趋势（定性分析）

1. L2s发展空间巨大，可能引发行业下一次爆发。

2.多个L2解决方案可以共存

对于 L2 基础设施，Artibturm、Optimism、zksync、starkware。在安全性、低费率、可扩展性、项目可用进度方面，没有全方位领先的L2基础设施。

项目方只能根据自己的实际需求选择相应的基础设施，短期内可以有多种解决方案。共存是比竞争更现实的结果。

但值得关注的是各项目方的操作能力和导向能力。谁能利用 web3 的巨大营销和网络效应来获得更大的市场份额，谁就是赢家。借助先发优势，项目方可以构建更大的生态系统，掌握更多的资源，在竞争中占得先机。

3. 跨链是必然的

L2的兴起意味着未来一定会有多链生态。按照Vitalik的说法，未来会有L3甚至L4。从这个角度来看，跨链也将是必不可少的基础设施。

不同L2之间的技术差异突出了L2之间互操作性差的问题。由于这些 L2 是使用不同的智能合约构建的，因此用户跨 L2 与数据和资产进行交互会更加不便。因此，如果相同的应用程序部署在不同的 L2 中，也会影响其流动性。所以除了L2本身的发展，cross-L2也是一个重要的发展方向。