深度解析Layer2的分类与未来

1 Layer2 分类

二层扩容主要有三种方案：Plasma、Rollup 和 Validium。根据数据存储位置可分为链下数据和链上数据，前者包括 Plasma 和 Validium，后者为 Rollup 技术。Rollup 又可以根据计算结果传回主链时的验证方法不同细分为 ZK Rollup 和 Optimistic Rollups。

Plasma 被提出的时间最早，逻辑也最简单，它将数据的计算和存储都迁移至二层，定期将计算结果的默克尔根传回主链，再经过一段时间的等待期，如果等待期内有节点对计算结果提出质疑，并通过提供错误性证明（fraud proof）证实该默克尔根存在欺诈行为，那么执行者就会被罚没保证金。Plasma 衍生出不少问题，包括等待期过长等缺陷，但最重要的还是安全性，即如何证明数据的真实性，毕竟此时数据已经被转移至二层。

Plasma 始终没有很好的解决方法，Matic 也因此沉沦许久，直至更名为 Polygon，转变赛道为 layer2 聚合器才得以重生。目前，解决数据可用性的思路有两种，一种是对 layer2 运营商进行监管，防止其篡改数据；第二种是直接数据放在链上。两种方法可以直观地看出优缺点，前者存在监守自盗隐患，后者扩容效果较差。区块链的世界，安全性远比性能更重要，因此实际上第二种方案更早被提出，这就是 Rollup。

Rollup 将计算转移到链下，但数据保留在主链。因为不存在数据可得性问题，所以运营者如果作恶或者离线所造成的损失相对更少。更为重要的是，不存在数据可得性问题意味着，资产无需和所有者有明确的逻辑映射关系。相比其他二层扩容方案，Rollup 是具有通用性的，比如可以在 Rollup 中运行 EVM，从而使现有的以太坊应用可以在不写新代码的情况下迁移至 Rollup。为了提高效率，Rollup 使用了一系列压缩技巧，并尽可能地用计算替代数据，虽然最终可扩展性与链下数据无法相比，但还是能将 layer1 的 TPS 扩大至少100倍。

剩下的问题便是计算结果的验证，这个问题同样有两种解决办法，从而形成了两种类型的 Rollup。

Optimistic Rollup 与 Plasma 相同，在验证环节同样使用欺诈证明：主链记录了链下每一步计算的默克尔根，如果有节点发现某批次计算结果对应的新默克尔根是错误的，他们可以在主链上发布错误性证明，如果校验通过则对该批处理之后的所有批处理交易全部回滚。ZK Rollup 使用有效性证明解决上述问题: 每一次状态回传都需要提供零知识证明（ZK-SNARK），该证明将由主链上的 Rollup 合约来验证，证明的确存在这些交易，且这些交易是由发起人亲笔签名过的，这就杜绝了运营者提交无效状态或篡改状态的可能。

解决数据可用性的另一种思路——对 layer2 运营商进行监管，则催生了 Validium。StarkEx 在提出 Validium 协议时，引入许可型数据可用性委员会来缓解这一问题。每一次状态更新必须由达到特定人数的 DAC 成员签名，以此表示 DAC 确实收到了数据。在 StarkEx 中，DAC 有 8 位成员，他们都是受到法律监管的知名组织。因此，你很难将 Validium 视作一个完全去中心化的协议。不过，牺牲去中心化换来的是超过600倍 TPS 的扩容性能，这对于一些追求极致速度而不太在意的可信任度的赛道具有一定吸引力，例如游戏行业。

2 Layer2 比较

1、Rollup 具备链上数据可用性，因此中心化程度较高，Validium 需要机构作为监管方，因此去中心化程度不够。

2、Optimistic Rollup 的安全模型基于一个假设：至少存在1个诚实节点，会执行所有 OR 交易并在无效状态转换发布时主动提交错误性证明。由于活跃节点的数量存在上限，所以还是有可能会出现一些复杂的攻击，虽然概率非常小。另一边，零知识证明技术需要一个普遍性的可信任初始设置，因此如果该设置出现问题，ZK Rollup 的安全性也会打折扣。

3、零知识证明技术下的 TPS 高出许多，因为免去了反复的验证过程。如果考虑隐私计算，根据 Vitalik 的预测，Optimistic Rollup 的 TPS 提升将不足100倍，但 ZK Rollup 却超过500倍。

4、欺诈证明需要长达一周的等待时间，虽然有第三方提供流动性，但那需要支付额外的成本，承担额外的第三方风险。

5、ZK-SNARK 技术相对更复杂。

6、理由同上，更复杂的计算自然开销更大，不过由于 TPS 更高，实际手续费更少。

7、几乎所有在以太坊上可以执行的计算都可以在 Optimistic Rollup 上完成，包括智能合约的可组合性。ZK Rollup 目前只能进行简单的支付、转账和其他特定程序。

3 Layer2 布局展望

区块链项目，无论哪个赛道，技术都只在早期进行比拼。随着用户数量的不断积累，生态的不断建设，商业模式逐渐清晰和稳定，此时比拼的是流量。因为当一个项目参与者多了，人们对它的共识也就增强了，这时即便存在技术上的不足，人们也愿意等待它的迭代。比特币如此，以太坊也是，那些号称 TPS 上万的公链实际对以太坊毫无竞争压力，因为以太坊也能做到（ETH2.0 和 Rollup 都上线后 TPS 可提升至10万），只是时间问题。

回到 layer2 赛道，虽然 Arbitrum 锁仓量暴增（Arbitrum和Optimistic同为欺诈证明范畴的Rollups方案），但个人不认为共识能这么快形成，技术的竞争还是首当其冲。Optimistic Rollup 技术上的缺陷就是欺诈证明存在安全隐患和等待时间过长，ZK Rollup 的技术难题是需要可信初始设置以及无法通用性计算。相对而言，Optimistic Rollup 的技术难题是天然的瓶颈，目前看不到可以提升的空间，而 ZK Rollup 的通用计算却是可以在不久的将来实现的。这也是为何多数人认为短期看 Optimistic Rollup，长期看 ZK Rollup，毕竟 ZK Rollup 还有 TPS 和取款时间上的优势。

不过，Optimistic Rollup 技术上的低门槛也为其抢占市场带来许多额外机会。事实上，其它公链也可以成为以太坊的 Rollup，它们只需要创建一个遵守 Rollup 设计模式的桥梁，并将必要的数据发布到以太坊上就可以了。而能够接纳它们的，大概率是 Optimistic Rollup 了。

总之，三种 layer2 方案各有各的优势：

1、ZK Rollup 即使在技术上无法突破，一样可以在简单的支付领域发挥其高 TPS 和高去中心化的优势。对应传统金融的支付功能，需要秒级的速度分毫不差确度。

2、Optimistic Rollup 即使被迫接受 ZK Rollup 在技术上实现突破，一样可以作为 Rollup 桥梁吸纳“投奔”的公链。对应传统金融的借贷功能，山寨公链上存在大量借贷平台，人们在借钱时往往不那么在意 TPS 的高低和取款时间的快慢（相较于支付功能）。

3、Validium 则可以在牺牲去中心化的情况下将 TPS 优势发挥到极致，这非常适用于机枪池这类基金产品。对应传统金融的投融功能，人们在进行股权交易时对速度的要求是最高的（尤其是高频交易）。

吴说作者 | 吴卓铖

本期编辑 | Colin Wu