多角度理解Layer 2生态：概念、扩容方案及代表项目

撰文：Footprint分析师Vincy(vincy@footprint.network)

日期：2021年12月

数据来源：Footprint Layer 2 Dashboard（https://footprint.cool/1ypO）

据Footprint Analytics最新数据显示，第四季度的以太坊Layer 2总锁仓量（或TVL）较第三季度增幅600%，于11月25日突破71.7亿美元的峰值。截止当前TVL最高是Arbitrum（24亿美元），其次是dYdX（9.8亿美元），Boba Network以7.7亿美元的TVL位居第三。

随着以太坊网络用户量的与日俱增，网络拥堵以及高gas费成为各应用的首要问题，市场对以太坊网络的需求逐渐加大，缓解该问题也就成了重中之重。于10月26日，以太坊创始人V神在会上发表《通往以Layer 2为中心的以太坊之路》，意味着Layer 2是以太坊扩展的未来。

Layer 2的概念

在数据增大且网络拥堵的情况下，通过扩大容量，缓解当前所受的压力，Layer的概念就油然而生。Layer 2是一个为提升以太坊网络（Layer 1）性能的整体扩容解决方案。

关于区块链的扩容主要分为两个方向：Layer 1和Layer 2

• Layer 1：改进公链本身以提升性能，即链上扩容，包含增加区块大小(或数据结构)、分片技术和隔离见证，能提高交易处理能力的解决方案；
• Layer 2：不直接改动Layer 1（主链）的区块大小等规则，而是构建一个链下的二层（即 Layer 2），包括状态通道、侧链、Plasma和Rollup，在二层处理部分交易以分担主链的压力，在必要时和主链进行交互，即链下扩容。 

Layer 1和Layer 2之间存在什么联系？它们好比母公司与子公司的关系，把一些以太坊上的交易数据请求跨链到Layer 2处理，处理完后Layer 2返回交易信息跨链到Layer 1，减轻Layer 1的交易压力，实现低gas费的交易结果，这是Layer 2的主要核心技术要点。

除此之外，Layer 2是对Layer 1的扩展，突破Layer 1的原有功能的限制，在不影响Layer 1本身的特性上，还继承了以太坊的安全性。

Layer 2主要的扩容解决方案

早期的Layer 2是以状态通道和侧链两大方向去摸索，但在摸索的过程中发现，状态通道无法做到去中心化以及匿名性的隐私保护需求，侧链的资产控制权在链下，对资产安全性有很大的隐患，因此它们不是Layer 2中最好的扩容解决方案。

而好的解决方案是需要是保持数据的安全性、交易真实且匿名性以及短期的退出周期等需求，而Layer 2也抓住这些特性不断地加以完善扩容功能。

据Footprint Analytics显示，当前Layer 2共有19个项目，包括有DEX类型以及其他网络等，它们仍然是加密领域中最值得关注的趋势，从年初到至今，总TVL涨幅11400%，Layer 2增长快速与Layer 2的扩容技术调整后方案有直接的关系，当前主要有4种扩容方案，分别为Plasma、Optimistic Rollup、ZK Rollup和Validium。

1. Plasma相对保障资产安全性，信息不可用成为阻碍 

Plasma是链下扩容解决方案，依赖主链交互最少的链下交易，它使用子链向根链（即以太坊）报告方式来增加交易吞吐量（系统在单位时间内处理请求的数量）。

Plasma是OMGX Network最早提出Layer 2概念的以太坊扩容项目之一，它的工作原理为以下几点： 

• 先在以太坊外构建Plasma链，用户将资产从以太坊上转移到Plasma链上，这个过程需要将主链资产发送到管理Plasma链的智能合约，该资产就可进入Plasma链中进行交互；
• 每隔一段时间，Plasma链上操作者（即Plasma链上维护者）会对该时间段内的交易进行批量处理，生成一个区块；
• Plasma链上操作者会将计算结果返回到主链上，并将资产交易的状态发送给资产当前所有者。

Plasma链扩容解决方案的突破点在于它保障资产相对安全，即使在链下环境不可用时，也能在主链上提取交易结果，从而更好提高主链交易吞吐量；另外还减少与主链的交互，降低交易gas费。

但是，Plasma机制并非完美，其存在的问题也比较明显：

• 数据不可用。主链无法获取所有链下数据，只能通过根哈希（一种典型的二叉树结构，由一个根节点、一组中间节点和一组叶节点组成）进行简单验证；
• 退出周期长。因不具备主链数据可用性，导致退出机制比较复杂，需要更长的周期进行欺诈证明，导致提取资金周期更久，约7-14天之上；
• 通用性拓展难。在技术框架下限定子链的数据结构，加大难度。

代表项目：OMG Network使用Plasma的扩容方案

据Footprint Analytics显示，当前OMG Network的TVL为310万美元，位居Layer 2项目中排名14，相对其他项目体量较小，且从趋势上来看，属于停滞不前的项目。 

但随着Layer 2网络中Optimistic Rollup等新方案不断涌现，OMG Network的定位方向逐渐削弱，通过升级品牌且采用Optimistic Rollup扩容解决方案重回战场，从而得到更多发展的机会。

Optimistic Rollup（欺诈证明）及ZK Rollup（零知识证明）通过验证交易包的真实性，从根本上解决Plasma数据不可用的问题。

2. Optimistic Rollup压缩上链交易数据，但验证效率低下

Optimistic Rollup是Optimistic合约和链上数据可用性组合而成，选择相信操作者提交的交易包真实性，对欺诈行为作出处罚。

它的操作原理是，当Layer 2计算结果返回Layer 1时，如果验证者认为结果可能存在欺诈行为，那么验证者就可以发起挑战，主链冻结资产，进行交易数据和记录验证，证明其是真实的交易还是欺诈的交易。另外，如没有验证者怀疑该计算结果，主链默认交易是真实的。

这种模式提高了上链效率，将多笔交易打包操作，节约时间和节省gas费，拥有较强的兼容性，减少开发者的工作量，更好解决以太坊网络拥堵的痛点。

其缺点是：

• 验证效率低。验证欺诈证明机制使得资产存入和转出需等待较长的质疑期；
• 资金可能会被冻结。如果验证者认为结果存在欺诈行为，容易被主链冻结资产；
• 扩容程度不及ZK Rollup。交易压缩率相对较低。

代表项目：Arbitrum、Boba Network多个项目使用Optimistic Rollup的扩容方案

据Footprint Analytics显示，当前Arbitrum链是Layer 2的龙头，而Boba Network是近一个月以来新兴网络，增长快速。它们使用Optimistic Rollup扩容解决方案，可以实现高吞吐量，让开发者以低成本部署，运营智能合约，同时可以保持无需信任的安全性。

3. ZK Rollup高度去中心化，开发难度高

ZK Rollup是通过在单笔交易中对大量资金转移进行集中处理以提升扩容性。 Plasma在每次发生资金转移时都会创建一笔交易，而ZK-Rollups则将数百次转移都捆绑在一笔交易中。  

相较于Optimistic Rollup，ZK Rollup交易压缩率更高。体现于它通过零知识证明验证交易包的真实性，操作者能在不向验证者提供任何有用的信息情况下，使验证者相信某个论断是正确的。具体的操作如下：

• 用户转入并锁定资产，Layer 2添加账户资产信息； 
• 在Rollup网络中，用户签名并发送交易；
• 操作者收集交易，批量打包，生成零知识证明；
• 操作者将交易包和零知识证明广播到主链；
• 智能合约通过零知识证明验证交易包的真实性，更新数值，执行转账操作。

其优点是：

• 实现去中心化；
• 上链效率高。交易压缩率更高；
• 验证效率高。没有验证等待期；
• 安全性以及隐私性更优。零知识证明不透露交易细节，ZK Rollup技术保证了提交给主链的数据真实有效。 

其缺点是：

• 生成零知识证明过程复杂；
• 应用定制化开发难度大，兼容性低。 

代表项目：dYdX采用ZK Rollup技术方案

dYdX在为交易加密资产建立一个强大而专业的交易所，让用户可以真正拥有自己的交易，并最终拥有交易所本身。

其作为DeFi衍生品龙头，也是ZK Rollup技术最早采用者之一。整体的数据表现：继8月份以来，TVL持续上涨的态势稳住Layer 2项目的前2名，当前TVL为9.76亿美元，其Token(DYDX)价格有所下降趋势，当前为9.04美元，市值为5.7亿美元。

4. Validium是混合扩容解决方案，安全性较低

Validium是混合扩容解决方案，能让用户能够在ZK Rollup模式和Validium模式之间进行选择。但区别于ZK Rollup，Validium的数据保持在链下，而ZK Rollup的数据可用性是在链上。

Validium可能更适合对无需信任要求没那么高的应用（譬如游戏DApp），而ZK Rollup更适合于对安全要求较高的支付和交易所等场景。

代表项目：DeversiFi和ImmutableX采用Validium技术方案

DeversiFi，声称是在以太坊上获得DeFi机会的最简单方法：投资、交易和发送Token而无需支付gas费用，当前最大的基于Validium的去中心化交易所，据Footprint Analytics显示，于12月4日，TVL突破1亿之上创历史新高。 

ImmutableX，是以太坊上NFT的第一个第2层，承诺为游戏、应用程序、市场提供零gas费以及即时交易可扩展性的项目。当前位居Layer 2排名第7位。

总结

Layer2扩容解决方案经过多年的更新迭代，实现在以太坊上扩容的安全方案，缓解以太坊网络的拥堵和高gas费等问题，成为了解决区块链技术规模化应用的主流技术方案，每种方案都有自身的优势和劣势，但每个Layer 2项目都根据自身情况去开发相应的技术，从而实现其最大的价值。 

Layer 2的技术创新以及快速的发展，同时也在推动了DeFi市场、NFT和虚拟世界等的发展，在提高网络吞吐量、减少开发者的工作量和交易效率等中，象征着Layer 2是以太坊扩展的未来。

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