多角度理解 Layer 2 生態：概念、擴容方案及代表項目

撰文：Footprint 分析師 Vincy ([email protected])

最新數據顯示，第四季度的以太坊 Layer 2 總鎖倉量（或 TVL）較第三季度增幅 600%，於 11 月 25 日突破 71.7 億美元的峰值。截止當前 TVL 最高是 Arbitrum（24 億美元），其次是 dYdX（9.8 億美元），Boba Network 以 7.7 億美元的 TVL 位居第三。

Layer 2 TVL

TVL Share by Layer 2 Protocols

隨著以太坊網路用戶量的與日俱增，網路擁堵以及高 gas 費成為各應用的首要問題，市場對以太坊網路的需求逐漸加大，緩解該問題也就成了重中之重。於 10 月 26 日，以太坊創始人 V 神在會上發表《通往以 Layer 2 為中心的以太坊之路》，意味著 Layer 2 是以太坊擴展的未來。

01.Layer 2 的概念

在數據增大且網路擁堵的情況下，通過擴大容量，緩解當前所受的壓力，Layer 的概念就油然而生。Layer 2 是一個為提升以太坊網路（Layer 1）性能的整體擴容解決方案。

關於區塊鏈的擴容主要分為兩個方向：Layer 1 和 Layer 2

– Layer 1：改進公鏈本身以提升性能，即鏈上擴容，包含增加區塊大小 (或數據結構)、分片技術和隔離見證，能提高交易處理能力的解決方案；

– Layer 2：不直接改動 Layer 1（主鏈）的區塊大小等規則，而是構建一個鏈下的二層（即 Layer 2），包括狀態通道、側鏈、Plasma 和 Rollup，在二層處理部分交易以分擔主鏈的壓力，在必要時和主鏈進行交互，即鏈下擴容。

Layer 1 和 Layer 2 之間存在什麼聯繫？它們好比母公司與子公司的關係，把一些以太坊上的交易數據請求跨鏈到 Layer 2 處理，處理完後 Layer 2 返回交易信息跨鏈到 Layer 1，減輕 Layer 1 的交易壓力，實現低 gas 費的交易結果，這是 Layer 2 的主要核心技術要點。

除此之外，Layer 2 是對 Layer 1 的擴展，突破 Layer 1 的原有功能的限制，在不影響 Layer 1 本身的特性上，還繼承了以太坊的安全性。

02.Layer 2 主要的擴容解決方案

早期的 Layer 2 是以狀態通道和側鏈兩大方向去摸索，但在摸索的過程中發現，狀態通道無法做到去中心化以及匿名性的隱私保護需求，側鏈的資產控制權在鏈下，對資產安全性有很大的隱患，因此它們不是 Layer 2 中最好的擴容解決方案。

而好的解決方案是需要是保持數據的安全性、交易真實且匿名性以及短期的退出周期等需求，而 Layer 2 也抓住這些特性不斷地加以完善擴容功能。

 Layer 2 Network TVL Growth Rate

當前 Layer 2 共有 19 個項目，包括有 DEX 類型以及其他網路等，它們仍然是加密領域中最值得關注的趨勢，從年初到至今，總 TVL 漲幅 11400%，Layer 2 增長快速與 Layer 2 的擴容技術調整後方案有直接的關係，當前主要有 4 種擴容方案，分別為 Plasma、Optimistic Rollup、ZK Rollup 和 Validium。

Layer 2 TVL Protocols(Latest Day)

1. Plasma 相對保障資產安全性，信息不可用成為阻礙

Plasma 是鏈下擴容解決方案，依賴主鏈交互最少的鏈下交易，它使用子鏈向根鏈（即以太坊）報告方式來增加交易吞吐量（系統在單位時間內處理請求的數量）。

Plasma 是 OMGX Network 最早提出 Layer 2 概念的以太坊擴容項目之一，它的工作原理為以下幾點：

– 先在以太坊外構建 Plasma 鏈，用戶將資產從以太坊上轉移到 Plasma 鏈上，這個過程需要將主鏈資產發送到管理 Plasma 鏈的智能合約，該資產就可進入 Plasma 鏈中進行交互；

– 每隔一段時間，Plasma 鏈上操作者（即 Plasma 鏈上維護者）會對該時間段內的交易進行批量處理，生成一個區塊；

– Plasma 鏈上操作者會將計算結果返回到主鏈上，並將資產交易的狀態發送給資產當前所有者。

Plasma 鏈擴容解決方案的突破點在於它保障資產相對安全，即使在鏈下環境不可用時，也能在主鏈上提取交易結果，從而更好提高主鏈交易吞吐量；另外還減少與主鏈的交互，降低交易 gas 費。

但是，Plasma 機制並非完美，其存在的問題也比較明顯：

– 數據不可用。主鏈無法獲取所有鏈下數據，只能通過根哈希（一種典型的二叉樹結構，由一個根節點、一組中間節點和一組葉節點組成）進行簡單驗證；– 退出周期長。因不具備主鏈數據可用性，導致退出機制比較複雜，需要更長的周期進行欺詐證明，導致提取資金周期更久，約 7-14 天之上；– 通用性拓展難。在技術框架下限定子鏈的數據結構，加大難度。

代表項目：OMG Network 使用 Plasma 的擴容方案

當前 OMG Network 的 TVL 為 310 萬美元，位居 Layer 2 項目中排名 14，相對其他項目體量較小，且從趨勢上來看，屬於停滯不前的項目。

但隨著 Layer 2 網路中 Optimistic Rollup 等新方案不斷湧現，OMG Network 的定位方向逐漸削弱，通過升級品牌且採用 Optimistic Rollup 擴容解決方案重回戰場，從而得到更多發展的機會。

Optimistic Rollup（欺詐證明）及 ZK Rollup（零知識證明）通過驗證交易包的真實性，從根本上解決 Plasma 數據不可用的問題。

2. Optimistic Rollup 壓縮上鏈交易數據，但驗證效率低下

Optimistic Rollup 是 Optimistic 合約和鏈上數據可用性組合而成，選擇相信操作者提交的交易包真實性，對欺詐行為作出處罰。

它的操作原理是，當 Layer 2 計算結果返回 Layer 1 時，如果驗證者認為結果可能存在欺詐行為，那麼驗證者就可以發起挑戰，主鏈凍結資產，進行交易數據和記錄驗證，證明其是真實的交易還是欺詐的交易。另外，如沒有驗證者懷疑該計算結果，主鏈默認交易是真實的。

這種模式提高了上鏈效率，將多筆交易打包操作，節約時間和節省 gas 費，擁有較強的兼容性，減少開發者的工作量，更好解決以太坊網路擁堵的痛點。

其缺點是：

– 驗證效率低。驗證欺詐證明機制使得資產存入和轉出需等待較長的質疑期；- 資金可能會被凍結。如果驗證者認為結果存在欺詐行為，容易被主鏈凍結資產；- 擴容程度不及 ZK Rollup。交易壓縮率相對較低。

代表項目：Arbitrum、Boba Network多個項目使用Optimistic Rollup的擴容方案

當前 Arbitrum 鏈是 Layer 2 的龍頭，而 Boba Network 是近一個月以來新興網路，增長快速。它們使用 Optimistic Rollup 擴容解決方案，可以實現高吞吐量，讓開發者以低成本部署，運營智能合約，同時可以保持無需信任的安全性。

3. ZK Rollup 高度去中心化，開發難度高

ZK Rollup 是通過在單筆交易中對大量資金轉移進行集中處理以提升擴容性。Plasma在每次發生資金轉移時都會創建一筆交易，而 ZK-Rollups 則將數百次轉移都捆綁在一筆交易中。 

相較於 Optimistic Rollup，ZK Rollup 交易壓縮率更高。體現於它通過零知識證明驗證交易包的真實性，操作者能在不向驗證者提供任何有用的信息情況下，使驗證者相信某個論斷是正確的。具體的操作如下：

– 用戶轉入並鎖定資產，Layer 2 添加賬戶資產信息； – 在 Rollup 網路中，用戶簽名並發送交易；- 操作者收集交易，批量打包，生成零知識證明；- 操作者將交易包和零知識證明廣播到主鏈；- 智能合約通過零知識證明驗證交易包的真實性，更新數值，執行轉賬操作。

其優點是：

– 實現去中心化；- 上鏈效率高。交易壓縮率更高；- 驗證效率高。沒有驗證等待期；- 安全性以及隱私性更優。零知識證明不透露交易細節，ZK Rollup 技術保證了提交給主鏈的數據真實有效。

其缺點是：

– 生成零知識證明過程複雜；- 應用定製化開發難度大，兼容性低。

代表項目：dYdX 採用 ZK Rollup 技術方案

dYdX 在為交易加密資產建立一個強大而專業的交易所，讓用戶可以真正擁有自己的交易，並最終擁有交易所本身。

 dYdX TVL

DYDX Token Price

其作為 DeFi 衍生品龍頭，也是 ZK Rollup 技術最早採用者之一。整體的數據表現：繼 8 月份以來，TVL 持續上漲的態勢穩住 Layer 2 項目的前 2 名，當前 TVL 為 9.76 億美元，其 Token (DYDX) 價格有所下降趨勢，當前為 9.04 美元，市值為 5.7 億美元。

4. Validium 是混合擴容解決方案，安全性較低

Validium 是混合擴容解決方案，能讓用戶能夠在 ZK Rollup 模式和 Validium 模式之間進行選擇。但區別於 ZK Rollup，Validium 的數據保持在鏈下，而 ZK Rollup 的數據可用性是在鏈上。

Validium 可能更適合對無需信任要求沒那麼高的應用（譬如遊戲 DApp），而 ZK Rollup 更適合於對安全要求較高的支付和交易所等場景。

代表項目：DeversiFi 和 ImmutableX 採用 Validium 技術方案

DeversiFi TVL & ImmutableX TVL

DeversiFi，聲稱是在以太坊上獲得 DeFi 機會的最簡單方法：投資、交易和發送 Token 而無需支付 gas 費用，當前最大的基於 Validium 的去中心化交易所，數據顯示，於 12 月 4 日，TVL 突破 1 億之上創歷史新高。

ImmutableX，是以太坊上 NFT 的第一個第 2 層，承諾為遊戲、應用程序、市場提供零 gas 費以及即時交易可擴展性的項目。當前位居 Layer 2 排名第 7 位。

總結

Layer2 擴容解決方案經過多年的更新迭代，實現在以太坊上擴容的安全方案，緩解以太坊網路的擁堵和高 gas 費等問題，成為了解決區塊鏈技術規模化應用的主流技術方案，每種方案都有自身的優勢和劣勢，但每個 Layer 2 項目都根據自身情況去開發相應的技術，從而實現其最大的價值。

Layer 2 的技術創新以及快速的發展，同時也在推動了 DeFi 市場、NFT 和虛擬世界等的發展，在提高網路吞吐量、減少開發者的工作量和交易效率等中，象徵著 Layer 2 是以太坊擴展的未來。