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收藏丨以太坊L2万字终极指南:一文概览L2生态发展现状

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注:原文作者为DCBuilder。根据其自我介绍,DCBuilder是Moralis的区块链研究员,撰写关于DeFi、NFTs、DAO、L2s、MEV和其他与web3/crypto有关的各种主题。他一直是一个具有AI/ML背景的前端开发者,最近通过Austin Griffith的EthernautDAO指导,开始过渡到全栈区块链开发。他也是Waifus Anonymous的成员,是一个动画/漫画享受者,在Twitter上有一个Kaneki(东京食尸鬼)的pfp。

简介

在这篇文章中,我将谈论以太坊上的L2,目前的扩展生态系统的状态,以及为什么我相信在以太坊之上运行L2是经济和技术上最可持续的长期扩展解决方案。

免责声明:本文汇总了我的想法,其他人的资源,以及各种技术信息。它并不意味着是对生态系统的简明总结,而是对以太坊L2可扩展性的现状和未来的可行性进行了更详细的概述。

为了深入了解,我们需要把一些定义和概念说清楚。

TL;DR

为了总结这份庞大的指南,我将持续运营一份关于该技术及其未来前景的重要观点的列表。

  • 用户将永远不会与以太坊主网互动,因为这将只作为L2的数据可用性层
  • Web3应用程序的用户体验将抽象出所有的复杂问题
  • 模块化区块链是经济上和技术上最可行的长期扩展设计方案
  • 目前,以太坊是模块化领域的主导区块链,因为它具有非常强大的安全性,随着向PoS的转换,安全性将大大增加。
  • 长期而言,有效性证明比欺诈证明更好
  • Volition L2基础设施(Validium + zk-rollup)正在成为基于zkVM L2的黄金标准
  • 以太坊正以L1的形式通过数据分片、verkle树、无状态和其他变化来扩展
  • L2正在建立一个共享的跨L2通信框架,这将使它们能够拥有共享的流动性和智能合约的可组合性。
  • L2s使用ETH作为gas,但被激励创建DAO治理代币,以便随着时间的推移分散业务。
  • 由于建设者拥有更多的带宽和更少的执行层障碍,应用设计空间正在不断扩大

什么是L2?

L2(第二层)是一种扩展解决方案,它有单独的执行层(代码运行的地方,即EVM),继承了它所运行的网络的安全保障和去中心化,即L1,在我们的例子中是以太坊。这意味着,如果L2由于错误、基础设施被利用或中断而变黑,资金就会被L1的智能合约桥安全地保护起来。

资金可以根据提交到主网的最新状态快照进行检索。真正的L2桥是完全去权限和去中心化的,所以一旦用户存入资金,总是有保证的。一些扩展方法使用不同的加密证明机制,具有不同的安全性和可扩展性权衡,我们将在本文中进一步讨论。

L2的主要类型有哪些?

有两个参数被用来对 L2 扩展解决方案进行分类。一个是使用的加密证明类型,另一个是数据可用性(DA)是链外还是链上。

这两种主要的证明类型是:

  • 有效性证明 – 利用零知识(ZK)加密技术的数学证明,以确保交易的有效性
  • 欺诈性证明 – 这些证明引入了一个所谓的争议时间延迟(DTD),一旦证明在L2中提交,验证者有时间将证明标记为无效;无效的证明可能有不正确的状态转换,从而导致对相关验证者的惩罚;随后会将状态回滚至最新的有效快照

数据在链上或链下是什么意思?

  • 链上:状态数据–连同所有交易的执行数据(智能合约的功能调用、原生代币转移、签名)一起被放入交易捆绑/rollup的加密证明中,这使得所有的数据都可以在链上访问和验证。
  • 链外:执行calldata和状态由L2在链外处理和持有。这使得它成为一个不太安全且缺乏去中心化的选择。然而,它更容易将更多的交易捆绑在rollup上,因此扩展速度比链上calldata证明快得多。

这些是有助于区分不同类型的L2的主要相关属性。但是,既然我们可以扩展第1层,为什么还要使用L2?为什么不使用更便宜的链,如Solana、Fantom、Avalanche或币安智能链?我们将在下一节回答这个问题。

模块化与单一化的基础设施

在区块链中,有一个著名的三难问题–即试图优化3个主要因素:安全、去中心化和可扩展性。所有这三个因素都很难在同一个系统中实现。通常情况下,三者中的两点是在第三点上的妥协下实现的。在以太坊的情况下,我们首先优化安全和去中心化,而把可扩展性作为一个较低的优先级项目。说白了,可扩展性不是以太坊核心开发者的主要优先事项。

在整个2021年,我们看到Ethereum主网通过DeFi和NFT的增长变得越来越拥挤。这让网络对其区块空间有了空前的需求。我们不能简单地通过改变其gas限制来改变一个区块中可以容纳的交易数量,因为这将使节点更难操作,因为硬件要求将飙升(降低去中心化),如果区块变得太大,将破坏共识的稳定性(降低安全性)。

单片式区块链

其他链采取了不同的方法,它们将可扩展性放在第一位,安全性放在第二位,去中心化则放在最后。以Solana主网测试版作为例子,该网络有一个主要的客户端开发团队(Solana Labs),大约1000个验证者(来源:SolanaBeach),以及一个不同的共识机制,称为历史证明(PoH)。

Solana在扩展方面采取了一条独特的道路,即单片式区块链的道路。他们计划随着计算能力的增加,无限期地扩展运营网络的验证节点。这种方法使网络不那么分散,因为节点验证者被迫不断购买性能更好的硬件,以不断跟上节奏。有人担心计算能力的增长速度会放缓,因为我们达到了量子隧道所能容纳在芯片内的极限。在某些时候,我们需要一个新的计算范式出现,或者在技术上有一个巨大的突破,以使这种方法可持续。因此,我的结论是,除了区块链的扩展,还有更好的长期替代品。

模块化区块链

模块化方法基本上包括一个主网络,它优先考虑安全和去中心化,以便作为L2的数据可用性层。如果主网络瘫痪,所有L2都会瘫痪。然而,如果一个L2瘫痪了,所有的资金都是安全的,由L1来保障。这就是以太坊正在采取的方法,因为L2将是提供最大可扩展性的层。一些项目努力通过数据分片、状态过期和verkle树以及其他各种改进来扩展L1。然而,这些变化需要相当多的时间来实现,因为安全和去中心化是优先考虑的。

模块化区块链的一个关键方面是,它们可以无限期地扩展,而不必快速升级硬件。它们可以做到这一点,因为与单片架构相比,它们在技术上和经济上是可持续的。关于为什么模块化架构比单片式架构更可持续,更详细的论证可以在@epolynya – Twitter(u/Liberosist – Reddit)的这篇文章中找到。

从本质上讲,区块链的可持续性分为两个要求:

技术上的可持续性

  • 节点需要同步
  • 从区块链的起源开始,在合理的时间内进行同步
  • 避免状态膨胀到无法控制

经济上的可持续性

  • L1产生的收入最好能超过网络运营的成本(中心化的L1并不如此)
  • 吞吐量不能人为增加,因为最终所有中心化的L1将不得不增加他们的费用
  • Rollup和数据分片(rads)作为满足这些要求的唯一解决方案出现,这就是为什么模块化架构是唯一长期可行的扩展方法。

关于rads是长期扩展的唯一解决方案的更完整解释,请阅读@epolynya在 "进一步阅读 "部分的文章。

L2的现状以及用户如何受益

我们现在正在进行扩展,许多过去几年正在进行的解决方案已经上线,还有许多其他项目在不久的将来也将在主网上发布他们的L2改进版本和alpha版本。这些扩展解决方案根据其扩展方法的属性分为不同的类别,如“L2的类型”部分所述。

Optimistic rollups

Arbitrum

Arbitrum是一个由Offchain Labs团队建立的L2。该网络本身被称为Arbitrum One,它利用Optimistic rollups来扩展以太坊网络。Arbitrum One利用欺诈证明并具有链上调用数据的可用性,这意味着每笔交易的所有数据都被完全排序,捆绑,并提交给主网。由于它利用欺诈证明,所以存在大约7天的争议时间延迟(DTD)。一旦DTD通过,网络上的状态变化就可以被认为是有效的,用户可以通过本机桥提取他们的可用余额。后溪,我们将讨论其他中心化的桥接,允许用户通过跨L2流动性池绕过欺诈证明期。

根据L2Beat,Arbitrum One是目前拥有最高TVL的L2网络。

有许多协议和应用程序已经支持Arbitrum,包括支持基础设施,使其转换到使用Arbitrum二层几乎是无缝的。目前使用L2的唯一问题是,它需要积累更多的流动性,像dAMM(由Starkware和Loopring发明)这样的跨L2 AMM结构和Connext和Hop流动性协议这样的创新解决方案需要获得足够的流动性,并变得足够去信任,以至于所有这些扩展解决方案可以共享相同的基础设施,以便不造成生态系统的分裂。

关于Arbitrum生态系统的应用概述,请访问Arbitrum门户网站页面。

关键工具:

  • 区块探索器 – Arbiscan
  • 桥接器 – 本地Arbitrum桥接器(撤销后会产生大约7天的DTD)
  • 网络RPC配置 – Chainlist(搜索Arbitrum One并添加到MetaMask)/在桥接资金过去之前,检查你的移动钱包是否支持Arbitrum(这可能导致资金的永久损失) – 个人推荐:Rainbow钱包(声明:尚不支持Arbitrum)。
  • AMM聚合器 – 1inch

如果使用Arbitrum桥接感到困惑,请查看Arbitrum桥接教程。对于从以太坊以外的其他网络桥接,请查看下面的L2桥接部分(注意,这些桥接都有不同程度的中心化)。

Arbitrum Nitro

Arbitrum Nitro是Arbitrum One L2的升级版,它用Web Assembly(WASM)目标取代了定制设计的AVM(Arbitrum VM),将负责欺诈证明。这也将使整个系统与EVM更加兼容。另一个变化是,EVM-emulator被Geth所取代,Geth是目前运行最多的以太坊客户端。ArbOS组件也被修改,以提供跨链通信,以及一个新的和改进的批处理和压缩系统,以减少L1成本。

这次升级将无缝推出,所以用户不需要做任何事情,估计这次升级可以将执行速度提高20-50倍,大大降低交易成本。更多信息请阅读Offchain Labs的Medium文章。

Arbitrum的未来

Arbitrum不仅是一个optimistic rollup,因为Offchain Labs团队已经宣布,他们将发布其他基于zk-proofs的可扩展性解决方案,同时也会改进他们的Arbitrum One optimistic rollup L2。这是zk化趋势的一个很好的例子,许多项目正在转向zk的未来,因为一旦zk-L2的技术实现得到更好的研究,并允许通用的EVM计算,执行环境就会更加灵活,更具可扩展性。

Optimism

Optimism是一家公益公司(PBC),它建立了Optimistic Ethereum(OE),这是Ethereum上的一个optimistic rollup L2。为了描述OE,我将解释与Arbitrum的相似之处,然后谈谈他们基础设施的一些关键差异。详细的比较版本可以在Kris Kaczor的这个主题中找到。

Optimism和Arbitrum的相似之处:

  • 都是rollup的,并将所有txs存储在L1上
  • 都是optimistic的,因为他们使用欺诈证明
  • 都使用序列器以获得即时的 "最终结果"。
  • 都有通用的跨链信息传递,允许创建高级代币桥
  • 都支持EVM相关的工具,但需要专门的扩展。

差异:

  • 不同的欺诈证明验证机制
  • Optimism OVM 2.0相当于EVM与Arbitrrum One(后Nitro)EVM兼容
  • Optimism使用单轮欺诈证明,而Arbitrum使用多轮FP
  • 与Arbitrum公共主网(去许可)相比,Optimism仍然是有门槛的(为以前的申请者提供私人白名单主网)

关键工具:

  • 区块探索器 –Optimistic Etherscan
  • 本地桥接 – Optimistic网关
  • 用户指南
  • 实时应用门户
  • 网络RPC配置 – Chainlist(搜索优化的以太坊)

OVM 2.0

OVM是Optimistic Virtual Machine的缩写,是执行OE L2中所有事务的虚拟机。OVM将在11月11日得到升级(已经部署到Kovan testnet)。

Optimism正走在与EVM等同的道路上,为了实现这一目标,他们公布了OVM 2.0,这将使OE在所有方面成为与EVM等同的编译目标。开发者工具,如Dapptools(智能合约库和命令行工具–形式化验证、符号执行、项目管理等)、Hardhat、Solidity、Vyper和所有其他工具将在OVM 2.0上原生工作,这些工具的开发者不必担心支持零散的代码库。这就是以太坊社区中每个人都提到的强大的 "网络效应"。值得注意的是,EVM的任何竞争者都必须从头开始重建所有这些开发者工具。

你可以在他们的博文中阅读更多关于Optimism实现EVM等价的过程。

追溯性的公共物品资助

在我看来,Optimism团队发布的最重要的公告之一是他们承诺将总价值超过100万美元的所有利润捐给公益事业,并追溯使用二次投票。Optimism团队还承诺继续将L2排序器的利润100%捐献给公益事业,向前推进。该利润是产生的交易费收入与L2向以太坊主网提交欺诈证明所需支付的成本之间的差额。这为其他L2在为以太坊社区提供利他主义前景方面树立了一个先例。

OE的未来

Optimistic Ethereum对未来有雄心勃勃的计划,路线图可在Optimism规范中找到。

下图摘自其规范:

路线图和抽象的设计是为了实现每个组件的独立开发。4个主要组件是:

  • optimistic的主网部署
  • 防欺诈基础设施
  • 无状态客户端
  • 分片

每个组件都将产生增量和独立的版本,每一个组件都在向统一和Optimistic Ethereum涅槃迈进。

Boba Network

Boba是由Enya团队作为OMG基金会的核心贡献者建立的以太坊第二层扩展&增殖解决方案。Boba是一个以太坊第二层 Optimistic Rollup扩展解决方案,可以减少gas费用,提高交易吞吐量,并扩展智能合约。Boba提供由社区驱动的流动性池支持的快速退出(类似于其他解决方案,如Connext或Hop协议),将优化Optimistic Rollup退出期从7天缩减到几分钟,同时给LPs提供激励的收益耕作机会。

Boba一开始是Optimism的分叉,他们是OVM(optimistic虚拟机)的主要贡献者之一。一个有趣的事实是,Boba比Optimism更早部署了OVM 2.0,Optimism的发布时间定在11月11日的Optimistic Ethereum上。尽管Boba一开始是分叉的,但他们确实有一个模块化的结构,使他们能够交换向主网提交证明的机制,允许在未来有一些可升级性或zk-化。该团队计划为他们即将推出的V3完全重写代码库,该代码库将在未来几个月内在主网上推出。Boba的设计还允许智能合约的可扩展性,并使开发人员能够建立调用在网络规模基础设施(如AWS Lambda)上执行代码的dapp,使其有可能使用昂贵或不可能在链上执行的算法。

$BOBA空投–治理代币

资源:

  • 区块探索器
  • Boba Network网关(桥梁)
  • 开发者门户

Metis

Metis是以太坊上的一个L2扩展解决方案,它利用了一个并行化或分片的optimistic rollup架构。在Metis VMor MVM中,有所谓的去中心化自治公司,即DACs,它们有独立的计算层和存储层,可以根据运营商的需求进行定制(即DAO、dapp、协议等)。这些DACs是optimistic rollup平行执行层。DACs是完全可操作的,由于其跨层通信协议,流动性可以在它们之间无缝流动。根据其技术白皮书,Metis在设计扩展方案时,可以在不产生大量基础设施支出的情况下横向扩展Ethereum。

我在Liscon期间偶然遇到了Metis DAO团队,我对基础设施的理解是,它是一个有不同执行层的网络,这些执行层是专门为计划扩展其业务的不同团体(DAO、dapp等)而设计的,同时通过向主网提交欺诈证明来维护以太坊的安全。可能会有一些公共DAC,归功于跨DAC的原生互操作性,像AMM流动性这样的通用工具用于做交换,而其他DAC用户可以在需要的时候使用。这是一个新颖的设计和一个有趣的实验。

ZK rollup及L2解决方案列表

零知识技术被誉为密码学最近最伟大的进步之一,因为它可以在不透露任何所需信息的情况下给语句和条件以数学证明。我谈过的许多聪明人都说ZKPs本质上是数学魔术,因为证明本身非常复杂,而且数学可能相当难以绕过你的头脑。

以下是一段摘自Vitalik关于理解rollups的帖子:ZK rollups 使用有效性证明;每个批次或rollup包括一个称为ZK-(SNARK / STARK)的加密证明,由PLONK等协议证明。在证明后状态根的正确性后,rollup会将证明发布到以太坊主网。我将在 "进一步阅读 "部分留下更多学习零知识密码学的资源。

目前在ZK领域最受欢迎的目标之一是创建一个与EVM完全兼容/等效的zk-layer 2解决方案。这是一个非常困难的问题,也是许多团队正在努力克服的最大障碍之一。许多团队已经宣布,在不久的将来会有这样的解决方案出现。

目前在生产中的大多数解决方案只是作为功能有限的支付层(Polygon Hermez, Aztec, …),或者用他们的自定义执行引擎(VM)增加了功能,但却不兼容EVM(StarkEx + Cairo, Loopring, zkSync 1.x + Zinc,等等)。

zkSync

ZkSync是一个由Matter实验室建立的ZK-rollup L2网络。目前可用的zkSync的迭代不兼容EVM,支持支付功能,有限的智能合约低级语言Zinc,NFT铸币,和其他一些功能。然而,已经有一个完全兼容EVM的zkSync版本在Rinkeby测试网上线,预计将在未来几个月在主网上推出。

zkSync 1.x从今年3月开始上线,为Gitcoin等平台提供服务,用户可以在zkRollup上支付公益拨款,而费用只是使用以太坊主网的一小部分。任何人都可以通过原生桥接将资金桥接到rollup,并使用zkWallet的网络进行支付。该钱包还允许用户在网络上铸造和接收NFT,以及发送和接收付款。还有zkSync的合作伙伴也支持zkSync原生支付,比如前面提到的Gitcoin集成。一旦网络与EVM兼容,大多数应用程序将开始支持zkSync。这是因为标准的Solidity合约ABI可以部署在网络上,只需对代码库做最小的改动即可。 目前,zkSync上的所有合约都必须在Zinc框架中编写,这抑制了从以太坊主网收到的网络效应。

代码:zkSync是完全开源的,所以任何人都可以检查贡献到其GitHub仓库的源代码。

zkSync 2.0

zkSync 2.0是网络升级的名称,它带来了zkEVM功能,并将空间网络开放给图灵完全操作。它将完全支持所有用于在以太坊上编写智能合约的工具,包括HardHat、ethers.js、Dapptools、OpenZeppelin、Solidity、Vyper等核心工具。另外,像The Graph这样的核心基础设施将能够在链上索引数据,以创建更好的区块链数据获取基础设施,构建可扩展的去中心化应用程序。

无数的项目已经计划在zkSync 2.0上部署他们的最新版本的协议,包括Aave、Curve、Balancer、1inch、Argent wallet和其他各种协议。它还将得到Connext和Hop等桥接的支持,以便拥有跨L2的流动性,而不必桥接以太坊。

许多团队同时也在追求zkEVM这块技术。目标是在不影响安全的情况下,拥有完全的EVM兼容性/等效性。主要目标是拥有去中心化的定序器和验证器基础设施,完全支持SNARKs(在Starkware的情况下是STARKs)。 zkSync的zkEVM由于各种工程原因,从其第一个雄心勃勃的部署日期2021年8月被推迟,详见此文

如果你想尝试zkSync 2.0,有一个名为UniSync的Uniswap v2克隆,你可以在Rinkeby Ethereum testnet上试用。要了解更多关于zkEVM的信息,我建议阅读他们的社区FAQ

Starkware

StarkWare是一家为区块链行业开发基于STARK解决方案的公司。他们的产品能够为区块链应用提供安全、去信任和可扩展的解决方案。

StarkWare的主要贡献之一是其在零知识区块链计算领域的科学研究和技术进步,它发明了STARKs(可扩展透明知识论证)。这是一种具有完全去信任设置的有效性证明形式,能够将所有链上计算分配到链外的单一链外STARK证明者。然后,验证者必须使用链上STARK验证器来验证这些计算的完整性。

STARKs最好的学习中心之一是Starkware的STARK页面,在那里你可以阅读奠定数学基础的学术论文,然后通过代码实例和其他各种有用的资源深入使用STARKs。学习更多STARKs的资源可以在 "进一步阅读 "部分找到。

要了解Starkware的最新情况,请关注他们的Medium博客和内容页面。

StarkEx

StarkEx是Starkware开发的一个二级可扩展性引擎,能够在ZK环境中执行Cairo操作。其目前支持的功能有:

  • Volition,一个混合的链上/链下数据解决方案
  • 自我托管
  • 快速提现
  • 支持ERC-721和ERC-20
  • 二级NFT造币
  • DeFi Pooling
  • dAMM(分布式AMM)
  • 实时的预言机价格反馈
  • 利息/资金的跟踪
  • 数据可用性:Rollup, Validium (稍后会有更多介绍)

以及即将推出的其他功能:

  • 数据可用性:Volition
  • 独特的铸币
  • 与侧链的互操作性

StarkEx生成的有效性证明确保了所有链外计算的完整性,然后生成的STARK证明在提交到以太坊主网之前得到了链上的验证。

关于StarkEx如何工作的更多信息,请访问StarkEx页面。

dYdX

dYdX是一个链上衍生品平台,运行在Starkware建立的zk-rollup之上。该平台完全用Cairo重写,并运行在自己孤立的L2上,用户可以轻松地从以太坊主网桥接资金,并以低交易费用开始交易。整个订单簿都在L2上,因此用户拥有比L1更好的用户体验,而不影响安全,也不影响去中心化,因为Rollup本身是去权限和自我监管的,有一个去信任的验证器和核查器。

dYdX是Starkware的StarkEx的定制实现,根据L2beat,它是目前TVL最高的zk-rollup L2,锁定价值约为10亿美元。

StarkNet

StarkNet是以太坊上的一个去权限的去中心化ZK-Rollup。它支持图灵完全计算,并将通过Solidity到Cairo的编译器来实现EVM的兼容性,然而,本地Cairo代码的性能会更高。此外,StarkNet还将推出一系列的数据可用性解决方案,这意味着用户将能够在每笔交易的基础上在Zk-rollup和validium之间进行切换(更多信息请见validium/volition部分)。

由于L1<->L2通信以及STARK验证器和核实器将是完全去权限和去中心化的,该网络将拥有与以太坊主网相同的安全保障,同时大规模扩展吞吐量,并提供一个伟大和无缝的用户体验。

Starkware宣布,他们将在11月底前在主网上推出StarkNet Alpha。他们采取的方法是受他们optimistic rollup的推广同行的启发,最初部署在网络上的智能合约将被许可,这意味着Starkware团队将不得不手动批准智能合约的部署。在公告中,他们还宣布未来的StarkNet版本不会向后兼容alpha版本,因为他们将重新启动网络状态。

此外,还有一些额外的功能,将作为Alpha 1和Alpha 2的一部分推出,其中包括:

  • 智能合约构建器
  • 更好的测试框架
  • 区块和Tx哈希
  • 账户和代币合约
  • 支持合约的可升级性和事件
  • Warp:由Nethermind开发的Solidity到Cairo的编译器
  • 以太坊签名
  • StarkNet完整节点

开发者已经可以通过学习Cairo在本地和StarkNet alpha上编写、编译和部署智能合约来开始为StarkNet构建。请查看Cairo和StarkNet的文档

另外,还有很多围绕StarkNet生态系统的工具和服务正在建立(摘自StarkNet Alpha公告):

  • Voyage: StarkNet Alpha区块探索器
  • Open Zeppelin正在为StarkNet开发一个标准合约的实现,同时也在开发一个开发者的环境:Nile.
  • ShardLabs正在开发一个StarkNet HardHat插件和一个更好的测试框架。
  • Erigon团队正在努力扩展他们的以太坊全节点以支持StarkNet(代号:Fermion)。他们正在与我们合作设计StarkNet的核心机制。
  • Equilibrium正致力于在Rust中实现StarkNet全节点。
  • Cairo审计服务:在未来几个月,ABDK、ConsenSys Diligence、Peckshield和Trail of Bits将进行Cairo审计**。

Polygon Hermez

Polygon Hermez是一个运行在以太坊上的去权限去中心化的ZK-rollup。Hermez zk-L2及其团队被Polygon生态系统收购并合并。Polygon有一个PoS数据可用性层,一个plasma链,也在开发利用optimistic rollups的扩展方案,以及其他各种方案。

Polygon Hermez团队还在一篇Medium博客文章中宣布了他们对EVM的全面支持计划(zkEVM)。他们预计在2021年第四季度末推出测试网,并在2022年第二季度推出主网。

Polygon Hermez暂定的发布时间表

Polygon Hermez协议使用的动态与上面提到的其他zk-rollups非常相似。它有一个链外验证器,验证交易并生成SNARK证明,提交给链上验证器;如果证明有效,新的状态就会被提交并在以太坊主网上结算。关于Polygon Hermez基础设施的更多细节,可以访问相关文档

Hermez团队的一份白皮书详细介绍了项目的长期愿景。不过,它现在已经有点过时了,因为Polygon的合并发生在之后,而且HEZ代币已经不存在了,HEZ已经转换为了MATIC(1HEZ=3.5MATIC)。除了这一点,在Polygon的领导下,其目标仍然是一样的,即为以太坊生态系统带来大规模的可扩展性。

目前,Polygon Hermez可以被任何人使用,然而,它并不与EVM兼容。它主要被用作zk-rollup环境中的支付平台。要使用Polygon Hermez,可通过MetaMask或WalletConnect连接到他们的网络钱包UI,并将资金存入他们的L2,在此基础上,你可以自由地与其他用户进行交易,其成本仅为以太坊主网的一小部分。

Aztec Network

Aztec Network是以太坊上一个注重隐私的ZK-rollup L2。Aztec Network L2允许以完全私密的方式进行快速、廉价、兼容DeFi的交易,而不影响以太坊的安全性和去中心化。Aztec建立在PLONK上,这是他们开发的SNARK技术的一个通用标准。Aztec 2.0是该协议的当前迭代版本,并对v1版本的各种缺点进行了改进。

Aztec协议的特点:

  • 身份隐私:通过加密匿名,交易双方的身份是被隐藏的
  • 余额隐私:交易金额被加密,使你的加密货币余额保密
  • 代码隐私:网络观察员甚至不能看到交易属于哪种资产或服务
  • 可扩展的DeFi私人访问(Uniswap等)
  • Gas优化版本的PLONK协议(目前为TurboPLONK,未来为UltraPLONK)
  • 使用Noir的可编程隐私 – 私有合约语言

作为一个用户,你可以:

  • 存款:通过在Aztec中存款来保护你的代币
  • 私人支付:加密的余额和身份 – 适用于所有代币
  • 多设备恢复:你的资产受到保护,不会丢失秘钥
  • 提款:把你的代币匿名地带回第一层
  • 逃生舱口:即使所有的rollup供应商都倒闭了,退出也是有保证的。

Aztec团队建立了一个名为zk.money的私人钱包应用程序,用户可以将资金存入Aztec 2.0 zk-rollup,以"保护他们的资产",并在网络上进行交易。

Loopring

Loopring协议是一个开源的zkRollup协议。它是以太坊智能合约和ZK circuits的集合,描述了如何构建高度安全、高度可扩展的基于订单簿的DEX、AMM和支付应用程序。

最近,他们还增加了NFT铸币和转账功能,并且已经宣布在2021年第四季度末推出一个NFT市场。L2的新功能包括:

  • 为其交易所重新设计的UI/UX
  • 多层Loopring钱包(将跨L2/跨链)。
  • Loopring区块探索器(Loopring子图

在未来,他们还计划增加:

  • NFT市场
  • zkEVM
  • dAMM
  • 多层钱包+移动钱包
  • 交易所改进

正如我在这篇文章中多次提到的,zkEVM是几乎每个L2都在以某种方式努力实现的目标,因为从长期来看,有效性证明比欺诈证明在安全性、可扩展性和L2从使用一个比另一个得到的执行优势方面有很多优势。这是一个引导团队逐步实现zk化的趋势。

这里有一篇Loopring的CTO写的好文章,讲述了他对L2未来的看法。

另一个伟大的创新是dAMM,它是Starkware和Loopring的联合合作,建立一个跨L2的AMM,以防止碎片化的流动性。

该团队正在为他们的交易所建立大量的功能,以提高整体的用户体验,同时也降低了成本,他们还计划将他们的钱包扩展到其他L2,如Arbitrum、zkSync 2.0、Optimism,以及兼容EVM的L1,如BSC、Moonbeam和Acala(Polkadot parachains)、Harmony等。

根据其页面介绍,Loopring协议的工作方式与上面提到的其他zk-rollups非常相似。

“Loopring中继器(又称运营商)是他们实现的后端系统,与协议互动,使zkRollup运行。它主持和更新链外Merkle树,创建rollup块,生成其有效性的zkSNARK证明,将数据+证明发布到以太坊上,等等。我们的中继器已经为其用例进行了高度优化:从订单簿匹配到证明生成。注意:在做这一切的时候,它永远不可能,永远不可能访问或冻结用户资金–协议根本不允许这样做。”

“虽然Loopring协议与中继器无关(任何人都可以建立和使用自己的中继器来运行他们的zkRollup/产品),但所谓的典型'Loopring L2'(以及上面的产品)是由Loopring中继器提供服务的。Loopring中继器API可由建设者、用户和其他想要在以太坊上进行无gas、高速交易和传输的应用程序使用,或以其他方式读取或写入我们的L2。”

有用的资源

Loopring 3.8设计文件

Loopring协议V3代码

Validium/Volition(链外calldata)

在这一节中,我们将讨论一种混合的扩展方法,这种方法不把calldata放在链上,而是在安全方面做一些妥协,以提高扩展性。这种方法不再被认为是 "真正的L2",其中的定义是一个扩展的网络,继承了它所建立的网络的同样的安全保证。

什么是Validium?

Validium是一种利用有效性证明的扩展解决方案,但有链外数据可用性。它损害了以太坊的安全性,但仍然比侧链更安全,因为状态转换通过使用STARKs/SNARKs验证了有效性。目前,基于validium的解决方案只适用于专门的用例,并不普遍兼容EVM或WASM等执行目标,但随着Starkware和zkSync等团队的最新进展,这将在不久的将来成为可能。

关于zk-rollups和validium的更深入比较,请阅读zkSync的比较

什么是Volition?

Volition是一个L2可以采用的架构(由Starkware开创),用户可以在每个交易的基础上选择是在L2上使用validium还是zk-rollup。这将允许用户指定他是想最大限度地去中心化及保证安全,还是想在同一个L2中实现可扩展性;这种架构得到了很多人的支持,并将成为Starknet和zkSync 2.0 L2以及未来其他基于有效性证明的解决方案的一个整体设计决定。

Starkware

Starkware与不同的项目合作,建立了一个运行StarkEx引擎的用例定制验证器,以提供大规模的可扩展性。对于那些寻求真正的二级安全保障的项目,采用了使用StarkEx引擎的volition模式。

ImmutableX

ImmutableX是一个NFT第二层,它利用StarkEx的volition基础设施来为NFT提供大规模的可扩展性。它通过提供一个开放的NFT市场,让合作项目在其网络上运行他们的NFT游戏和应用程序,并为NFT爱好者提供廉价、快速、安全和可扩展的用户体验。

要在ImmutableX上开始构建,请联系他们并查看他们的文档

Sorare

Sorare是一个幻想足球游戏,利用StarkEx Validium来为大众扩展他们的NFT游戏。

DeversiFi

DeversiFi是一个去中心化的加密货币交易所,在一个定制的StarkEx Validium L2上运行。

zkPorter

zkPorter是zkSync的validium实现,它将与zkSync 2.0并排运行,采用volition设计。zkEVM的FAQ写道:

“zkPorter将数据可用性–重建状态所需的重要交易数据放在链外而不是以太坊上。相反,数据可用性是由zkSync代币持有者使用权益证明来保证的。这实现了更高的可扩展性(数以万计的TPS),并因此实现了可与侧链相比的超低交易费用(在几美分的范围内)。”

"zkPorter的安全性仍然优于任何其他L1或侧链。在最坏的情况下,如果一个恶意的行为者同时控制了排序器和超过⅔的总股份,他们可以签署一个有效的状态转换,但扣留数据。在这种情况下,状态被 "冻结",用户将无法提款,但攻击者的股权也被冻结。因此,对于拥有大量股份的攻击者来说,没有直接的方法可以从漏洞中获得经济利益"。

更多信息可以在zkPorter的Medium中找到。

如何受益?

用户

凭借L2,用户最终将能够使用他们最喜欢的web3应用程序享受低费用且更好的用户体验,因为交易确认几乎是即时的(感谢L2排序器),而且可以帮助大规模地扩展区块链。这将使不可变的区块空间的可及性变得更加实惠,并有助于通过简单直观的应用程序为新用户提供民主化的网络,将所有复杂的问题抽象化。

Alpha协议

许多在这些L2上启动的协议,以及提供服务的应用程序都在逐步去中心化的道路上,这个过程的一部分通常涉及到对早期采用者和贡献者的追溯代币分配。如果你现在贡献并使用这些项目,一旦(或如果)这些项目推出代币,你很可能有资格获得奖励。

建设者

应用程序开发人员、协议设计者和参与构建过程的其他人将能够构建可扩展的去中心化应用程序,这些应用程序是相互组合和互操作的(甚至是跨rollup的)。

扩展不仅允许更多的用户为网络带来指数级的价值(梅特卡夫定律),而且还允许在链上执行更多高计算成本的操作,这将扩大应用设计空间,使新的web3用例在经济和技术上都是可行的。

像社交代币、去中心化社交网络和协议(即Showtime、Aave社交图协议、NFT游戏(在ImmutableX等L2上运行),以及更多的事情将成为可能。建设者们正在慢慢地解除拖累他们的桎梏,Zk-rollups也允许定制执行层,不需要受Solidity和EVM的限制。

目前的弊端

目前,流动性被分散在各个L2上,在写这篇文章的时候,还没有直接的方法来使用跨L2的AMM。很多开发人员的工具并不适合在各种L2上开发dapp,因此团队的工具团队需要建立软件的变体,以增加对各种不同的扩展解决方案的支持。在未来,这种情况将被缓解,要么是完全的EVM兼容性,要么是理想的EVM等价性或标准设计规范,这将使zk/optimistic-rollups能够无缝地共享工具。

由于Arbitrum和Optimism等解决方案处于测试阶段,目前部署的L2的部分技术基础设施,如排序器或桥都是中心化的(一旦它们足够自给自足,这些护栏将被解除)。L2s也打破了可组合性和互操作性,因此没有无缝的方式在不同的L2s之间交流信息,也没有从另一个L2的其他智能合约中调用智能合约。

在预言机基础设施和高质量的数据馈送方面,也有很多工作要做。Chainlink正在努力与所有L2以及其他预言机供应商进行整合,然而,要使基础设施像以太坊主网那样强大,需要时间和努力。

L2s的用户体验方面的另一个关键问题是法币的上线。绝大多数中心化交易所目前不支持原生提款到L2,因此对于不具备技术能力的人来说,将资金转移到L2是非常麻烦的(特别是如果他/她必须支付以太坊L1费用)。目前的一个变通方法是使用交易所提取到侧链,如Polygon PoS,它在Hop或Connext等跨链(中心化)桥接中具有足够的流动性。

但我们最需要努力的一点,是对用户的教育。我看到无数人抱怨以太坊的高额gas费用,并迁移到交易费用便宜得多的L1(即Avalanche、Solana、Fantom、Terra),而牺牲了去中心化和安全。作为以太坊社区的同胞,我想请大家帮助教育大众了解以太坊的可扩展性,以及他们如何能够以可承受的方式仍然活跃在我们的生态系统中。我们还应该与不同的应用程序和协议交谈,并在他们的治理论坛内提交建议,为L2流动性和/或L2流动性绑定创建流动性挖掘奖励(如OlympusDAO)。这将使用户的迁移更加无缝,因为流动性是用户仍在使用L1的最大原因之一,在我看来,这种情况不会发生,因为以太坊主网将是一个链,将作为L2的数据可用性层,永远不会面对个人用户。

L2流动性

正如我在上面提到的,由于流动性没有在L2之间共享,整个以太坊生态系统的流动性分散有许多合理的担忧。在本节中,我将介绍一些旨在解决这一问题的项目和流动性模型。

Hop协议

“Hop是一个可扩展的rollup对rollup(也支持Polygon PoS和xDai)一般非托管代币桥。它允许用户立即将代币从一个rollup或侧链发送到另一个rollup,而不必等待网络的挑战期。”

“它的工作原理是让做市商(简称Bonder)参与进来,他们在目的链上前置流动性,以换取少量费用。”

“这种信用是由Bonder以hTokens的形式提供的,然后在AMM中与他们的本地代币对应物进行交换。”

“最终的结果是,用户可以将代币从一个网络无缝转移到另一个网络。”

Hop团队还提供了一个SDK,使开发者能够将Hop功能整合到他们的去中心化应用程序中。

  • 来源:Hop FAQ
  • 代码

Connext

Connext是一个由不同网络(L1s和L2s)上的流动性池组成的网络。用户在这些池子之间交换价值,类似于Uniswap这样的AMM DEXes。

Connext路由器作为网络的骨干,为用户交换提供流动性并赚取费用作为回报。

他们创建了NXTP,这是一个轻量级的通用xchain/xrollup交易协议,保留了底层执行环境的安全属性(即它不依赖于任何外部验证器组)。

Connext协议可以通过xPollinate用户界面访问。

  • 代码
  • 文档

Synapse协议

“Synapse是一个跨链层∞协议,为区块链之间的无摩擦互操作性提供动力。通过在任何L1、侧链或L2生态系统之间提供去中心化、无许可的交易,Synapse为资产转移、互换和具有跨链功能的通用消息传递等整体区块链活动提供动力–并以此实现基于其跨链架构的新原语。”

“Synapse网络是由跨链多方计算(MPC)验证器与阈值签名方案(TSS)一起运作的。该网络是去领导的,通过每个验证器在收到MPC验证器组跟踪的各种链上的事件时运行相同的进程来维持安全。一旦三分之二的验证者使用他们各自的密钥集体签署了同一笔交易,网络就会达成共识,并向目标链发出交易。”

  • 来源:文档

Celer cBridge

”Celer cBridge是一个多链网络,能够在不同的第一层区块链(如Ethereum和Polkadot)以及不同的第二层扩展方案之上(如Optimistic Rollup、ZK Rollup和侧链)实现即时、低成本和ANY-to-ANY的价值转移。“

  • 来源:文档
  • 代码

deBridge

“deBridge是一个跨链互通和流动性转移协议,允许在不同区块链之间真正去中心化地转移任意数据和资产。deBridge智能合约的跨链互通是由deBridge治理层选出的独立预言机/验证者网络提供的。”

“该协议通过在原生链上锁定/解锁资产,以及在二级链或L2上发行/刻录封装好的资产(deAsset),实现了不同区块链之间的资产转移。不同区块链之间的跨链通信由当选的验证者维持,他们运行deBridge节点,对不同区块链中deBridge协议的智能合约之间传递的跨链交易进行验证。”

  • 来源:文档
  • 代码

dAMM

dAMM是由Loopring和Starkware联合开发的跨L2 的AMM设计。

dAMM功能:

  • 基于ZK的L2(如DeversiFi, Loopring …)可以异步分享流动性,以使LP接触更多的交易
  • LP在参与L2交易的同时为L1 AMM(如Uniswap)提供服务 ,且不影响扩展
  • dAMM利用L1的去许可性质,减轻由于不同的L2而造成的流动性分裂。

Tokemak

Tokemak是一个流动性路由协议,是新兴的DeFi协议浪潮的一部分,被俗称为DeFi 2.0(或DeFi 2021)。

“它可以被认为是一个去中心化的做市平台和流动性路由器,将传统的流动性提供和DeFi的做市分解开来。坐落在去中心化交易所的‘上面一层’,Tokemak允许控制流动性的流向,也为提供和采购流动性提供了一种更容易、更便宜的方式。”

Tokemak宣布,他们计划针对流动性碎片化问题,创建一个深度流动性池,可以将流动性路由到Hop等跨L2桥的池子,以解决目前的流动性碎片化问题。

小结

跨L2的流动性碎片化是一个问题,目前已经被各种不同的参与者以各种方式解决。我个人的推测是,一个包含dAMM + Hop/Connext + Tokemak设计的混合模式将会出现,以抽象出L2流动性碎片的形式,使其看起来是完全统一的。

资源

工具

这些是我日常使用的工具,用来衡量以太坊L2的采用状况,其上的交易成本有多高,以及L2协议的收入情况。

Dune Analytics

Dune Analytics是一个数据分析平台,允许任何人轻松地汇总和可视化区块链数据。在Dune上,你可以在几个小时内为你的研究项目、文章、DAO或任何其他项目创建一个数据中心。关于L2,我用它来监测有多少资金被锁定在L2桥里面。

以下是相关的数据仪表板:

  • 由@eliasimos创建的Bridge Away仪表盘提供了一个概述,即有多少资金被锁定在其他L1(Avalanche, BSC, Fantom, …)、侧链(Ronin, Polygon PoS)和几个L2(Arbitrrum, Optimism, zkSync 和 Boba)的桥梁内。了解用户的桥接情况也是很好的,看看资本流向,以了解以太坊的不足之处以及如何改进。如果以太坊提供更好的用户体验,那么离开网络的资本就会少很多(尤其是新用户)。
  • ⛽ 由@kevdnlol创建的钱包交易及Gas费仪表盘 ,以便分析以太坊的Gas市场。

L2BEAT

L2BEAT是查看以太坊L2中TVL的仪表盘。

L2BEAT L2 TVL

L2BEAT项目仪表板

L2beat的一个很大的特点是,他们还介绍了L2内使用的扩展技术的类型,以及它目前的用途。他们还有一个很好的FAQ页面,可以用于向L2的初学者科普。

L2Fees

L2Fees是David Mihal建立的许多伟大的仪表盘之一,它显示了与以太坊主网相比,在某些L2上执行不同的行动是多么便宜。

L2Fees对比

CryptoFees

CryptoFees是David建立的另一个数据仪表盘,它显示了协议从其用户那里获得的收入。L2协议也出现在这个列表中;我使用这个仪表盘来查看L2赚取多少收入以及他们如何使用这些收入。部分收入用于支付向主网提交zk-SNARK/STARK/欺诈证明的费用,其余的是L2可以使用的费用。在Optimism的情况下,他们把所有的收入都捐给了公共物品,在我看来,这是花协议费的最佳方式。

Nansen

Nansen是一个区块链分析平台,通过数百万个钱包标签来丰富链上数据。它是一个付费平台,且不便宜。然而,如果使用得当,对于它所提供的回报价值量来说,它是非常实惠的。我个人使用Nansen来识别DeFi和NFT中的叙述,然而我最近开始在L2的智能合约上使用他们的钱包剖析器功能,看看哪些实体正在桥接到L2,以及速度如何。它显示了一个更清晰的画面,因为许多地址和活跃的玩家都被标记了。

Chainlist

Chainlist是一个应用程序,包含了在Metamask或其他web3钱包内使用某个网络所需的RPC配置。你可以添加与EVM兼容的不同网络–L1s,侧链,也包括L2s。Chainlist上可用的相关L2网络有Optimistic Ethereum mainnet、Arbitrrum One、Boba Network,以及其他即将到来的网络。

拓展阅读

限于篇幅,我的文章只能这么长(它已经相当长了),复制粘贴别人的作品是没有意义的。有无数高质量的L2学习资源,可以把你的理解提高到一个全新的水平。我将尽可能多地链接这些资源,如果你有任何建议,请在Twitter或Telegram上私信我@dcbuild3r。

L2 扩展

· Ultra scalable Ethereum – Bankless

· Modular vs. Monolithic blockchains – Bankless

· Epolynya’s Medium posts – @epolynya

· Ethereum-powered ZK-Rollups: World Beaters – Canti

· An Incomplete Guide to Rollups – Vitalik Buterin

· Layer 2 scaling – EthHub

· The Daily Gwei –  Anthony Sassano (newsletterYT channel)

L1扩展

· Why sharding is great: demystifying the technical properties – Vitalik Buterin

· A state expiry and statelessness roadmap – Vitalik Buterin

· What’s new in ETH2 – Ben Edgington

STARKs

· SNARKs vs STARKs – Consensys

· Anatomy of a STARK – Alan Szepieniec

· Anatomy of a STARK – Alan Szepieniec

其他

· Ethresear.ch – Ethereum research

· Week in Ethereum news (Twitter) – Evan Van Ness

· Ethereum Cat Herders – Ethereum core news

· Ethereum Roadmap update – Bankless

Twitter推荐关注

我创建了这个Twitter关注名单,其中有我个人认为值得关注的人,这样我就可以知道以太坊L2生态系统的最新和重要发展。如果你有任何建议要添加到这个列表中,请在这篇文章中发表评论,在Twitter或Telegram上私信我(@dcbuild3r)。

文章建议

这篇文章是我目前对以太坊L2的理解的汇编,我会尽量保持这篇文章的更新,但为此我也需要社区的帮助。这篇文章以GitHub仓库的形式提供,所以如果你认为所介绍的任何信息不准确,请私信我,告诉我问题所在,我将尽力解决。我不是密码学或L2技术的专家,所以如果我的理解不正确,请纠正我。

我写这篇文章的目的是让它成为一个永恒的不断更新的资源,供任何人使用,并由以太坊生态系统本身策划。如果你对如何在没有我把关的情况下实现这一目标有任何想法,请联系我。我支持成立一个DAO来策划可被视为公共利益的内容的想法。类似于Eric Conner和Anthony Sassano的ETHHub。

致谢

我要感谢The Daily Gwei的Anthony Sassano和@epolynya,因为他们教会了我关于L2的大部分知识,并启发我写了这篇文章。我还要感谢Ivan on Tech(Moralis的联合创始人兼CEO),早在2018年初就通过他的YT视频向我介绍了加密货币和web3,并让我有机会通过Moralis学习和撰写生态系统。

我最近最好的经历之一是,我在Twitter上请求校对帮助,以便使这篇文章尽可能的好。有几个好心的追随者给我打了电话,他们愿意帮忙,并校对了整篇文章!这让我很感动。如果没有你们,我不可能做到这一点。

@alphaK3Y

@0xcosmic

@wholesomecrypto

@0xsenko

@StudenyVojta

特别感谢来自巴西里约热内卢的3D建模师Kevin Laeber,感谢他为本文创作的NFT。

最后但并非最不重要的是,我要感谢以太坊的所有建设者和帮助实现这一切的人。

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