以太坊Layer 2解決方案三強大比拼，你更Pick哪一個？

在過去的幾個月中，ETH的價格飆升，以太坊網路的使用量顯著增加。導致這一趨勢的主要原因是對NFT的重新興趣和DeFi應用程序的整合，以及加密貨幣市場的顯著增長。這給以太坊生態系統中的DApp開發者帶來了一些「不太愉快」的後果：主要是網路無法適應使用量的增加，導致高昂的gas費成本(如果您希望在接下來的幾個區塊中驗證您的交易，成本甚至會更高)。截至撰寫本文時，以太坊主網的平均gas費約為15美元。

我們在以太坊生態系統中面臨的這一新場景將Layer 2的改進在一夜之間從一個「很不錯」的功能轉變為「Dapps能夠在性能和成本上可持續運行的」最高要求。

幸運的是，我們已經有了幾個一致的Layer 2平台和協議來幫助我們完成此任務。Optimistic rollup是構建Layer 2解決方案最有希望的基礎結構之一。許多項目都是在它們之上構建的，但是我們如何基於最能滿足我們需求的optimistic rollup選擇Layer 2解決方案？本文對基於optimistic rollup的三種有前途的Layer 2解決方案進行了比較。讓我們馬上開始吧!

optimistic rollup的優勢所在

為了能夠比較基於rollup的不同的Layer 2解決方案，我們首先需要快速繞過來理解什麼是optimisticrollup。Rollup是將側鏈或鏈下交易捆綁(或「匯總」)為單個交易，然後將該交易提交給L1的解決方案。為了保護所有這些捆綁的交易，並使它們可以單獨驗證，將從捆綁中生成加密證明。

rollup工作的要求是擁有某種與以太坊兼容的獨立區塊鏈，具有減少節點數量或高性能的附加功能，負責處理簽名驗證、合約執行等。這使得獨立的區塊鏈能夠驗證隨後在以太坊主鏈中捆綁交易的合法性。L2 Rollup 側鏈負責驗證和合約執行，而L1專門存儲不可變的交易數據。

在optimistic rollup中，參與者對於在側鏈中執行的交易的有效性「持樂觀態度」。聚合器無需進行額外的計算即可將側鏈交易提交到主鏈中。

如何確定側鏈交易實際上是有效？

optimistic rollup使用欺詐手段來確保所有交易都是合法的。如果有人注意到聚合器的欺詐性交易，則可以通過發送防欺詐證明來運行交易的計算並驗證其有效性來挑戰rollup。這意味著，我們不像其他rollup解決方案(如zk -rollup)中那樣對每筆交易進行驗證，僅在懷疑交易是在欺詐的情況下才執行證明計算。

與zk -rollup相比，這顯著降低了gas成本，並為實現交易處理吞吐量的x10-x100改進打開了大門。在提交了無效區塊並最終確定了欺詐證明之後，可以回滾Layer 2中的區塊鏈，並從之前的非欺詐區塊中恢復。

競爭者的對比

在對rollup進行簡要介紹之後，我們便擁有了解決Layer 2比較所需的所有基礎。為了進行比較，我選擇了Layer 2解決方案中的三個，這些解決方案對DApp開發者來說具有更有趣的功能集合(即我個人會考慮用來部署自己的應用程序的那些功能)。

所有這些構建(或多或少)共享相同的構建模塊:

• 一個與以太坊兼容的EVM，以在L2中運行用戶的Solidity合約；
• 排序器/聚合器負責從L2批量處理來自捆綁的交易，然後提交給L1；
• 一組L1智能合約，用於協調交互並提交來自L2的數據；
• 使用不同的欺詐證明使對端能夠反駁聚合器進行的無效或偽造的交易；
• 利用權益來協調L2系統的激勵機制和經濟性。

儘管具有共同的構建模塊，但是這三種解決方案在實現rollup協議的方式上存在顯著差異。讓我們詳細地研究它們中的每一個，以加快我們的比較速度。

1. optimistic

optimistic利用以太坊生態系統中的所有現有工具，並對其進行了修改，以實現他們的optimistic protocol和Layer 2解決方案。

• VM：他們的L2 VM是optimistic VM (OVM)，它是對以太坊VM (EVM)的修改，用適合L2合約執行的新操作碼取代了上下文相關的EVM操作碼。VM表現為沙盒環境，可確保確定性的智能合約執行以及L1和L2之間的狀態轉換。

• 客戶端：optimistic還修改了廣泛傳播的以太坊客戶端Geth，因此它可以用作L2區塊鏈的客戶端。該客戶端修改消息，以便其他L2客戶端能夠理解它們，並且它包括交易的排序和批量處理以構建rollup所需的所有過程。

• Rollup構建：對於它們的rollup構建，optimistic使用Geth客戶端作為單個排序器。在optimistic中，交易數據被壓縮，然後發送到L2上的序列入口點合約。排序器負責將這些交易「批量匯總」，並在以太坊上發布數據，以提供數據可用性，以便即使排序器消失，也可以啟動新的排序器從中斷的地方繼續進行。任何人都可以向L1發送新交易，這些交易被添加到L1合約中，該合約對於每個L2交易都表現為「僅附加日誌」。

• 驗證:對於由排序器發布的每筆交易，驗證者負責下載該交易並將其應用於其本地狀態。如果一切都匹配，它們什麼都不用做，但如果存在不匹配，驗證者需要在鏈上提交所有之前的有效交易，並重新執行任何已發布的狀態，以表明已發布的狀態實際上是錯誤的。如果欺詐驗證成功，則從L1中刪除錯誤的狀態和批次。

• 經濟模型:每個epoch的批次序列器需要被稱為債券管理器的智能合約來標記為抵押品。為了成為抵押排序器，需要在合約中加入固定數量的ETH。

每次檢測到排序器欺詐時，都會削減此抵押。排序器可以在存入7天後收回此股份，從那時起，排序器的批次處理可以被認為是最終的訂單，因為不再可能進行驗證。如果成功地證明了欺詐，則將提議者的保證金中一定比例(X%)銷毀，其餘比例(1-X)%按比例分配給提供欺詐證明數據的每個用戶。

這種經濟模型可以防止排序器變得不正常，但沒有解決驗證者在嘗試向區塊鏈發送大量不同批次的欺詐證明的潛在情況(強制進行大量的L1計算)。

2. Arbitrium

• VM和客戶端:Arbitrium實現Arbitrium虛擬機。AVM負責運行L2合約和保持其狀態。VM的狀態被組織為Merkle樹，並在該Merkle樹上的生成狀態轉換中執行。Arbitrium還實現了自己的自定義L2客戶端。

• rollup構建：Arbitrium使用單個鏈上合約來協調其rollup協議。在協議的任何時候，VM的某些狀態都可以得到完全確認和最終確定，即其哈希存儲在鏈上。L2中的新交易觸發此Merkle樹的狀態更新，該狀態存儲鏈中的每個狀態。為了驗證存儲的狀態，協議的參與者可以將Arbitrium中所謂的「有爭議的斷言（DA）」來證明從某種狀態的哈希開始，VM能夠執行指定數量的計算步驟，從而導致指定的新哈希狀態（及其相應的合約執行，支付和事件發出）。DA可能最終有效（即計算成功）或無效。如果DA有效，則系統將進入新狀態，樹中具有新的狀態哈希，並在DA中指定其相應的副作用（支付和日誌）。如果DA無效，則拒絕分叉並且狀態不變。每個狀態最多可以跟隨一個DA。如果DA沒有跟隨狀態，那麼任何人都可以創建跟隨它的DA，從而創建新的分叉點。結果將是一棵可能的期貨樹。因此，我們可以看到，Optimism使用多個L1智能合約來提交狀態並在L2執行。
• 經濟模型：抵押在Arbitrium的rollup中起著關鍵作用。任何人都可以在樹的一種狀態下抵押。通過鎖定一個狀態（圖中所示）您斷言該狀態最終將被協議來確定。換句話說，您斷言您已經在每個DA沿著從當前狀態到您所抵押的方塊的路徑進行了正確的分支。如果您錯了，您的抵押將被削減。您可以將抵押向右移動，選擇分支的上方或下方，但不能向左移動，因為那樣做就等於撤銷了您先前做出的抵押承諾；或同時在兩個平行的分支上下抵押。在錯誤分支上抵押的參與者的利益分配在接受分支上的參與者之間的利益。該協議的構建可確保最終所有獨立的歷史（分支機構）都將共同組成一個DA，最終解決爭端。

• 驗證：一旦DA的抵押截止時間過去，並且所有剩餘的及時（在抵押截止時間之前抵押）的股份都與該DA在同一分支上，則系統可以確認該DA的結果。DA被接受或拒絕，並且當前狀態移至DA右側的適當方框。如果DA被確認為有效，則其副作用（如支付）將在鏈上實現。這就是VM的狀態向前移動的方式。該協議是完全無需信任，因為任何參與者都有權通過在分支機構上認為正確的方式來驗證VM的狀態。

3.  Metis

• VM和客戶端：Metis使用與EVM兼容的虛擬機Metis VM（MVM）。與上述項目中的所有VM相比，MVM在功能和特性上都存在顯著差異。在MVM中，L2的計算和存儲完全分離。Metis引入了去中心化自主公司（DAC）的概念。DAC是系統中的獨立實體，可以代表例如在平台上執行其許多日常操作的大型企業。DAC是Metis操作的關鍵。在系統中實例化新的DAC時，將專門為DAC創建一個新的存儲層。因此，從區塊鏈交互的角度來看，DAC具有自己的存儲空間。

另一方面，Metis的L2計算層（即區塊挖礦、共識、跨層通信等）由網路中的所有DAC共享，但它包含一個有趣的功能：所有計算流程作為單個服務實現（遵循微服務方法），從而可以根據整個網路的需求和吞吐量來按比例放大和縮小計算層。

此外，MVM引入了提供者的角色，這些提供者可以註冊並貢獻計算能力以使Layer 2結構真正地去中心化（這些提供者可以看作是來自Optimism平台的排序器）。將根據產生的區塊來激勵提供者。最後，MVM和Metis客戶端中包含的一個真正強大的特性是其他L2平台所缺乏的，不僅支持合約執行，而且還支持與智能合約計算相關的去中心化存儲。

因此，Metis通過MVM中的IPFS解析器與IPFS網路集成，該解析器允許合約指向存儲在IPFS中的不變數據。例如，這可以用於指向IPFS網路中存儲的機密數據。

• rollup構建：在Metis中，L2交易的排序和批量處理不是由單個排序器完成的，而是由一個資金池完成。隨機選擇一個排序器池以匯總狀態並將交易提交給L1。在L1，Metis部署了一組合約來協調L2到L1的批次承諾。

• 經濟模型：每個排序器需要投入多個Metis代幣才能獲得資格。Metis生態系統具有牢固的實際經濟聯繫，交易價值可能達到數十億美元，這一事實要求使用動態債券閾值（DBT），以便將惡意行為的風險和報酬與所管理的實際經濟價值聯繫起來由參與交易的DAC。使用分配給排序器的DAC的最大經濟容量作為基準來計算DBT。DAC的經濟能力是根據其總餘額計算的。因此，如果特定排序器的抵押Metis代幣（MT）的數量低於分配給它的DAC的DBT，則它將無法批量處理該DAC的交易。DAC的排序將被阻止，直到在排序器池中找到合格的排序器為止。從DAC的餘額中新存入或提取的資金會觸發其DBT的自動更新。因此，DAC餘額的新提現將減少排序器的DBT，反之亦然。這樣可確保所需的排序抵押品始終遵循DAC的實際經濟價值。

• 驗證：為了進行驗證，Metis平台在其MVM中引入了L2 Rangers的概念。L2 Ranger是特殊DAC的成員，負責對一定範圍的塊進行抵押，並根據從隨機DAC定期分配的交易來驗證狀態。Rangers不僅可以驗證其他DAC的順序轉換，還可以為自己的DAC（它們自己監視）進行驗證。Rangers每次完成驗證都會獎勵一些Metis代幣（MT）。對鏈條狀態的成功挑戰（即欺詐證明）將向驗證者授予部分「惡意」排序器保證金。另一方面，失敗的質詢將導致Ranger驗證程序失去聯繫，並最終失去對MVM RANGERS的訪問許可權。

這種驗證方法需要對排序器和驗證者進行抵押，這解決了我們在Optimism平台的驗證過程中發現的關鍵問題之一，即驗證者在生成偽造欺詐證明時缺乏利益關係。抵押排序器和驗證者（即L2 Rangers）協調良好的協作還縮短了證明窗口，從而提高了網路效率。

像Optimism提出的協議，在驗證窗口之前，交易不能被認為是最終的，驗證者有足夠的時間發送所有的證明。這是驗證者沒有抵押的直接後果。

儘管檢測無效的狀態更新是一種激勵，但是並沒有因為驗證者的行為不當而受到很大的懲罰。因此，為了防止潛在的不當行為，增加了確定性窗口以「允許所有人發言」。在Metis中，這是不需要的，因為驗證程序是抵押品，並且從他們這一方面的不當行為將轉化為資金損失。驗證者和排序器具有「風險共擔」的功能，這可以減少確定性窗口，這就是Metis能夠在數小時內驗證交易的原因，而不是諸如Optimism之類的其他協議需要7天的時間。

Layer 2解決方案的比較

因此，事不宜遲，讓我們將所有競爭者並排放置，以最後了解一下情況：

如圖中所示（以及我們以上的解釋中所述），這三個平台非常適合將DApp部署在以太坊主網作為L1支持的高性能L2解決方案中。 

具體決定可能取決於您的性能、可擴展性、靈活性和功能需求。Metis是我們所描述的三種功能中功能最豐富的平台：默認情況下，它支持去中心化存儲，並包括其他性能和安全性方案。

存儲的解耦，DAC的使用以及動態DBT方案使其非常適合公司（無論大小）。對於以太坊極簡主義者來說，optimistic是一個很好的選擇，因為它使用了以太坊生態系統中的所有工具（不需要新概念）。最後，Arbitrium對狀態歷史記錄驗證的無條件投入使它成為一個真正有效且有趣的提議，與防止延遲攻擊的標準rollup架構相比，它提供了更快的驗證時間（儘管由於其使用的扁平體系結構，仍然比Metis慢一些）。

總之，沒有唯一的正確答案，而是始終如一的optimistic的L2平台可供選擇。我希望這種比較可以幫助您對L2做出更明智的決定，以選擇計劃部署新的DApp還是從L1遷移到L2。