Close

淘金网币圈快讯 > 币圈资源 > 一文纵览以太坊扩容主力 Rollup 技术、应用与数据

一文纵览以太坊扩容主力 Rollup 技术、应用与数据

淘金网币圈快讯 币圈资源 2021年07月13日

  坊二层方案应用场景正在铺开区块天眼APP讯 :以太,将二层数据反存到一层Rollup 通过,性等最平衡的二层扩容技术成为易用性、安全性、扩展。

   热潮将链上活跃度推至新高度2020 年爆发的 DeFi,题直接放在了大众眼前也将公链面临的性能问。坊 Gas Price 飙升作为目前拥有最大生态的以太, 100 Gwei 以上在相当长的时期内维持在,「贵族链」的戏称让以太坊获得了。 Price 有所下降虽然近期以太坊 Gas,余计算带来的效率下降的问题但也无法改变冗余存储和冗。率提升的技术中在诞生的各类效, 技术无疑是当前解决方案中最为亮眼的Layer2 赛道下的 Rollup。

  了其他 Layer2 前辈们Rollup 的技术方案承袭,ma 等解决方案的思路如闪电网络、Plas。层数据再反存到一层的思路但最为关键的还是其将二。Layer2 方案都不同这一思路与以前所有的 ,可用性、易用性问题以及衍生的安全性问题等的关键成为了 Rollup 技术解决用户使用二层时。

  表现来看从数据,包括侧链) 方案应用场景尚未铺开由于 Layer2(数据统计不,金不到 DeFi 整体锁仓的 3%目前整体 Layer2 上的锁仓资,据了其中的近 1/3而 Rollup 占。前目,llup 的落地已经近在咫尺Optimistic Ro,p 系方案还需要一段时间通用的 ZK Rollu。TPS 提升至 500 上下Op 系的技术有望将以太坊 ,00 倍左右的提升ZK 系则能有 1,案其理论 TPS 能达到 2 万也有一些混合 Rollup 方。

  而言总体,公链发展的必由之路Layer2 是,中将易用性、安全性、扩展性、通用型等的平衡做的最好的技术而 Rollup 技术则是目前为止 Layer2 技术。几个月未来, 的解决方案和应用大规模落地我们也将看到 Rollup,期待值得!

  的世界中在链下,即时的确认、海量的存储人们习惯了高速的交易、,任带来效率集中和信。链上进入,的分布式系统实现了分散和去信任基于代码控制和博弈机制的运转,保障系统安全性的重要手段存储冗余和计算冗余成为。来成本提升和效率降低但冗余不可避免地带,户产生时代倒退的感觉链上应用的体验让用。此为,链运转效率的改进方案也诞生了各类提升区块。

  大小、改变共识算法、分片等等链上改进方案中包括了扩展区块。出在提升效率上的实力 (如 ETH2.0 的分片还在开发中)虽然链上的改进方案在当前的区块链技术发展阶段还没有完全展现,必须要承受冗余存储和计算的约束的现状但其都无法改变在区块链上为了安全性。链下的改进方案打破而这一约束可以被。算转移到链下将存储和计,可信与安全是链下扩展方案的核心并设计机制保障链下存储和计算的。是链下方案中的一类Rollup 就。

  么那,内通常把它翻译成「卷叠」Rollup 是什么?国,是还是十分形象读起来有点怪但,、压缩为叠打包为卷,压缩后传到链上存储链下的交易数据打包,的一类 Layer2 技术的总称Rollup 就是对符合这一特征。 公开称 ZKSwap 并不是 Rollup与此相关的一个趣事是 Matter Labs,alidium只是一个 V,ap 未满足这一特征因为当时的 ZKSw。

  lup 之前在 Rol,已经有了几代技术Layer2 。易用性或者通用性方面的问题但是由于去信任化、安全性、,广为接受的方案都没有成为被。现成为打破这一局面的关键Rollup 技术的出。

  r2 是侧链技术最早的 Laye,直不温不火其发展一,n 的崛起引来了很多讨论最近由于 Polygo。但,链的运行基础是信任(关于信任如 Polygon 一类的侧,章《Trust Models》可以参考 Vitalik 的文,提到其中,out the behavior of other people」)一组验证者」trust is the use of any assumptions ab,任假设的方案这类有强信,任假设的方案诞生前在没有易用的无信,种折中方案应用可以被作为一,终的最优方案但绝不是最。外另,r2 是持怀疑甚至是质疑态度的业界对于将侧链归类于 Laye,持向主链同步状态变更原因在于侧链不会保,条独立的链更接近一,Layer1一个新的 。

  的 Layer2 解决方案之一闪电网络是最早的尝试无信任假设。对交易对手方的信任依赖和对资金路由节点的信任依赖他通过 RSMC 和 HTLC 技术分别解除了。即,发资金的中间节点是不会作恶的用户无需假定交易对手方和转。[ 详情可以参考火币研究院文章《穿云而过的闪电网络》]但是这种方案在安全性、易用性、通用性上都付出了代价 ,术的应用推广限制了该项技。

  电网络之后出现的技术Plasma 是闪。和闪电网络的特点其模型兼有侧链。于链下交易的传递、组织和提交形式Plasma 与闪电网络的不同在。于以状态通道连接而成的网络闪电网络链下交易的传递基,双方的状态通道中交易存储在交易,交通道中的交易带来的状态变更通道中的交易对手方均可自行提。链更为接近的交易传递和组织形式但 Plasma 选择了与侧,织存储 (在 Plasma Cash 方案中会有 Layer2 的运营者负责接收交易、组,信息) 和将状态变更提交上链需要用户自己存储一部分交易。而然,信任的模式侧链是基于,(或者说矿工) 不作恶用户侧链上的运营者 。任化上在去信,电网络使用欺诈证明的思想Plasma 沿袭了闪,激励博弈来防止作恶通过设置挑战期和。是但,性、易用性、通用性上的问题Plasma 同样存在安全,独立 Layer2 的技术路线现今基本是一条已经被放弃作为。

  用二层的运营者来接收、存储和提交状态变更的思想Rollup 方案仍然保留了 Plasma 借,下的思路衍生出了安全性和易用性问题但考虑到此前方案中将数据存储在链,链上无法实现效率提升而直接将数据存储在,据压缩上链的思路因此诞生了将数。决的是用户易用性的问题交易数据上链后最直接解,是公开透明的链上的数据,用户做出一些十分伤害体验的行为意味不再需要为了防欺诈而要求,数据 (闪电网络和 Plasma 都有此要求)如保持一定的上线频率以及自行保存用于自证清白的。时同,一些可能衍生的安全问题数据上链也间能接解决了,退出等在 Rollup 的场景下是不需要被考虑的如闪电网络瞭望塔隐私泄露、Plasma 上的批量。

  此因,至今演进,方案思想并融合了其特有的链上压缩存储思路Rollup 其实是借鉴吸收了过往众多。前来看在当,yer2 方案中最受期待的Rollup 无疑是 La。落地之时在其即将,up 当下的技术、应用与数据希望通过本文梳理 Roll。

  一章中在上,r2 的思想如何演进传承直至诞生了 Rollup我们介绍了什么是 Rollup 以及 Laye。本章在,lup 技术的核心要点我们将深入介绍 Rol。不同团队在将 Rollup 具体落地时会各有差异不同 Rollup 技术路线、同一技术路线下的,lup 共性的思想进行介绍因此本小节主要针对 Rol。

  -1 所示如下图 2, 运转原理的示意图是 Rollup。er2 上在 Lay,发送给二层的运营者用户的各种交易会被。批交易进行压缩运营者会将一。一笔交易后压缩成为,理合约进行处理调用链上的处。er1 的交易一样进入交易内存池这笔调用交易就会像其他的 Lay。er1 上在 Lay,有的交易并打包成区块发布矿工会接收一层网络中所,二层打包上来的交易这其中就会包含由。

  p 的具体实现会不一样虽然不同 Rollu,转换同步到一层以及如何保证二层运营者如实提交了二层的所有状态转换但均需要解决三个共性的问题:如何实现交易压缩、如何将二层的状态。个小节分别讨论我们将在下面三。

  要将数据上链关于为什么,已经有阐述在上一章中。链后上,说数据有效性、数据可获得性) 能得到保障二层交易数据在链上的数据可用性 (或者。果原样上链但数据如,层提升效率的目的的是难以达到通过二,进行压缩所以会。压缩讲到,对占用字节数的压缩大家通常的理解是,积上的压缩也就是体,不然其实。耗 Gas 数的压缩压缩主要是对交易消, Gas 为限制而不是字节数因为以太坊上的区块限制是以,着更小的存储占用更小的字节数对应,的 Gas 消耗但不等同于更小。p 中的压缩Rollu,交易占用的字节数一方面确实压缩了,计算量以降低 Gas 消耗另一方面也会减少交易执行的。

  码方式、缩减交易占用字节数、减少需要上传的数据等交易字节数的压缩的方式主要包括使用效率更高的编。

  以太坊一层和在 Rollup 上占用的字节数图 2-2 是 Vitalik 归纳的交易在。talik 归纳的并不完全相同虽然各团队在最终实现时与 Vi,是一致的但思路, Vitalik 的归纳因此我们在本文中仍然引用。

  先首,的交易中在二层,以在交易中被省略Nonce 可; Gas 也不必出现在每笔二层交易中Gas 相关的 Gasprice 和;址不需要使用以太坊的地址To 和 From 地,引 (如图 2-3 所示而是使用其在状态树中的索,Merkle 树来组织)二层的账户可以由一棵 ;科学技术法存储节省位数Value 可以使用;签名对于,的交易签名进行聚合可以将一个批次中,的签名存储消耗降低每个交易。比特币资源消耗时同,成本比较低的字段 Calldata 中这些交易数据会被存储在链上 gas 。

  明的是值得说,仅仅是上述的交易内容上传的一层的数据不, 2-3 中的 State Root)还会包含批次交易发生前后的状态根 (图,查) 状态转换合法性的数据以及用于证明 (或用于备。stic Rollup 系技术取得更好的压缩效果ZK Rollup 系的技术能比 Optimi,要上传的交易数据比 Op 少一个重要的原因就是 ZK 需,需要上传一些中间状态信息Op 为了方便验证者挑战,批次的交易上传证明信息但 ZK 只需要针对。

  占用字节数以外除了压缩交易,量也会比直接在一层上执行要少Rollup 中交易的计算,一层上重新执行因为交易不必在,提交的状态转换是否正确只需要验证二层运营者。K 来说对于 Z, (零知识证明) 是否合法主要来自于验证状态转换证明;Op 来说而对于 ,交易的挑战消耗主要来自于欺诈。

  前目,压缩后经过,论上在理,量提升在 100 倍上下ZK 系技术能带来的吞吐, 30 倍左右而 Op 在。

  二层运营者除了提交交易信息外上一小节在讲交易压缩时提到,发生前后的状态根还会提交批次交易。层的状态树的状态根类似这个状态根与以太坊一,态的归集是账户状。

  -3 所示如图 2,用 Merkle 树来组织Rollup 的状态可以,为账户状态叶子节点,上进行哈希计算的信息中间节点存放层层向,终的哈希值根节点是最,户状态的摘要是二层所有账。

  -4 所示如图 2,后的状态转移示意图是批次交易发生前。易相关的账户的状态二层的交易会改变交,点的信息变动引起叶子节,哈希值的变动最终导致根。维护二层账户的状态树二层的运营者会在本地,生前后的根哈希值记录批次交易发,此二哈希值一并上传在上传批次交易时将。

  然既,息都由二层运营者上传交易信息、状态转换信,要和主链进行状态同步的 Layer2 来说都存在如何阻止运营者上传虚假信息呢?这个问题对于所有。

  Plasma 采用的均是欺诈证明的方式Rollup 诞生之前的闪电网络和 ,者思想同样使用了该方式而 Op 系技术承袭二。即,关于状态转换合法性的校验在运营者提交信息时不做,易的提交预留挑战期但是会为该批次的交。挑战期内如果在,出挑战则交易被确认无人对其合法性做;有若,提供欺诈证明则挑战者需,营者作恶证明运。

  (相比后面要提到的有效性证明)欺诈证明是相对容易的实现方式 ,体验和资金效率的牺牲但带来的代价是用户。网络和 Plasma 的方案中在没有保证链上数据有效性的闪电,(也叫做用户活性) 来防止欺诈需要用户保证一定的在线频率 ,时同,出需要等待挑战期结束用户资金无法及时取。ic Rollup 下在 Optimist,用欺诈证明虽然也是使,率伤害的情况有所改善但对用户体验和资金效。据上链由于数,户外的第三方提交挑战者可以由除用,的假设大幅改善体验降低了对用户活性。外另,方案下Op ,存在挑战期虽然仍然,欺诈的交易但是对于非,是可以预期的交易的最终性,速验证交易合法性而不必等到挑战期结束Op 的使用者可以自行搭建验证节点快,期结束后才能被主链确认虽然交易仍然要等到挑战,以被快速确认但其最终性可,以提前为用户释放资金流动性利用这一点流动性提供商可。过不,内嵌在 Op 之中这种解决方案并不是,用解决方案需要依赖应。

  欺诈证明相比于,要求二层运营者提供有效性证明更有技术挑战性的防欺诈方式是,即,状态转换是有效的 (正确的)二层运营者直接证明其提交的,清白自证。up 系方案使用的方式这也是 ZK Roll。方式下在该种,即正确提交,担心欺诈用户不必,不会有冻结期提取资金也。乎完美方案近,足是太难美中不,长一段时间内以致于在很,对一些特定的操作生成证明ZK 系解决方案只能针,通用无法。破 (PLONK、多项式承诺等)但随着密码学技术理论和实践的突,方案已经近在眼前了通用的 ZK 解决。

  llup 技术的核心要点上一章我们介绍了 Ro,一章这,p 团队及他们的解决方案进行梳理我们将对数个代表性的 Rollu。时同,一个方案对于每,活性假设、通用性、计算量、复杂度、吞吐量提升等方面进行分析我们也将从 Rollup 所关注的安全性、退出时间、用户,ollup 技术以进一步理解 R。

  nc 是 ZK Rollup 技术路线的头部项目Matter Labs 的二层解决方案 zkSy。金量超过 9 百万美元当前的主网版本承载的资,.001(但目前在 $0.1 级别)二层的单笔交易手续费可以低至 $0。吞吐量可达数千不过虽然其理论,求不足由于需,S 小于 0.1实际运行的 TP。时同,仍在小时级别提现时间现在。

   系解决方案在当前表现并不良好这些数据一定程度上反映了 ZK,阶段和 ZK 系技术尚有瓶颈待突破造成的但这种不良好更多是由于当前整个二层的发展。llup 技术路线上处于绝对领先的地位Matter Labs 在 ZK Ro,ZK 系技术迈向下一个阶段的里程碑其兼容 EVM 的虚拟机也将是 。

  证明开发出 zkSync 解决方案Matter Labs 基于密码学,月上线 月份将上线.x 版本该方案于 2020 年 7 ,上线 月份上线 版本支持资产转账并且将在 2021 年 5 月份,用智能合约不支持通;T 原子交换和铸造等功能1.x 版本支持 NF;p 和 zkPorter 混合账户架构2.0 版本将使用 ZK Rollu,账户的完全互操作该架构支持两种, ZincVM支持图灵完备的,lidity 源代码可移植现有的 So,有以太坊钱包原生支持所,zkPorter并且其开发中的 ,上数据可用性通过放弃链, 的大幅提升带来 TPS,p 2000 的理论值远超 ZK Rollu, 20可达到, 笔以上000。

   ZK Rollup 技术为核心的当前 zkSync 的主网版本是以,ollup 的思路基本一致我们不再赘述其解决方案思路和前两章介绍的 ZK R。次着重介绍的 zkPorter 的解决方案值得关注但 Matter Labs 官方在四月中旬发文再。

  重要的特点是保证了链上的数据可用性纯 Rollup 的技术解决方案最,免除对用户活性的要求而链上数据可用性能,体验和可用性大幅提升用户,是有限的扩展性但随之带来的。有 gas 上限因为链上每个区块,理论上所以,技术方案都会有扩展性的上限所有保证链上数据可用性的,线性的提升只能带来。

  的假设并大幅提升扩展性为了同时免除对用户活性,as limit 导致的十分有限的吞吐量的上限zkPorter 将数据存放在链下以绕开 g,时同,有交易对于所,仍旧会提交到链上其状态转换的证明,护者进行验证由链下的守。一个重要的点是引进了分片zkPorter 中还有,所在的分片是基础分片ZK Rollup ,户自行决定数据可用性方案其余所有的分片可以由用,kSync 的守护者来维护这些分片的可用性可以由 z,上的协议自行维护也可以由该分片。架构下在该种,提升至 2wTPS 可以,倍 (如图 3-1)手续费也可再降低十。

  rter 数据表现图 3-1zkPo, Labs 官方文来源:Matter档

  性高安全,体量上限没有资金。Layer1 同等的安全性Rollup 部分具备与 ,增加不会降低二层的安全性同时二层的承载资金量的。证明是 zkSync 解决方案的关键Layer1 上的数据有效性和零知识。态、数据和证明自动化验证交易的有效性智能合约可基于 Layer1 上的状,安全性假设没有其他。

  相对较短退出时间。际退出时间最长需要数小时当前 zkSync 实, 15 分钟左右的但理论退出时间是在。层的交易数量不多主要原因是当前二,笔交易需要平摊的手续费延长推出时间可以降低每。如此即便,lup、Plasma、闪电网络等) 数周的推出时间相比使用欺诈证明类型的技术方案 (如 Op Rol,对较短的仍然是相。

  性差通用,用的智能合约暂不支持通。nc 仅支持充提和转账当前版本的 zkSy,Sync 没有太多应用场景能力过于有限导致当前 zk,系的方案中表现并不亮眼整体的锁仓量在 zk 。 技术路线当前面临的共性问题这是整个 ZK Rollup,用型的操作即仅支持专。是但,EVM 兼容以及实现通用的智能合约zkSync 团队当前正在研究 ,智能合约和 EVM 的 2.0 版本并且团队预计在今年即可上线支持通用。

  量大计算。笔交易对每,身带来的状态转换之外除了要计算每笔交易本,的状态转换证明还需要生成相应,消耗大量的计算资源生成证明的过程需要。而言相较,ollup 省去了这部分的计算资源消耗其他如闪电网络、Plasma、Op R。的交易同样,会高于 op 系列解决方案的成本zksync 的二层运营商成本,耗并未成为 zksync 发展的重要挑战但在当前二层利用率并不高的情况下该资源消。up 的二层应用场景增长如果基于 ZK Roll,解该问题对资源消耗和用户体验带来的影响专用的证明器或者定制化的硬件也可以缓。外另,量和更高的 tps 提供了解决方案zkPorter 的方案也为低计算。

  度高复杂。比特币资源消耗明技术的复杂性由于零知识证, Rollup 的方案去迁移和开发应用普通的应用开发团队几乎不能应用 ZK。lup 方案会大大改善这一问题兼容 EVM 的 ZK Rol,杂度也会大幅上升但是其代码的复,VM 的难度高很多代码的审计会比 O,鲁棒性的验证可能需要经数年的考验对该 ZincVM 的安全性和。

  分吞吐量提升有限Rollup 部,部分吞吐量有望巨幅提升但 zkPorter 。limit 的上限限制由于一层区块 gas ,保证链上数据有效性的 Layer2 方案相比Rollup 技术的吞吐量提升无法与其他不。s 团队也意识到了这个问题但 Matter Lab,r 的方案以巨幅提升 TPS提出了新的 zkPorte。

  前目,技术的头部解决方案受到许多生态应用方的关注zkSync 作为 ZK Rollup ,坊测试网上集成 zkSync如 Curve 已经在以太,深度合作并将在钱包中支持 zkSyncimToken 与 zkSync 达成,择将 zkSync 作为最终落地的扩容方案SushiSwap 和 Argent 已选。nc 支持的操作有限但由于当前 zkSy,和应用的还很少实际完成集成,在支付领域主要集中。 等均集成 zkSync 作为支付方式之一如 Gitcoin、Storj、Golem。态在实用性和资金回报上都相去甚远这些应用场景相比繁荣的一层的生,吞吐量仅在 0.05 tx/s 左右也这就导致了 zkSync 实际的。

  层的代码迁移成本提供了重要的思路其提出的 OVM 为降低一层到二,生态快速融合的基础便捷的代码迁移是。网还未上线虽然其主,x 已经在其基础上运行但是 Syntheti,超过 1 亿美金目前承载资金量,至 $0.07 左右单笔交易的费用可以低。量方面吞吐, 技术方案的理论值在 500 左右Optimistic Rollup。

  imism 目前还处于有限访问的阶段数据表现尚不强劲的主要原因是 Opt,应用开放少许功能测试只针对部分已授权的,兼容性仍然受众多项目方的青睐但其对于通用智能合约较好的。期看从短,景会更加广阔它的应用场。

  二层扩容网络上使用 OVMOptimism 支持在,机最大程度保障通用性一方面兼容以太坊虚拟,现 Optimistic Rollup 的机制另一方面做了一些适应性调整保障 OVM 可以实。包括三个方面这些调整主要,拟机中的一些操作码第一方面是调整虚,执行的时能得到相同的结果来保证程序在一层和二层,ADDRESS 等操作码的调整例如对 TIMESTAMP、;调整了编译器第二方面是,能被正确编译成 OVM 支持的操作码保证 Solidity 编写的程序;Geth 客户端第三方面是修改 , 对交易的处理方式让其兼容 OVM。

  期长退出,效率低资金。模型使得交易在挑战期结束以前不具有确定性Op Rollup 基于经济激励的博弈,户无法提前验证交易的确定性并且无法运行全节点的终端用。ZK Rollup 的验证时间长因此 Op Rollup 相较 ,挑战窗口期约为 2 周PoW 共识机制下的,挑战窗口期为 1 周PoS 共识机制下的。

  chain Labs 提出并创建的Arbitrum 方案是由 Off,的研究型学术项目最早是一个纯粹,优化和改进后经过不断,入实践逐渐转。

  tic Rollup 的解决方案该方案也是基于 Optimis,性并通过欺诈证明来维护交易有效性通过经济激励的博弈模型维护安全,战机制和实现形式主要区别在于挑。前目,m 主网还未上线Arbitru,测试网中运行了一段时间但已经在以太坊的主要,现良好性能表。的数据显示测试案例,量在几百左右其最优吞吐,有数十分钟挑战期只。不过只,能会带来一些安全问题挑战时间设置的较短可,进一步解决和完善还有待技术团队来。

  目前截至,网已经平稳运行了约六个月Arbitrum 测试。年 3 月2021 , 团队更新了第四个测试网版本Offchain Labs,主网的候选版本并将其选定为。28 日5 月 ,m One 已经向开发者开放其主网测试版 Arbitru。一文纵览以太坊扩容主力 Rollup 技术、应用与数据表现_比特币资源消耗出意外如果不,2021 年内上线其公共主网将于 。rum 的路线图根据 Arbit,是主网的正式上线团队下一步的工作。此为,项目方积极合作团队正在和多个,成、审计和压力测试共同进行网络的集。

  的进展来看按照目前,hereum 成为以太坊上第一个落地的通用型 RollupArbitrum 有可能反超 Optimistic Et,llup 来说都是重大的突破这对于整个以太坊生态和 Ro。

  设计与 Optimism 类似Arbitrum 技术方案的,太坊智能合约与可兼容以,博弈的方式维护交易有效性并可通过欺诈证明和经济,别在于挑战机制二者的主要区。者执行一次欺诈证明交互即可判断出结果Optimism 只需要排序者和验证,诈证明需要包含大量的交易从而超出 gas 限制而 Arbitrum 认为一次交互可能导致欺,于单条指令执行异常导致并且提出欺诈证明是由,全部的指令无需执行。此因,欺诈证明分为多轮步骤Arbitrum 将,行某条指令时出现异常只需要证明排序者在执,排序者作恶即可证明,成本节省。

  ism Rollup 的主要特点是一致的Arbitrum 的方案与 Optim,再赘述我们不,机制的变化带来的改变主要可以关注欺诈证明。

  um 落地预期强烈由于 Arbitr,持 Arbitrum 的生态当前已经有众多应用都宣布支。MCDEX、Bancor、ImToken 等包括 Uniswap、Sushiswap、。中其, V3 部署在 Arbitrum 上Uniswap 社区已经投票通过将;创建合约 V3 版本已登录 Arbitrum 测试网中去中心化永续合约交易所 MCDEX 推出的无需许可即可,进方案的测试和应用与开发团队协同推;时同,itrum 主网上线后立刻完成部署MCDEX V3 也计划在 Arb,户开放并对用;外另,bitrum 网络的充值和提现OKEX 也宣布将支持 Ar。以太坊一层交互用户无需再与,易手续费降低交。

  自以色列的零知识证明研发机构StarkWare 是一个来,坊二层扩容技术专注于研究以太。术积淀也非常深厚该团队在二层的技,证明协议、编程语言、二层应用均有涉猎二层技术路线、二层网络网络、零知识。所有的技术核心点几乎覆盖了二层。

  层的技术为 Validium其提出的 Layer2 底, Volition后又进一步推出了。中心化的二层扩容网络 StarkNetStarkWare 团队推出了一个去,上的通用计算支持以太坊,可性和抗审查性具备一定的免许。月底公布的 StarkNet 路线图来看根据 StarkWare 在今年 1 ,为四个阶段该方案分,心化和生态集成以逐步实现去中。前目,段 0 的构建团队已完成阶,三个重要组件主要完善了,airo 和交易所扩容方案 StarkEx即证明协议 zk-STARK、编程语言 C。

  行的 SNARK 算法做了改进StarkWare 对目前流,识证明协议 STARK自主研发出新一代零知。 年 6 月上线主网该协议于 2020,高运行效率能够大幅提,计算的零知识签名并可以提供抗量子,t 去中心化证明层的基石是整个 StarkNe。

  外另,了独有的编程框架 CairoStarkWare 还创造, STARK 证明以生成通用计算的。 年 10 月在主网上线Cairo 于 2020,有开发者面向所。是图灵完备的该框架不仅,明中复杂的电路设计还能避免零知识证,与验证分开进行将证明的生成。队不断改进 CairoStarkWare 团,功能、语法和内部插件为其引入了众多新的,票场景下的应用最近正在探索投。

  STARK 的 ZK Rollup 应用 StarkExStarkWare 也在阶段 0 中推出了第一个基于 。arkNet 第一批具体应用StarkEx 既是 St,场景的二层扩容引擎也是专注于交易所。月上线 版本是完全建立在 Cairo 框架上StarkEx 最早于 2020 年 6 ,、链下铸币、智能合约密钥恢复等功能支持一二层交互以及 ERC721。前目,处于迭代更新的状态StarkEx 仍,月推出 StarkEx 3.0团队计划于 2021 年 5 ,单和批量长效的闪电贷功能该版本将包含 L1 限价。

  队计划按照团,多应用 Rollup 以及去中心化运营多应用 Rollup后续三个阶段分别对应单运营者单应用 Rollup、单运营者,逐步完成部署 (图 3-2)最终将在 2022 年底前。

  rkNet 路线图图 3-2Sta,ware 官方文来源:Stark档

  二层解决方案是 ValidiumStarkware 最早提出的,据保存在链下这个方案将数,想对状态转换做有效性证明但同时结合了 ZK 的思。来说具体,由链下的公证人保证数据在链下的有效性,生成 SNARK 证明上传到链上同时公证人会将链下交易的状态转换。人上传错误的状态转换到链上SNARK 证明避免了公证。存储在链下但由于数据,谋不提交数据公证人可以合,资产冻结将用户的。此因,并不是 Rollup 系的技术其实 Validium 方案,用户资产也被冻结的问题被讨论之后但是在 Validium 方案中, 推出了一个新的方案Starkware,tionVoli。案和 Validium 方案的结合 (图 3-3)Volition 其实是 ZK Rollup 方,据可用性的保证放在链上还是链下用户可以根据自己的需求选择将数。此因,工作放进了本篇 Rollup 的文章中我们还是将 Starkware 团队的。

   和其他 Layer2 技术图 3-3Volition,ware 官方文来源:Stark档

   Labs 的 zkPorter 的方案在前面的章节中我们介绍过 Matter,自于 Validium这个方案的思想就是源,orter 中但是在 zkP,法冻结用户的资产链下的守护者无,分片是 ZK Rollup 的分片且在 zkPorter 中有一个,由链上保证数据可用性,片中或者可用性在链下的其他 zkPorter 的分片中用户可以选择将自己的资产放在 ZK Rollup 的分。 Volition 的方案是更为相似的所以其实 zkPorter 的方案和。

  zkSync通用性强于 , EVM但不兼容。开发了 Cairo 语言Starkware 团队,以省去自行编写生成证明的工作应用团队使用该语言开发应用可。兼容 EVM但是由于不,移过来需要额外的开发工作现有以太坊的生态应用迁,方案没有获得广泛采纳的重要原因之一这也是 Starkware 团队的。

  arkWare 的二层扩容方案当前已有多个应用宣布集成 St。于 2 月份在 StarkNet 上启动去中心化自治组织 BadgerDAO ; Cairo 编程语言Celer 也计划利用,nance 开发基于零知识证明的版本为自身扩容方案 Layer2.fi; 交易市场 Immutable 均上线支持了 StarkEx 方案现货交易所 dYdX、衍生品交易所 DeversiFi 和 NFT,10 亿美元的交易量截至目前共产生超过 。中其,用 StarkEx 扩容引擎DeversiFi 最早采,兑换功能提供代币,该网络无需支付任何 Gas 费用户从 Layer 1 进入; 4 月正式上线以太坊主网dYdX 的二层网络版本于,的永续合约交易提供十种代币;StarkEx 在 NFT 领域开展合作而 Immutable 交易市场则与 ,ableX 的 Alpha 版本发布了二层解决方案 Immut,游戏玩家进行交易支持区块链卡牌。

  的章节中在前面,的思想和其主要技术团队的落地情况进行了分析绝大部分的内容都围绕 Rollup 技术,此之外但除, 生态中不可忽视的一环应用也是 Rollup。运行的项目会落地到 Rollup 上除了一些本身已经在以太坊一层上长期, 的特点或者说是缺点 (如还有一些针对 Rollup,期等) 而特别设计的应用带来流动性割裂、有挑战。代表性的应用方案进行解读本节也将针对其中 3 个, 特色的应用是如何设计的带读者一窥 Rollup。

  月发布最新的解决方案 Layer2.financeCeler Network 于 2021 年 2 ,i 的使用门槛以降低 DeF,个用户承担的交易手续费通过聚合需求来分摊单。年 4 月底2021 ,e v0.1 主网正式上线Layer2.financ, AAVE目前支持,rve 三种 DeFi 协议Compound 和 Cu。露的数据来看根据团队披,量已超过 140 万美元该方案上线一周后锁仓总,3.4 万美元的 Gas 手续费为 900 多笔交易节省了近 ,现良好性能表。

  ayer2 时当前在谈 L, 上的应用搬到 Layer2 上去大家更多想到的是把 Layer1, Layer2 降低主链的负荷以实现把计算和存储部分转移到。案在落地时但这种方,资金、生态的迁移往往涉及到代码、,r2 的发展阶段下在当前的 Laye,都并非易事这些迁移。.finance 反其道而行之Celer 的 layer2,原本的应用不转移链上,ayer2 上聚合将交易的指令在 L,r1 上统一执行然后在 Laye,述问题绕过前,成本的降低实现交易。

  先首,inance 的一层 Rollup 基金池合约中用户要将以太坊链上的资金存入到 Layer2.f,承诺和已分配三种不同的状态这些资金会划分为闲置、已。中其,提交到实际执行的中间状态已承诺资金代表了交易从;了交易执行完成后已分配资金代表,证 stToken用户收到的流动性凭,赎回流动性未来可用于,换为闲置资金并将收益转。

  后然,ance 的二层网络中进行资金分配用户就可以在 layer.fin,协议以获取收益或从协议中撤出即将资金投入不同 DeFi 。

  后随,p 链上收集交易并根据目的 DeFi 协议地址进行聚合分类Layer2.finance 的出块节点会在 Rollu。易或固定时段结束后当汇总了足够多的交,些交易打包成块出块节点会把这,根以及资金分配的具体方案向主链提供每个用户的状态。

  后最,约根据接收到的指令执行相应的资金分配操作Layer2.finance 的链上合。时同,结果更新二层用户的资金状态出块节点也会根据一层交易,分配无误后确认资金,的流动性凭证返回用户相应。

  finance 运行流程图 5-1Layer2.,k 官方文来源:or档

  的是 Optimistic Rollup 框架由于 Layer2.finance 目前使用,在与一层交互时会存在挑战期所以 Rollup 区块。战期内在该挑,ce 协议进行了错误的资金分配如果 Layer2.finan,欺诈证明来回滚交易任何人都可以提交。来未, Rollup 路线来适配高并发聚合交易场景Layer2.finance 将采用 ZK,保证状态转换的有效性不再需要设置挑战期来。

  eFi 协议无需迁移 D。户来说对于用,链上的多个 DeFi 协议中使用自身持有的资金仍可以像之前一样在,带来的流动性割裂的问题降低 Layer2 ;Fi 协议来说对于各个 De,用二层网络版本的工作不仅可以省去开发专,nance 实现自身二层用户的积累还可以通过连接 Layer2.fi。

  e 目前同样存在一定的局限性Layer2.financ。易导致的延迟问题首先是打包聚合交,实际的资金分配中存在固定延迟用户在表达资金分配的意图到,效性上做出抉择需要在成本和时;次其,级操作的局限性该方案存在高,i 协议的高级定制化组合用户无法执行多个 DeF;后最,可选择性是有限的用户在该方案上的。e 只上线了三个 DeFi 协议目前 Layer2.financ,合更多的策略协议虽然未来会慢慢整,项目可能是会被优先考虑的相对稳定且收益率较保守的。

  布 L2 AMM 流动性聚合方案 CaspianStarkWare 于 2021 年 4 月发,性被分流到二层导致的流动性碎片化问题可以有效应对 Layer 1 流动。队预估根据团,线 升级中有望得以实现该方案在 6 月即将上,来有所推迟但目前看。

  pian 方案总览图 5-2Cas,Ware 官方文来源:Stark档

   2021 年发展建设的主旋律随着链下扩容逐渐成为以太坊网络,生新的 AMM 项目Layer2 上会诞,目也会迁移部分流动性到二层已有的一层的 AMM 项,动性被分流导致一层流,碎片化问题加重资金。M 应用来说对于 AM,集效应十分显著它们的资金聚,量才能提供好的交易体验往往需要较大的资金体。以所,化问题并提高资金效率妥善解决流动性碎片,有必要的是十分。

  的 AMM 设计方案 CaspianStarkWare 提出由二层驱动,在二层进行把交易放,中向各个交易地址调配资金再从一层的 AMM 池。为链下和链上两部分Caspian 分,易者和流动性提供者链下包含运营商、交,中其,二层网络交易的做市商运营商是一个可以处理,处理多笔交易它可以按批次,交易结束时当一个批次,RK 有效性证明会生成 STA,来结算批次里的交易并且根据状态变更;二层应用上的用户交易者指的是各个;坊链上的各个流动性提供者而流动性提供者则是以太。MM 智能合约以及 StarkEx 合约链上是一个由 Layer 2 驱动的 A,的 AMM 合约前者是一个标准,不同的是但稍有,要等待前一批次的交易处理完成才能进行它的唯一对手方是链下的运营者且提款;的 StarkEx 系统后者即为支撑运营者服务。体过程如下该方案的具:

  先首,二层用户发来的交易运营商聚合起一批,受到的报价订单并自行撮合接;后然,M 合约中生成一个限价单运营商可以在链上的 AM,易净差额与该订单撮合并将该批次里产生的交,余的资金分配完成用户剩;后最,给 StarkEx 系统运营商将该批次的交易发送,TARK 证明生成批量 S,完成该批次交易的结算以及状态的更新在经过 verifier 验证后。过程中在整个,是通过一层流动性提供者提供的AMM 合约池中的代币流动性,币的流动性在 L1其本质还是保持代,指令来进行资金调配根据 L2 交易。

  pian 运行流程图 5-3Cas,Ware 官方文来源:Stark档

  外另,an 的设计中在 Caspi,电贷的功能还新增了闪。至整个交易批次的流程通过将贷款期限延长,下铸币发送给交易者运营者可以提前在链,交易结束时销毁它们但前提是必须在该批。一来这样,为中间方撮合订单的效率可以大大提高运营商作。

  商实现在不同网络中部署资金目前众多应用只能靠多个做市,市策略执行做。二层进行指令调配以及交易的聚合Caspian 方案可以实现在,将资金发送到用户地址在一层的流动性池中, L2 的 AMM完成跨 L1 和,带来的流动性碎片化问题缓解二层分流一层资金。

  设计机制上看从该方案的,是存在中心化风险的Caspian 。M 智能合约的对手方因为运营商既是 AM,互的唯一对象也是与一层交,交易需求的去留可以决定部分,作恶行为一旦出现,户资金的损失很可能导致用;外另,于概念性阶段该方案还处,组件待补充还有一些,价单和批量闪电贷例如 L1 限,tarkEx3.0 网络升级后才有可能这些功能的具体实现要等到 6 月 S;后最, 的 Layer2.finance 类似Caspian 的设计思路与 Celer,4 月上线后者已于 ,的先发优势占据一定。

  月初3 ,决方案 Optimism Dai Bridge 来支持快速提款MakerDao 智能合约团队在其官方论坛上发布了一种新的解,ollup 需要一周提款时间的问题用于解决 Optimistic R。队表示据团,或第四季度正式上线该功能将在今年第三。

  鉴了 Plasma 的欺诈证明机制由于 Optimism 在设计中借,代币转移可以很快完成从一层到二层网络的,等待一周左右的争议期但反向移动则需要用户,是否正确更新用于验证状态。 团队认为Maker,c Rollup 发展和影响用户体验的重要因素资金提取时间过长会成为制约 Optimisti。

  sm 存款和取款时间对比图 5-4Optimi,rDAO 官方文来源:Make档

  e 引入预言机快速验证排序者提交的交易Optimism Dai Bridg,无误后验证, fdai 的桥接铸造出等量的一层上的 DAI提前将用户在二层要提取的 DAI 借由中间代币,利用率和可组合性下降的问题避免了漫长的等待带来的资金。

  过程如下:首先该方案的具体,易请求会被链上的 CTC(Canonical Transaction Chain二层上所有有关 oDai(二层上的 DAI 在该方案中被称作 oDAI) 的交,案中的一个组成部分) 合约记录下来是 Optimism 团队的解决方;后然,aker 的预言机验证交易提款请求会经过 M,有效性和金额确认交易的;层上铸造出相应数量的 fDai通过验证的提款交易会映射到一,先锁定在一层上 DAI 的取款凭证这些 fDai 可以看作是用户对原;后最,一层铸造出新的 DAI 给用户提走用户将手中的 fDai 质押可以在。的挑战期结束等到该交易,层合约中的 DAI 会被清算抵押的 fDai 和锁在一,一定的利息即可用户只需要支付。一来这样,AI 的一周锁定期用户无需等待 D,能实现提款近乎即刻就。

  如此不仅,服务扩展到任何二层代币的快速兑换Maker 团队还提出可以将这项。DAI 之外除了稳定币 ,将资产兑换成 oDAI用户可以首先在二层上,ridge 交换 oDAI 为 DAI再利用 Optimism Dai B,换回原先的资产最后按照比率兑。M 以及与 L1 上 AMM 的协作这个过程需要集成 L2 上的 AM,功实现如果成,资产到一层的快速流动可以很大程度提高二层。

  言机对交易状态的提前验证整个方案的核心是相信了预,款交易的最终性因此相信了提,释放给用户提前将资金。

  Dai Bridge 运行流程图 5-5Optimism ,rDAO 官方文来源:Make档

  用户利益保证二层。言机失灵即便预,AI 的超发造成了 D,二层用户的利益但并不会影响。因是原, Maker 协议的负债增加的 DAI 相当于,r 里的债务拍卖机制这时会触发 Make,的 MKR 量系统增加流通中,偿债务用于清, MRK 持有者将损失转移给了。层中的 oDAI 价值仍然是相等的锁定在一层合约中的 DAI 和二。

  方案中在该,常运行、可以信任的假定了预言机是正,预言机更细致的工作原理但原方案中未阐述这种,谋的机攻击或者预言机宕机等情况不排除出现预言机与二层排序者串。

  ollup 代表项目及应用方向上文详细介绍了目前主流的 R,处于刚上线或上线前期尽管目前其中多数仍,数据值得关注但已有一些。际性能上对主流项目进行对比分析本章将从资金承载、开发进度和实。

  p 系落地速度不快由于 Rollu,在一定开发难度项目迁入也存,和 Loopring 上线后尚未出现第二个爆发点因此整体资金承载量自先锋项目如 ZKSwap 。时同,lygon 生态的崛起随着近 2 个月 Po,er 2 赛道的格局打乱了整个 Lay,占比自 4 月末超 50% 下降让 Rollup 分支资金承载,降超 17 个百分点近 2 个月占比下。

   Layer 2 各分支资金承载情况图 5-1 截止 6 月 25 日, Block来源:The,究院整火币研理

  pring 对以太坊二层交易所的早期快速布局ZK 系凭借着 ZK Swap 和 Loo, 方向下近 85% 的资金目前仍承载着 Rollup;x 的早期布局承载着分支近 10% 资金OP 系基于头部项目 Syntheti;tarkWare 为代表Validium 以 S,在几个去中心化交易所上上线较晚且应用场景限定,% 的分支资金仅承载了近 5。

  度上看开发进,ync 目前已上线.x 版本主网ZK 系最受瞩目的项目 zkS,ushiswap 等头部应用目前已接入了 Curve、S;于月初上线 月正式发布而其 2.0 版本也。提的是值得一,已开放 zkPorter公测中的 2.0 版本,数据可用性支持链下;为项目方提供更好的智能合约兼容性同时正在加速开发 zkEVM 以。方面另一,年 2 月末基于 ZK Rollup 技术上线其去中心化交易所ZKSwap 和 Loopring 则分别于去年 12 月和今,上并未持续寻求突破但后续在技术开发,生态的探索而是转向。 两个专注转账的应用也纷纷上线主网而 Aztec 和 Hermez,应用落地较少但目前生态。

  发机构 StarkWare 主导开发Validium 方案是由以色列研,所扩容方案 StarkEx 2.0 版本目前已完成阶段 0 的部署并上线其交易。方面应用,mmutable X 正基于其技术进行开发目前 dYdX、DeversiFi 和 I,参与者仍较少但整体生态及。

  版本最早出现于 2014 年Arbitrum 的第一个,版 Arbitrum One目前已向开发者开放主网测试。方面应用,CDEX、Bancor 等早期推进开发的团队包括 M;测试版上线后而在其主网,p、DODO 等知名项目也纷纷进行了部署Uniswap v3、Sushiswa,0 个项目申请接入目前已有超 25。

  金方面看从承载资,月 25 日截止 6 ,能的主流项目承载资金量如下部分具备 Rollup 功:

  体看整,ng 作为 ZK 系先锋先行落地ZKSwap 和 Loopri,元和 1.40 亿美元的资金分别承载了约 1.23 亿美,个技术路线中独占鳌头目前在本文研究的四。提的是值得一, L2 DEX作为新萌生的,幅缩水超 90% 至目前的 1.23 亿美元ZKSwap 近两个月自超 13 亿美元大, DEX 共同面临的困境:在早期挖矿红利消失后这或许是独立研发 ZK Rollup 路径的,突破 L2 资产孤岛的封锁不支持 EVM 的技术如何。思路上从解决,码挖矿、回购销毁生态通证 ZKS 以持续刺激用户进入我们看到 ZKSwap 作出了 2 类尝试:通过加; 协议试图增加玩法通过开发 NFT,尚未上线此功能。阶段在现,量用户的策略前者是针对存,开新的增量市场后者则可能打。外此,也采用了 StarkEx 的方案作为早期项目的 dYdX 虽然, Rollup 版本但使用的是其 ZK, ZK 系承载资金提供了加成依托其一层 TVL 转化也为。

  imism 团队的延期发布OP 方案受限于 Opt,thetix 的质押功能支撑目前承载资金基本靠 Syn。产铸造、Uniswap V3 的二层版本接入未来随着 Synthetix 核心的合成资,eFi 应用的迁移以及其他头部 D,或可大幅提升其承载资金。K 路径不同与目前的 Z, 及智能合约开发友好OP 天然对 EVM,创造生态热度或更易复制、;同时但,在另一维度上加剧资产孤岛的问题OP 在机制上较长的退出周期会,前或需反复思考用户在进入生态,上的稳定性提出了更高的要求这对每个项目的在安全和收益,的项目可吸引到大量资金推测早期或只有足够成熟。

  后最,siFi、ImmutableX 等则本身生态较小Validium 由于接入的项目如 Dever,载资金较少因此整体承。 刚进入开发者测试阶段而 Arbitrum,主网正式上线、接入用户后观察出现一定规模的资金量仍待其。

  能方面实际性,至一层的时间以及整体费率较以太坊的提升和变化我们主要观察吞吐量(tps)、提现 / 退出。

  各项目近期实际吞吐量(tps)的对比我们在图 5-2 中已列出统计范围内。看到可以, 15 tx/s 的数值有了较大增长虽然各项目理论 tps 均较以太坊。0 倍以上的理论吞吐量峰值ZK 系支持以太坊 10, 倍(500 tps)左右OP 系则在以太坊 33,体还都在上线之初但由于各项目整,度仍不高交易活跃,未完全开放且功能尚,吐量数值仍很低因此实测的吞。

  一层的时间来看从提取资金至,案目前整体仍较慢Rollup 方。层之间的资金转移可以实现数分钟内提取资金尽管理论上 ZK Rollup 在一二,跃度仍不够高但由于交易活,交易费用的考量出于降低单笔,能做到数小时内级别目前提款时间还只;ermez 也需要 20 分钟最快的如 ZKSwap 和 H。llup 由于设置了欺诈证明机制而 Optimistic Ro,需要 1 周左右资金提取时间常。

  用上看从费,测试中的项目目前已上线或,账、清算等的费用已大幅降低在二层内执行基本功能如转,低于 1 美元折美元计价均;目的盈利模型有较大差异交易行为则取决于各项。充值、提现中而在一二层,坊一层的合约的交互由于涉及到和以太,坊费率进行收费仍需基于以太,太坊普通交易费用整体小于等于以。中其,因交易自动执行充值部分费用,项目代码复杂程度因此一般将取决于。调研根据,笔普通转账费用的 0.5-1 倍目前项目整体充值费用约为以太坊一。方则略有不同提现方面项目,值 5 美元的 L1 网络费用如 ZKSwap 固定收取价;m 团队决定在前期减免费用测试中的 Optimis;以太坊交易的 1/4路印实际提取费用约为,行减免前期进;等同于以太坊转账交易zkSync 则基本。

  据和性能看结合资金数,方案下的生态还在相当早期目前 Layer 2 ,目汇聚在同一二层项目下尚待头部 DeFi 项,引大量用户迁移靠可组合性吸,浪潮带领。的 zkSync 和 Optimism 成熟度较低目前的难点主要在获得大量 DeFi 头部项目站台,拟于 8 月和 7 月上线支持全部功能的正式版本分别。p、Compound 等也均未推出可让用户测试的版本头部项目包括 Curve、Sushi、Uniswa。

  来未,目顺利落地随着两个项,纷纷推出二层版本而上述头部项目也,2 生态内体验较完整的链上活动用户可以在一个 Layer ,可以「多快好省」且速度和费用均,成良性的循环则将逐渐形。时同, v3 上线至今Uniswap,率大幅提升尽管资金效,用也持续上升但对应的费,可以得到极大缓解这在二层版本中,流动性提供者的支持或将获得更多中小,NFT 开发的新项目进而衍生出基于其 ,人期待这也令。

  体看整,2020 年以来进度加速各 Rollup 项目 ,金量均由较明显进步开发进度及承载资,早期的状态但仍处于较;opring 的早期入局落地较快ZK 系因 ZKSwap、Lo,系呼之欲出而 OP 。上看性能,跃度尚不成熟由于生态及活,其理论峰值有较大差距各项目的实测性能仍据,高昂费用的降低但已基本实现对。全性及生态的考虑、用户基于习惯的选择等因素但由于技术研发及实现的难度、项目方基于安,处于早期整体仍,不完整生态尚。

  以太坊二层新一代技术Rollup 作为,、侧链等等被寄托了更高的期待相比闪电网络、Plasma。前期的技术积累和难点攻克的阶段目前 Rollup 还主要在,铺开应用生态尚未大面积。

  落地上从技术,见的是可以预,案因为可以率先实现兼容 EVM 的通用二层网络Optimistic Rollup 路线的方,ZK 系技术落地通用方案会先于 。ayer 2而对于 L,的 Rollup不管是何种类型,生态能否快速成长的重要因素对 EVM 的兼容会是决定, Rollup 上这一点不仅表现在,链领域在侧,n 和不兼容的 xDai 在发展上的巨大差异我们也能看到兼容 EVM 的 Polygo。时同,本身的限制由于技术,针对 EVM 兼容和退出时间缩短上努力预计 ZK 系和 OP 系将在此后分别,带来的障碍以克服由此。外此,会是长期来看另一各重要的问题跨 Layer 2 的交互,景的基于信任的解决方案会先诞生该领域的解决方案大概率是基于场。

标签: