Layer2生态4种扩容方案分析

最新数据显示第四季度的以太坊 Layer 2 总锁仓量TVL较第三季度增幅 600%，当前 TVL 最高是 Arbitrum为24 亿美元，其次是 dYdX为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。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。

Layer 1为改进公链本身以提升性能即链上扩容，包含增加区块大小和分片技术以及隔离见证，能提高交易处理能力的解决方案。 Layer 2为不直接改动 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，包括状态通道和侧链以及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。

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。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和Optimistic Rollup以及ZK Rollup和Validium。

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。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。首先是数据不可用。主链无法获取所有链下数据，只能通过根哈希进行简单验证且退出周期长。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至14 天以上。此外通用性拓展难。在技术框架下限定子链的数据结构从而加大了难度。

目前OMG Network使用了Plasma的扩容方案。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。

另一方面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。

现在我们谈谈ZK Rollup。它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来说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。其优点是实现去中心化和上链效率高以及交易压缩率更高和验证效率高。ZK Rollup 技术保证了提交给主链的数据真实有效。其缺点是应用定制化开发难度大和兼容性低。

最后让我们来讨论Validium。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来说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。

总结来说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 市场和NFT以及虚拟世界等的发展，在提高网络吞吐量和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。