LAYER:以太坊的新方向？一文了解Layer3的定位、優勢和實現方式_TROLLER幣

原文作者：鹿目圓

Vitalik在最近的一篇文章中討論了Layer3的概念。那么，什么是Layer3？

我們先簡單回顧一下Layer1和Layer2。

早期的公鏈，尤其是以太坊，其生態發展受制于網絡性能，每秒可處理的交易筆數比較小，網絡時常發生擁堵，且交易GAS費比較昂貴，無法支撐高性能的應用在其上發展。為了提升網絡的可擴展性，各種擴容方案相繼被提出。

擴容的路線主要有兩種：

一種是在原有的區塊鏈本身，也就是Layer1上進行擴容，讓區塊鏈自身擁有更高的交易容量和處理速度。這種方案的主要問題是：如果通過更大的區塊來進行擴容，那區塊會變得更難驗證，同時網絡也會變得更加中心化。

第二種是在區塊鏈上附加一層，即常說的Layer2擴容。這種方式不是將所有的活動直接放進原鏈中，而是通過模塊化的執行層，也就是一些鏈下的Layer2協議來處理一系列的交易。鏈上的智能合約只進行兩項工作：處理存款和取款，以及驗證所有鏈下發生的行為是符合規則的。

在討論Layer2擴容的過程中，逐漸出現了一個新的概念--Layer3。

Layer3基于這樣一種理念：

如果可以在Layer1之上添加Layer2協議來幫助處理交易從而提升安全性和可擴展性，那么是不是也可以在Layer2上面增加額外的Layer3協議來繼續增加安全性和可擴展性？

20%以上節點在以太坊主網第7次影子分叉中掉線，原因系Besu客戶端bug:6月27日消息，以太坊基金會發布的第141期核心開發者線上會議中提到，于6月22日進行的以太坊主網第7次影子分叉進展并不順利，20%的節點在Merge激活時掉線，此后甚至更多節點接連掉線。會議中談到，Besu客戶端的存儲格式問題是此次測試的主要故障來源，客戶端團隊目前正試圖修復該問題，并暫定第八次主網影子分叉將于7月的第一周進行。[2022/6/27 1:34:18]

這個想法聽上去不錯，但是在實際執行上面臨著諸多問題，使得這種擴容方案無法直接簡單地進行堆迭。

通過堆迭更多層來持續擴容可行嗎？

Rollup是一種擴容技術，主要是為了解決區塊鏈運行時的擴展的兩大瓶頸：計算和數據。

其中計算瓶頸可以由欺詐證明或者SNARK來解決，這依賴于一小部分人來處理區塊，其他人只需要進行很小的計算量，來驗證這些處理結果的正確性。

這些方案，尤其是SNARK，幾乎可以無限制擴容，可以通過在SNARK上再進行SNARK來把很多計算量縮小到一個證明里。

但是數據則不同。Rollup使用一系列的技巧來縮小一個交易需要上鏈的數據量，一個簡單的貨幣轉賬的大小被從100字節壓縮到16字節，一個保護隱私的ZK-SNARK交易可以從600字節被壓縮到80字節。

但是Rollup仍然需要維持鏈上數據的可用性。也就是說鏈上數據對用戶來說需要可獲得并且可驗證，這樣用戶就可以獨立地計算和驗證Rollup的狀態，并且在現有驗證者離線的時候可以作為驗證者加入。

動態 | 以太坊擴容方案Arbitrum Rollup測試網上線并開源:Offchain Labs 宣布以太坊擴容方案 Arbitrum Rollup 測試網上線，并對其進行開源。Arbitrum Rollup 未來計劃上線以太坊主網，并預計在年末上線 Arbitrum 側鏈和狀態通道，因為在多種類型合約存在的情況下，向鏈下遷移可實現更高的擴展性和更低的成本。[2020/2/12]

數據只能做一次壓縮，不能用同樣的壓縮邏輯把壓縮過的數據再壓縮一次。

所以，Rollup上的Rollup這種方案實際上并不能在可擴展性方面帶來更多的收益。

但是，Layer3模型可以用作其他用途。

如果不適宜用來做通用擴容，那么用Layer3做什么比較合理？

Polynya在文章《分形擴容》中介紹了一個可行的Web3網絡是什么樣的。文章中提到，試圖把所有內容塞進一個服務器，在一個服務器中進行并行化，遠不如把并行的概念帶到下一個層，也就是新增加一個Layer3來進行并行處理，這樣可以把內容擴展到多臺服務器上。通過分形的方式來進行并行與特定擴容，這就是我們需要layer3的地方。任何計算密集型的應用程序，都會需要為應用定制的rollups。這樣做有以下幾個好處：

優化了零虛擬機開銷的應用程序

無MEV，或MEV有限，即可以通過簡單的解決方案來減輕有害的MEV

動態 | 以太坊主網超過90%節點已完成伊斯坦布爾升級:據以太坊節點瀏覽器 ethernodes 數據顯示，在以太坊通過硬分叉升級伊斯坦布爾后，目前已有超過 90% 的節點升級為支持的客戶端，有能力同步至此次升級之后產生的區塊數據。截止目前，該網站統計到以太坊網絡中近24小時內共有2,481個節點，其中2,263個節點已經升級為支持伊斯坦布爾的客戶端，也就是占了全部統計節點的91.2%。該網站還統計了礦池、基礎設施供應商和交易所的支持情況，在6家礦池中，目前有2家缺失數據，其余4家均已支持伊斯坦布爾；技術設施供應商中10家均已支持伊斯坦布爾，包括錢包、開發者相關的平臺等；10家交易所中目前有3家沒有相關信息，其余也均支持伊斯坦布爾。[2019/12/9]

為特定目的選擇微調硬件。

解決交易質量不可能三角--可以支付少量的交易費用，但仍然可以通過有針對性的防DDoS方案來規避垃圾郵件。

Starkware也提出了他們的Layer3的方案。它采用的遞歸的理念可以甚至可以被用到更多層級上來實現分形層級解決方案。在他們的方案中展示了這種生態的示例，如下圖所示。

它的layer3包括了：

擁有Validium的數據可用性的StarkNet，主要給一些對價格特別敏感的應用來使用。

專門針對APP的擁有更好的應用處理性能的StarkNet系統，例如應用了特殊設計的存儲結構。

動態 | Circle向以太坊網絡新增發1,200萬枚USDC:據DAppTotal.com穩定幣專題頁面數據顯示：11月28日06時00分 ，USDC發行方Circle向以太坊網絡新增發1筆價值1,200萬美元的USDC， 塊高度為：9012094，交易哈希值為：0x19b1b5b2cb18b30461b202f26c5737d69e1f80662f84c6a845a8123467154d22 。截至目前，Circle在以太坊網絡上的ERC20 USDC總發行量已達466,737,223枚。[2019/11/28]

服務于類似dYdX、Sorare、Immutable和DeversiFi的StarkEx系統，這些系統具有Validium或Rollup數據可用性，可以為StarkNet帶來可擴展性優勢。

隱私StarkNet實例可以實現隱私保護交易而不會將它們包含在公共StarkNet中。

Starkware在文章中提到了三種關于Layer3的愿景，Vitalik在他的文章中也對這三種模式表示了認可：

自定義功能。即layer2用于擴容，layer3用于特定的功能，例如隱私。在這個愿景中，沒有嘗試提供“可擴展性的平方”，而是在堆棧中有一層專門來幫助應用程序擴展，然后其他層則為不同用例提供定制功能。

自定義擴展性。即layer2用于通用擴容，layer3用于定制擴容。定制擴容可能有不同的形式：不使用EVM來進行計算的特殊的應用、用數據格式優化來為特定應用進行數據壓縮的Rollup等。

以太坊的用戶活躍數量超過比特幣:據ethereumworldnews報道，以太坊在用戶活躍數量上超過比特幣。根據Etherscan數據顯示，目前約3500萬個活躍的ETH地址，這一數字自2017年12月以來增長了100％。[2018/6/1]

自定義安全性。即layer2用于無需信任的擴容(rollups)，layer3用于弱信任擴容(validiums）。Validium是SNARKs用于驗證計算的系統，但是把數據可用性放在了鏈外可信任的第三方或委員會處。Vitalik認為，Validiums被嚴重低估了：對于大多數“企業區塊鏈”應用程序來說，運行validium證明者并定期將哈希提交上鏈的中心化服務器就可以滿足需要。雖然Validium的安全性不如rollup，但是它們的費用便宜許多。

Layer3的成本

Rollup和validium需要在確認時間和固定成本之間做權衡。但Layer3可以解決這些。

Rollup中的每筆交易的費用都很低：根據應用的不同，大概是16-60字節的數據。

但是Rollup也有一筆很高的固定成本，來源于每次需要將一批交易提交到layer1鏈上時：如果是optimisticrollup需要21000layer1gas每批次，如果是ZKrollup則會超過400,000gas，如果是量子安全的STARK則需要百萬以上的gas。

當然，rollup也可以簡單地選擇等到有1000萬gas價值的交易時再來提交整批交易，但這會造成非常長的批次間隔，迫使用戶等待更長的時間以獲得高安全性的確認。

因此，它們需要在不同方案中權衡：較長的批次間隔和最佳成本，或者較短的批次間隔和增長的成本。

Vitalik在文章中展示了一個批次成本為600000gas的ZKrollup、每筆交易成本為368gas的完全優化的ERC20轉賬的情況。假設此rollup處于早期采用階段，TPS為5。計算得出每筆交易與批次間隔的gas：

如果在擁有大量定制化Validium和針對APP的定制環境的情形下，它們可能不需要用到5tps。事實上，layer3確實能解決這個問題。ZKrollup中的ZKrollup只有大約8,000gas的layer1成本。這將上表更改為：

更好的可擴展性：來源于利用遞歸證明的倍數效應。

構建layer3的應用程序設計人員獲得了更好的控制性。

隱私：例如，零知識證明應用于開放Layer2上的隱私保護交易。

更便宜/更簡單的layer2-layer3互操作性：目前在layer1和layer2之間的出入金流程非常昂貴。相比之下，由于layer2的成本效益，這些流程在應用于layer3時不僅極具吸引力，而且易于實施。雖然在layer2和layer3之間移動資產的延遲可能比部署在同一layer2上的應用程序之間的延遲要長，但成本和吞吐量是成正比的。

更便宜/更簡單的layer3-layer3互操作性：獨立的layer3將通過layer2而不是layer1進行互操作。layer2顯然比它的layer1便宜。在沒有layer3的情況下，這些都將在layer2上運行，也就必須通過相當昂貴的layer1進行互操作。

layer3作為layer2的“金絲雀”網絡：新的創新可以在layer3上進行測試，然后在layer2或layer3上向公眾提供。

跟蹤layer1上的layer2狀態根的智能合約(例如以太坊上的StarkNet智能合約)

一個Verifier智能合約來證明狀態轉換證明的有效性

layer1上的用來管理layer2上進出的代幣的存取款的橋合約

layer2上用來作為layer1上代幣交易對手方的代幣合約，如ERC20,ERC721

而一個分形的layer3結構則如下圖所示。只要在layer2上放置狀態跟蹤和Verifier智能合約，layer3就可以利用有效性證明在layer2上安全地運行。當layer2也使用提交給layer1的有效性證明時，這將成為一個非常優雅的遞歸結構，layer3證明的壓縮優勢可以使layer2證明的壓縮優勢成倍增加。

Cosmos、Polkadot或者是Avalanche

開發的費用會更低，但是你將失去以太坊的生態，以及安全性。

3、自己開發一個Layer1區塊鏈

這帶來的開發費用和難度很高，但是卻能擁有最高的控制權。

我們對比一下三種情況：

難度/費用：Alt-layer1>Rollup>Cosmos

安全性：Rollup>Cosmos>Alt-layer1

生態/用戶：Rollup>Cosmos>Alt-layer1

控制權：Alt-layer1>Cosmos>Rollup

作為一個dApp的開發者，如果想繼承以太坊上的安全性和流量，那就不能重新開發一條鏈，那只能選擇rollup。但是自己開發一個layer2rollup又非常貴，那么合適的解決方案就變成了利用layer3SDK開發一個自己的應用專用的Rollup，即Layer3。

結語

Layer2可以降低每筆交易的gas成本、提高鏈上的可擴展性。同時，Layer2保留了去中心化、通用邏輯和可組合性的好處。通過遞歸結構的設計，Layer3也可能繼承Layer2的這些優點。

目前一個比較普遍的觀點是：一些應用需要特定的定制化服務，而這些服務，將由Layer3來提供。

Layer3可能會為以太坊或者說是區塊鏈，開辟一個新的空間，就像Rollup那樣。但是目前還有很多的技術細節需要去解決，這還需要時間。

自2020年以來，應用層的創新幾乎沒有出現。過去關于區塊鏈應用未爆發的原因，多數說法是現有的公鏈的性能不足以支撐高計算量高并發的應用，這種思路還停留在單片區塊鏈的時代。但是隨著layer3方案的成熟，預計將會出現一批新的應用，這些應用只有在分形擴容的情況下才真正有可能實現。鏈上游戲或類似依賴大量計算的項目，可能會成為第一批部署自己的layer3的項目。

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