Layer 2 真的为以太坊扩容了吗？
构建一个安全、对用户友好的去中心化网络的愿景，依赖于关键基础设施的发展。这个愿景由一个共享的经济框架支持，得到了亿万人的拥护。Layer 2 的扩展解决方案在构建这一基础和增强以太坊的能力方面起着至关重要的作用。这些项目相互协作，形成一个强大的生态系统，推动以太坊充分发挥其潜力。
本文将深入探讨 Layer 2 的创新、叙事、面临的挑战以及它们对以太坊大规模采用的变革性影响。我们的分析将基于 Footprint Analytics 的 Layer 2 研究页面的数据，为这个不断发展的生态系统提供有价值的见解。
为什么我们需要 Layer 2？
长期以来，区块链技术一直因其去中心化、安全性和可扩展性等优点而受到赞赏。然而，“区块链三难题”表明，在一个简单的架构内同时实现这三点是极具挑战性的。以太坊目前每天处理超过 100 万笔交易，但由于需求不断增加，往往面临网络拥堵及交易费高昂的问题。为了解决这个问题，Layer 2 网络作为一种创新解决方案应运而生。
Layer 2 的主要目标是通过实现更高的每秒交易量（TPS）来提高交易吞吐量，同时保持去中心化和安全性。这些 Layer 2 将多个链下交易合并为单个 Layer 1 交易来实现这一目标。因此，交易费用大大降低，使以太坊对更广泛的用户来说更具易用性和包容性。
Layer 2 的种类
目前 Layer 2 主要有 3 个种类：Rollups, State channels 以及 Plasma。
- Rollups
作为一种 Layer 2 解决方案，Rollups 将多个交易聚合到 Layer 1 的单个交易中，通过在 Rollup 内的参与者之间分配交易费用来节省用户成本。Rollups 主要有两种类型：Optimistic Rollups 和 Zero-knowledge Rollups（ZK-Rollups）。Optimistic Rollups 利用欺诈证明确保链下交易的有效性，而 ZK-Rollups 则使用零知识证明来增强隐私和安全性。
Optimistic Rollups 的例子包括 Arbitrum（Arbitrum One）、Optimism（OP Mainnet）和 Base。
Arbitrum 由 Offchain Labs 团队于 2021 年 8 月推出，现已成为行业中的佼佼者，占据了 50% 以上的市场份额。通过 Nitro 升级，Arbitrum 实现了 EVM 完全等效性， 只需极少修改或无需修改，开发人员就可以把智能合约从以太坊无缝迁移到 Layer 2。
Optimism 是第二大以太坊 Layer 2 解决方案，于 2021 年 1 月进行了软启动，并于同年 12 月对所有人全面开放。Optimism 采用了 EVM 等效的架构，为以太坊应用程序提供了无缝的扩展解决方案。
Base 是与 Optimism 合作，基于 OP Stack 构建的，于 2023 年 7 月在主网上线。在短短几个月内，它就取得了巨大成功，在 Layer 2 市场中获得了第三大份额。Base 由 Coinbase 孵化，借助了 Coinbase 在构建加密产品方面的专业能力。
另一方面，ZK-rollup 的应用包括 zkSync Era、Starknet、Linea 和 Polygon zkEVM。
zkSync Era 是全球第一个 zkEVM 区块链，于 2023 年 3 月面向所有用户在主网上发布，并迅速在 Layer 2 市场中占据了第四的市场份额。在用户活动（包括 TPS 和交易笔数）方面，zkSync Era 已成为占主导地位的 Rollup 解决方案。
Starknet 于 2021 年 11 月上线主网。它使用 STARK 密码学证明系统，实现了安全、低成本和高性能。Starknet 使用 Cairo 作为开发语言，不与 EVM 兼容。目前正在努力通过名为 Warp 的转译器实现 Solidity 与 Cairo 之间的兼容性。
Linea，ConsenSys 旗下的 Layer 2 解决方案，于 2023 年 7月 上线主网。它提供 EVM 兼容性，使开发人员可以轻松迁移并在其网络上构建应用程序。
Polygon zkEVM 公共测试版于 2023 年 3 月推出，它的目标是与 EVM 等效。Polygon（前身为 Matic）是一个提供多样化区块链解决方案的区块链平台。Polygon zkEVM 是 Polygon 的产品之一。
- State channels
State channels 是一种机制，允许参与者进行快速且无限制的链下交易，并在以太坊上结算最终结果。这种方法可以减少网络拥堵、费用和交易延迟。
Raiden Network 是一种链下扩容解决方案，专注于研究 State channels 技术、定义协议并开发参考应用。它实现了近乎实时、低费用和可扩展的支付功能，与以太坊上的 ERC20 代币兼容。该网络旨在提高可扩展性和可用性，同时保持与以太坊生态系统的兼容性。
- Plasma
Plasma 链是一种通过锚定与以太坊主链相连的独立区块链，它利用欺诈证明（类似于 Optimistic Rollups）来解决争议。
OMG Network 利用 Layer 2 Plasma 架构，提供了强大的安全保证和高吞吐量。它为有意在以太坊上构建去中心化支付应用的第三方开发者提供了可扩展的解决方案。
Data Insights
共识正在形成：以太坊将实现大规模采用，只是时间问题。那么，它的进展如何呢？
与其他技术的传播类似，以太坊的采用轨迹可以用经典的钟形曲线来描述。它始于一小部分创新者迅速接受该技术，随后吸引了早期采用者的参与。随着以太坊的不断发展和成熟，它逐渐扩大覆盖范围，吸引了早期和后期的大多数人，进而进入大规模采用阶段。最终，在采用的最后阶段，该技术将惠及剩余部分人群，即所谓的“落后者”。
让我们从以下几个方面探讨 Layer 2 对以太坊的大规模采用所产生的影响：
- TVL（总锁定价值）
总锁定价值（TVL）被认为是采用情况的先行指标。
截至 2023 年 10 月底，Arbitrum 以 60.04 亿美元的 TVL 和 61.03% 的市场份额遥遥领先，巩固了其市场主导者的地位。 Optimism 紧随其后，TVL 为 25.98 亿美元，市场份额为 26.41%，显示出其广泛的采用率和用户参与度。
其他链构成了第二梯队，但其市场份额远远落后，不足 5%。新加入的 Base 于 2023 年 7 月 13 日在主网上线，以 4.63 亿美元的 TVL 稳居第三位。zkSync Era 以 4.51 亿美元的锁定值排名第四，而 Starknet 则以 1.35 亿美元的 TVL 排名第五。
数据来源：Layer 2 Overview
- 用户数及交易量
用户活动，如与以太坊互动的独特用户（bridgers）数量和交易量，是衡量采用情况的关键指标。
在各种 Layer 2 解决方案中，zkSync Era 遥遥领先，累积了 267 万独立用户，占所有 Rollup 的 37.10%，并促成了 223 万笔交易，占 Rollup 活动的 50.84%。zkSync Era 最初的空投活动吸引了大量用户，此后一直保持领先地位。在交易量方面，Starknet 紧随其后，交易量为 170 万笔，占 Rollup 的 23.70%。
Base 和 Linea 于 2023 年 7 月在主网上推出，在市场上广受欢迎。它们在独立用户参与度和交易量方面都超过了 Optimism 和 Polygon zkEVM。
- 交易吞吐量
交易吞吐量是区块链社区经常讨论的主要扩展挑战之一。
目前，以太坊主网的处理能力约为每秒 15 笔交易（TPS）。相比之下，Visa 拥有处理约 24,000 TPS 的能力，而 Mastercard 可以处理 5,000 TPS。
Layer 2 正在缩小以上差距。10 月份，Arbitrum 和 zkSync Era 等知名 Rollup 解决方案的平均 TPS 约为 9.5 到 10，是现有 Rollup 中性能最接近以太坊的。Rollups 共同为可扩展性做出了重大贡献，10 月份的总交易吞吐量超过以太坊主网 321%，可扩展性系数达到 4.21。
尽管 Rollup 技术有助于提高可扩展性，但目前没有任何一个 Rollup 能在吞吐量方面超过以太坊。在熊市中，吸引和留住用户对于 Layer 1 和 Layer 2 网络都是具有挑战性的。建立一个繁荣的 Layer 2 生态系统不仅需要强大的解决方案，还需要高流量的应用。此外，由于多个 Layer 2 之间以及 Layer 1 和 Layer 2 之间缺乏无缝交互，用户体验受到了影响，如需要切换钱包并产生流动性成本。
- 费用
Layer 2 在降低以太坊网络费用方面发挥了至关重要的作用。通过将多个链下交易合并成单个 Layer 1 交易，以太坊的交易费用大幅下降。
根据 Footprint Analytics 的数据，2023 年 10 月 Rollup 平均交易费用为以太坊的 3% 到 10%。
数据来源：Average Gas Fee
这些数字表明，Layer 2 越来越受欢迎，采用率也越来越高，凸显了它们在缓解以太坊拥堵和提高可扩展性方面的潜力。
Layer 2 的创新
在不断变化的区块链技术领域中，Optimism、zkSync 和 Arbitrum 等领先的 Layer 2 解决方案积极追求创新方法，以解决持续存在的挑战，并保持对互操作性的关注。这些知名的参与者在技术和应用等方面保持着快速的创新步伐，不断努力保持领先地位，保持市场竞争优势。
Superchain 由 Optimism 生态系统提出，是一个由多个网络组成的网络，这些网络共享一个名为 OP Stack 的公共代码库。该框架旨在建立一个可互操作的环境，让各种 Layer 2 网络可以相互通信和交易，类似于互联网实现设备间通信的方式。通过提供横向可扩展性，超级链解决了传统多链架构相关的挑战。这些挑战包括平行链之间不同的安全架构，随着更多链的加入，可能会增加系统风险，以及为每条新增链建立新节点的成本。
来源：Superchain - OP Stack Docs
2023 年 6 月，zkSync 推出了 Hyperchains，这是一种新型网络，作为 zkEVM 的分形实例运行。这些 Hyperchains 与 Layer 1 共享结算并行运行，可灵活地作为 Layer 2 网络与 zkSync Era 一起运行，或作为 Layer 3 Validium 运行。zkSync 生态系统中的 Hyperchains 可以由任何人开发和部署，无需获得许可。为了确保信任和无缝互操作性，每个 Hyperchain 都必须由 ZK Stack 上相同 zkEVM 引擎驱动。GRVT 是 zkSync 生态系统中首个 Hyperchain，它是一个混合加密货币交易所，结合了中心化和去中心化交易所的优势。预计其内测 Alpha 版本将于 2023 年 11 月推出，随后在 2024 年第一季度发布主网版本。
来源: Architecture - GRVT
Arbitrum Stylus 由 Arbitrum 于 2023 年 8 月推出，允许在其 Layer 2 网络上使用 Rust、C 和C++ 等多种编程语言开发智能合约。除了 Solidity 之外，开发人员现在可以使用与 WebAssembly（WASM）兼容的语言编写智能合约。WASM 可以在网络上运行 Rust 和 C++ 等语言的代码，使用 Arbitrum Stylus 还可以在区块链上运行这些代码。Stylus 引入了第二个与 EVM 完全互操作的同等虚拟机，为编写智能合约提供了一种新的方法。
Layer 2 的叙事
自 2022 年以来，Layer 2 本身已成为加密货币领域中的一个重要叙事。在 Layer 2 领域中，叙事在塑造公众认知和影响市场动向方面发挥了重要作用。这些叙事为 Layer 2 和以太坊整体未来的提供了洞察力。
- 全链游戏。这类游戏利用区块链替代中心化的游戏服务器，将游戏的方方面面都放到链上，包括资产、逻辑、状态和存储。Starknet 和 COMBO（目前在测试网上运行）已将自己定位为公有链领域内全链游戏的重要支持者。
- 模块化区块链。最初，区块链采用的是整体式的设计，一个单一的区块链处理所有任务。然而，模块化区块链的概念出现了，它专注于特定功能，而不是试图覆盖所有功能。Celestia 是第一个模块化区块链网络。它已经准备就绪，并于 2023 年 10 月公布了空投和上线计划。
- 零 Gas 费用。Gas 费用一直是阻碍以太坊大规模采用的一大障碍。为了解决这一痛点，GasZero（目前在测试网上运行）作为一个 Layer 2 网络应运而生，它提供了一种独特的解决方案：对于可信的终端用户，不收取任何Gas 费用。在 GasZero 上，用户可以与去中心化网络和智能合约进行交互，无需在钱包中预存任何代币。
- Layer 3。区块链行业中的 Layer 3 概念目前还没有一个广为接受的定义。以太坊联合创始人 Vitalik Buterin 认为，现在明确其定义还为时过早，因为多 Rollups 生态系统的架构仍在不断发展，大多数讨论还停留在理论层面。不过，Vitalik 分享了关于 Layer 3 在未来的三种可能：
- Layer 2 用于扩展，Layer 3 用于定制功能，如隐私保护。
- Layer 2 用于通用扩展，Layer 3 用于定制扩展。
- Layer 2 用于无信任扩展（Rollups），Layer 3 用于弱信任扩展（Validiums）。
Layer 2 面临的挑战
作为拥挤的以太坊网络的替代选择，经济高效的 Layer 2 网络日益受到关注。在谨慎扩展某些能力的同时，保持稳健的基础层至关重要。以太坊社区鼓励技术和应用的发展，但在用户友好性和去中心化的好处之间保持微妙的平衡至关重要，正如 Vitalik Buterin 在 2023 年 10 月的以太坊香港黑客马拉松活动中强调的那样。
根据 Vitalik 的观点，Layer 2 面临四个关键挑战：
- 证明系统的安全性和去中心化。有效性（零知识）证明和欺诈证明被用来证明交易的合法性，无需在以太坊链上进行处理。然而，有效性证明由于依赖于特定的硬件，因此面临着中心化的问题。
- 排序器的去中心化。这些排序器对交易进行验证、排序和压缩，然后传输到 Layer 1。然而，这种集中式设置因其可能成为单点故障、审查漏洞或容易被当局关闭而受到批评。
- 跨 Layer 2 钱包。它们使得在多个 Layer 2 解决方案之间实现无缝互动成为可能，而无需切换钱包。
- 数据可用性。它指的是链上数据可用性，即存储区块链数据完整副本以验证交易的挑战。值得注意的是，Validiums 和 Optimiums 等解决方案通常不被归类为 Layer 2，因为它们不在 Layer 1 发布数据。相反，它们在 Layer 1 之上引入了额外的信任假设。
此外，正如我们之前提到的，目前没有任何一个 Layer 2 网络在吞吐量方面可以超过以太坊。当务之急是发展 Layer 2 的生态系统。
- 生态系统和应用。目前，Layer 2 网络的生态系统中大部分应用都是 DeFi 应用。它们需要引入更多类型的现象级 dApps，Layer 2 才可以扩大其生态系统，吸引更多用户，鼓励他们留下来。
结束语
总之，通过有效解决阻碍以太坊发展的可扩展性和成本难题，Layer 2 网络正在推动以太坊向大规模采用迈进。这些网络提供了创新的解决方案，提高了交易吞吐量，降低了费用，使以太坊对更广泛的受众来说更容易使用，更具包容性。
此外，除了以太坊的 Layer 2 网络，opBNB 作为 BNB 链对可扩展性挑战的回应已经出现。2023 年 9 月，opBNB 成功完成了主网上线。事实上，面对这些挑战，其他公链的应对措施和未来发展方向也同样令人期待。 大家的重点仍然是生态系统的发展和对用户的吸引。无限的可能性在我们面前展开，每个公链都将踏上自己独特的可扩展性和大规模采用之路。
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