Hashkey Cui Chen：了解以太坊2层的竞争格局和趋势

投稿人：崔晨，hashkey资本研究

作品，审稿人：邹传伟，万向区块链

首席经济学家；

以太坊扩容问题迫在眉睫，以太坊2.0发展缓慢。 第二层扩容计划最有可能在短期内改变以太坊的拥堵状况。 在以太坊中实践 Layer 2 扩展的团队基于相同或不同的技术方案（如 rollup 和 plasma）实现相应的产品。 目前大部分产品还处于开发阶段，它们之间的格局会影响以太坊的生态格局。 根据二线开发团队披露的方案，对其可行性进行了解读和评估，总结了二线项目的发展趋势和二线项目目前面临的问题。

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如何理解 Layer 2 解决方案和竞争力

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第 2 层：底层中间商和应用程序

Layer 2 解决方案的思路是将本应在 Layer 1 上运行的计算过程放到链下，并将结果传回链上进行确认。 无论是普通的转账，还是复杂的智能合约，都可以通过Layer 2解决方案实现快速交易，节省GAS FEE。 Layer 2 作为以太坊中的扩容工具，也是连接底层网络和上层应用的中间层。 从这个角度来说，人们对Layer 2有两个需求：应用需要Layer 2快速通关； 主网和用户需要Layer 2来保证计算结果的正确性和资金的安全。

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一般来说，rollup、plasma等技术通过主链上的智能合约实现Layer 2与主链的通信。 通过与智能合约交互，用户可以在Layer 2进行充值和提现，Layer 2通过更新状态将充值结果回传给主链。 但是，状态更新不是自动的，需要由指定的负责人（即第 2 层操作员）执行。 以汇总为例。 尽管任何人都可以操作汇总，但在链下计算并在主链上更新会消耗资源。 因此，有必要为运营商提供经济激励以保持聚合运行。 特别是对于需要防止欺诈和挑战期的计划，如果没有适当的激励措施，就很难维持项目的可持续性。 Layer 2 交易费用由用户承担，运营商将获得这些奖励。 作为一种广义的 Layer2 模型，侧链也是这样运作的。 侧链有独立的验证节点。 用户在使用侧链或跨链时，需要向侧链的节点发送请求。 Layer 2 是底层和 web 应用程序之间的中间人，为了方便而收费。

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Layer2 解决方案的竞争力

从另一个角度来看，Layer 2 关注的是底层网络和应用的开发。 如果底层网络以太坊出现问题，没有人用，就没必要扩容layer 2。如果Layer 2没有繁荣的应用生态，没有用户会用，那就没必要用. 它涉及应用程序和用户。 这样，Layer2 解决方案之间的竞争就相当于公链的竞争。 但不同的是，退出公链生态的用户除非将公链中的所有资产全部卖掉，否则很难转移到其他生态，而Layer2用户可以自由进出Layer2。 如果 Tier 2 上的应用没有吸引力，用户总是可以转移到 Tier 2 上的其他应用。在当前环境下，Layer 2 本身对用户没有吸引力。 在使用 Layer 2 时，更要注意以上应用。 所以对于Layer2，我们要关注两个方面的体验，开发者体验和用户体验。

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以太坊在开发者社区之间形成了护城河效应，所以对于Layer2来说，开发环境越接近以太坊，开发者越喜欢。 特别是，许多第 2 层的目标应用程序已经部署在主网上。 如果开发人员需要针对第 2 层环境进行开发，这可能会非常耗时。 与所有新技术一样，第 2 层解决方案具有先发优势。 尤其是以太坊用户对Layer 2 的推出非常期待，因此尽快开发Layer 2 解决方案并部署热门应用是提升Layer 2 竞争力的最有效途径。

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提升用户体验，首要的是保障用户的资金安全。 其次，用户需要在主网和Layer2之间无感觉地移动。 如果操作繁琐，会给用户造成门槛，影响用户数量。 还有一个第 2 层基础。 用户需要获得比二层主网更流畅的使用体验，并能有效节省GAS FEE。

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综上所述，使用Layer2的成本和便利性是每个Layer2的竞争力。

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Layer 2 解决方案和能力

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Layer 2 技术解决方案可以分为几类，例如状态通道、侧链、Plasma 和 Rollup。 相同技术的不同版本将由不同的团队开发。 以下是目前流行的 Layer 2 解决方案和能力。

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乐观的以太坊

Optimal Ethereum（OE）是Optimal开发的基于Optimal Rollup技术的二层网络。 主网计划于2021年7月上线，目前测试网上有synthetix和unipig（Uniswap的Layer 2版本）两个demo版本，将成为主网上线后的第一批应用。

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OE中使用自己创建的OVM虚拟机，相当于Layer2EVM的替代品。 由于执行环境的不同，两者并不完全相同，主链上执行的智能合约需要转义为适合OVM的操作码。 在 OE 中，状态的正确性需要通过反欺诈和挑战期来判断，这涉及到 layer 1 的多笔交易，需要一定的时间。 Layer 2 状态的最终确认需要 7 天，如果有欺诈交易，将被回滚。 OE的安全性也来自防欺诈的保障。 曝光错误交易并提交OE证明的用户将获得奖励。 为了防止运营商白白作恶，他们需要在以太坊上存入诚信押金。 如果验证者发现他们的欺诈行为，运营者的保证金将一部分给验证者，一部分将被销毁。 这是因为操作员可以在验证者提出证明之前仓促行事。

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由于欺诈证据的存在和挑战时间的限制，用户需要等待一周。 这也是OE的短板，可以通过流动性提供商的解决方案来解决。 如果OE中的验证者证明用户的交易是正确的，并且在指定的时间后将提现，他可以作为流动性提供者，提前向用户预付资金，等待用户提现在还款之前，为了在挑战期间赚取利息。 或者用户需要的应用在OE上，用户不需要退出主链。

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费用方面，用户向OE智能合约转账和提现需要消耗gas费用。 用户在跑酷体验中进行交易时，可以向运营商支付GAS FEE。 OE的gas费计算方式与主网不同。 比如OE上的gas price是一个固定的常数，当前初始值为1gwei，用户不需要设置。

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仲裁摘要

Arbitrum rollup 由 offchain labs 团队实现，也是基于最优 rollup 技术。 目前测试网V4版本已经发布，是未来主网的候选版本。 除了rollup，arbitrum还有state channels和side chains，其他应用还没有上线。 目前arbitrum汇总测试网的生态布局包括Bancor、balancer、bounce、mcdex和arbiswap（Uniswap的arbitrum版本），以及chainlink、graph等基础设施。

图 1：Arbitrum 架构

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如上所示，arbitrum 建立在以太坊之上。 ETHbridge用于维护layer 1和layer 2之间的连接，调用ETHbridge合约可以实现主网和仲裁链的交互。 AVM架构之上是运行在arbitrum底层的虚拟机AVM。 Arbos 完全在 AVM 中运行，负责管理和执行智能合约。 最重要的是，Arbos 为智能合约提供了一个 EVM 兼容的执行环境。 左上角的用户在使用钱包或前端工具与arbitrum进行交互时，不需要使用新的工具，开发者也不需要做额外的开发。 他们可以直接将现有的实体合同转让给仲裁庭。

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类似于optimal rollup的思想，arbitrum rollup使用防欺诈来保证网络安全。 同样，仲裁庭也会有专门的操作员和验证员，操作员需要缴纳保证金以防犯罪。 一个专门的验证者监督操作者的不当行为，否则，如果每个交易参与者亲自验证监督，将会影响用户体验。 在仲裁过程中，仲裁员在链下拆分争议内容，确定争议的最小范围，然后调用以太坊合约进行裁决。 因此，arbitrum在第一层验证中更有效。

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在arbitrum中，使用虚拟机也是需要支付gas费的，这在arbitrum中体现出来，也是对arbitrum运营者的一种经济补偿。 Arbgas 用于评估 AVM 中的计算时间。 1 亿个 arbgas 大约相当于 2020 年初链下实验室开发人员计算机上 1 秒的 CPU 时间。每个 AVM 指令的 arbgas 开销是通过测量设置的，这与以太坊中的 gas 计算不同。 目前，在测试版中，默认成本设置为零。

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零同步

Zksync 由 matter labs 开发和实现。 基于ZK-rollup技术，采用密码学手段证明链上数据的真实性，保证资产安全。 运营商上传数据时，会附上有效证明。 上传数据时，主网可以立即验证信息，因此Layer 2可以达到与主网相同的安全性。 目前zksync的生态包括curve、AAVE、balancer、1inch等，主网已经上线。 主网 2.0 版本预计将于 2021 年 8 月上线。

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Zksync以用户资金安全为首要目标，采用plonk和redshift加密技术。 红移是一种透明的普遍现象，由纽约大学的 Asimakis、物质实验室的 Konstantin 和 Alexander 发现。 使用 zksync 时，交易成本分为两部分： 1. Layer 2 状态存储和 snark 生成的成本取决于所使用的硬件； 2 运营商支付将数据发送回以太坊主网并验证 snark 证书的费用，这取决于以太坊上的 gas 价格。 ZK-rollup 最大的障碍在于与智能合约相关的有效性证明的验证成本太高，不适合智能合约场景。 Zksync 重新编程智能合约，使它们适合在 ZK rollups 中使用。 但开发者需要再次使用zinc语言部署合约以太坊二层网络，这将是zksync未来最重要的计划之一。

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涉及zksync的交易转账时，用户可以使用转账代理币支付GAS FEE，无需使用ETH。 目前，zksync网络采用集中管理的方式。 未来会引入多种角色，让网络更加去中心化，比如引入POS共识机制。 为了维持运营商的收支平衡，zksync的成本会随着主网的gas成本而变化，但需要保证使用zksync的成本始终低于使用以太坊的成本，并且成本使用ETH转账低20多倍，而代表币ERC20转账低100多倍。 未来zksync将推出自己的治理和抵押代币，并推出zkporter这个手续费更低的平台。

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Zkporter 将与 ZKSync 2.0 主网一起上​​线，Zkporter 中的数据将传输到链上，可以与 zksync 账户无缝交互。 此帐户的数据可用性将由 Guardian zksync 代币持有者保证。 监护人需要代币来办理抵押贷款和参与 pos。 如果没有数据，他们将失去抵押资金。

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星光大道

Starkware 是一种基于 ZK rollup 技术的扩容解决方案。 目前，它的客户是 devisifi、immutable 和 dydx。 与zksync不同，starware采用stark技术，这是一种简单透明的零知识证明。 Cairo是starware的图灵完备证明平台，使用stark。 上述应用程序也是基于 Cairo 构建的。 此外，starkware还推出了交易平台starkex。

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Starkware 还开发了一种称为稳定的模式。 在该方案中，用户将交易数据发送给委员会成员，并将其数据存储在链下，降低了ZK rollup中资金的安全性，但提高了效率，更适合高频场景。

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波洛根

POLOGAN是matic网络的升级产品，是matic的两种不同的扩展方案。 Matic 使用 Plasma 框架来确保侧链的去中心化和安全性。 与 Plasma 中的其他 utxo 系统不同，Matic 在 Plasma 链中应用基于账户的模数。 这使得 plasma matic 适用于以太坊系统并支持 EVM。 Plasma 侧链采用 POS 共识机制，自动生成的币可以作为网络中的验证者。

POLOGAN的独立侧链完全兼容以太坊，用户和开发者学习成本为零。 互操作性由桥链支持，安全性由侧链中的独立验证器保证。 目前，多边形（matic）推出了侧链和plasma两种以太坊扩容模式。 ZK rollup 和 optimal rollup 产品在未来的规划中。 这是为了满足不同用户的扩展需求，比如企业应用、初创企业、专注于网络安全的公司等。 aavagotchi、easyfi、sportx 和 AAVE 等应用程序使用 POLOGAN 架构。

图 2：POLOGAN

中的固定链模式（左）和独立链模式（右）；

xDai链

XDAI 链是由 MAKKODAO 基金会推出的以太坊兼容侧链。 它使用xdai作为网上交易的支付工具，xdai和Dai的汇率是一样的。 由于 EVM 兼容性，以太坊中的所有应用程序都可以直接迁移到侧链。 目前xdai有很多生态应用，包括1hive、honeyswap、perpetual agreement、sushiswap、unique.one等。

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Xdai侧链采用posdao的权益证明机制进行记账和治理，采用双层生成货币模型。 除了 xdai 作为支付代币，它还发布了一个堆栈代币作为治理代币。 目前验证节点仍为中心化可信节点，未来将逐步开放。 在以太坊 2.0 节点，xdai 链将以分片或聚合的形式加入以太坊网络。

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其他第 2 层项目

除了专注于以太坊的二线项目，还有一些原本以高速和可扩展性为目标的公链，但在实践中越来越接近以太坊的运行环境，使得它们逐渐有了影子的二线项目。 Harmony、Saile.com、BSC、heco等跨链协议polkadt上的项目也在探索应用在以太坊上的适配性。 例如，ACALA EVM 已成功部署并运行 Uniswap 合约。

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最典型的例子是 BSC 和 heco，它们使用与以太坊相同的虚拟机。 开发者可以直接从以太坊迁移智能合约。 而且BSC和heco改变了底层公链的共识机制等参数以太坊二层网络，使得出块速度更快，承载能力更大，用户可以节省交易成本。 如果其他普通链兼容以太坊，则可以认为是以太坊上的侧链，即广义的layer 2。

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Layer2的发展趋势和存在的问题；

二楼发展前景

各种Layer2解决方案层出不穷。 在第一部分，我们指出Layer 2的竞争力在于降低开发者的难度，提升用户体验。 所以未来所有Layer 2都会往这两个方向发展，比如优化rollup产品，提升挑战时期的防欺诈和用户体验，ZK rollup开发虚拟机和智能合约，让它们更适合今天的DeFi应用程序。 虽然侧链的实施相对容易，但资金安全性和去中心化程度必须提高。

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在第 2 层，很难同时实现降低处理费用、可扩展性、去中心化和数据可用性的平衡。 随着 Layer2 技术的不断发展，比如最新的 rollup 技术，如果忽略挑战期或智能合约带来的不便，我们在去中心化和数据可能性方面取得了进步。 但是，为了实现更快的交易处理速度和更低的处理费用，比如zkporter和valium模式，我们只能牺牲数据的可用性，不得不将数据转移到链下存储。 不难理解，为了达到更高的效率，我们只能尽可能少地使用链上资源，也就是把更多的权力交给运行节点，所以需要更完善的机制设计来避免节点的邪恶。 未来，第 2 层解决方案将在速度、成本、去中心化和数据可用性之间进行权衡。 不同的场景会有不同的解决方案。

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对于 Layer 2 运营者或验证者，相关工作需要经济激励。 版本化令牌也是大多数第 2 层网络的未来，主要用于治理或激励。 但对于使用相同技术的项目，如OE和arbitrum，经济激励的设计也是其竞争力之一。 就像 DeFi 生态中的竞争一样，如果 Layer2 鼓励更多的参与者，它将吸引更多的运营商和验证者来保护网络。

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Layer 2只是以太坊上的一个工具，更重要的是一个运行在Layer 2上的应用。可以看出，与Layer2合作最多的项目都是需要高频交易的DEX。 随着DEX项目的升级，比如Uniswap的V3版本，对二层操作的需求变得更加强烈。 未来Layer 2的竞争也是Layer 2应用之间的竞争，所以Layer 2对应用的竞争更加关键，尤其是需要高频交易的应用。

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Layer2 解决方案的问题

除了侧链网络，基于 Rollup 技术的二层解决方案的开发进度低于预期。 因此，推出后是否真的能达到预期还很难判断。 发展难是二线面临的问题。 Layer2 之间的互操作性也是 Layer2 解决方案面临的问题。 不同的 Layer2 由不同的智能合约控制。 因此，只能通过与相同的第 2 层应用程序交互来降低处理费用。 如果同一个应用部署在不同的Layer 2，它的移动性会受到影响。 因此，跨层解决方案也是当前的一个研究方向。

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思考和总结

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以上就是对以太坊二线主流项目目前的竞争格局和趋势的分析。 Layer 2 作为连接底层和以太坊应用的中间层，也是以太坊主链上的扩展工具。 最需要关注的是应用开发者和用户的体验，尤其是应用的竞争。 因为不同的 Layer 2 会影响到应用的交互，所以在 Layer 2 上形成一个完整的生态是一个理想的状态。

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虽然每一个 Layer 2 解决方案都在朝着提高可用性的方向发展，但最终不会有单一的赢家，因为不同的场景会有不同的需求。 比如在高频交易场景下，人们对手续费会更加敏感，这可以牺牲一些数据的可用性，通过经济机制将问题防患于未然。 但是，在其他对安全性要求更高的场景中，我们可以使用全数据可用性方案。

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为了保持Layer 2解决方案的可持续性，处理好运营商和用户之间的关系同样重要。 如果对运营商的激励太少，则可能没有足够的运营商和验证者来维护网络的去中心化和安全性。 如果用户收费过高，也可能造成用户和应用的流失。 特别是，大部分的收取方案都采用了与主网不同的GAS FEE收取方式。 能否实现运营商的收支平衡，需要上线后进行评估。