LK Venture研报:Layer3能否带来应用链生态的大爆发?

23-07-11 19:11
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原文来源:Cynic,LK Venture Researcher  



TL;DR


从 Layer1 到 Layer2


技术上如何实现扩容?以太坊将 Rollup 看作唯一的 Layer2 方案,因为其在不损失去中心化和安全性的前提下实现了对以太坊的拓展。从模块化的角度来看,Layer2 负责执行,而结算、共识、数据可用性都交给 Layer1 去处理。


从 Layer2 到 Layer3


Layer2-Layer3 与 Layer1-Layer2 有什么区别?虽然 Rollup 技术解决了以太坊的计算瓶颈,但它并没有解决数据可用性的问题。上层需要压缩交易数据以传递给下层,但压缩不能重复进行,Layer2-Layer3 性能并不能带来大幅提升。


有了 Layer2,为什么还需要 Layer3?Layer2 将维持去中心化,作为通用的计算层,提供可组合性,而 Layer3 应该作为应用特定链,满足不同应用独特的需求,如:兼容、效率、隐私等。


同样是应用链生态,Layer3 与 Cosmos 有什么不同?Layer3 依托以太坊生态,更容易获取用户与资金,但是由于其与以太坊的高度绑定,也失去了部分主权,比如代币的价值捕获。


从 Layer3 到 LayerX?


Layer3 发展现状:Arbitrum 于 6 月 22 日发布 Orbit Chain;zkSync 于 6 月 26 日宣布将在几周内推出 ZK Stack;Starknet 生态的 madara 已经帮助一个项目在黑客松期间 24 小时内,部署了一条 Starknet Layer3 应用链。


Layer3 来了,Layer4、Layer5 还会远吗?LK Venture 认为,从技术原理上看,Layer3 已经无法通过简单的堆叠获得性能上的飞跃。尽管 Layer1-2-3 之间的生态关联紧密(以太坊生态),互操作性比传统的异构链之间强(跨链更便宜),但是彼此之间仍然无法做到生态的完全继承。以太坊扩容的叙事,或将在 Layer3 终结。


从 Layer1 到 Layer2:扩容


区块链中存在着一个不可能三角,即安全、去中心化与可扩展性无法同时实现。以太坊选择了前两者,而对后者的支持不足。平日在以太坊中进行一次 swap 需要$3-$4 的 Gas Fee,而在交易量高涨的牛市一次 swap 甚至需要近$100 的 Gas Fee,拥堵现象十分强烈。


依托着先发优势建立起的庞大生态,尽管许多主打可扩展性的新公链自 2018 年后持续涌现,以太坊仍然占据着市场的绝对主导地位,众人于是将目光投向了在以太坊基础上构建的扩容方案。


其中受到广泛应用的是侧链、Validium 与 Rollup 三种方案,彼此有不同的信任假设。


侧链是独立于 Layer1 运行的独立区块链,通过双向桥梁与以太坊主网连接。侧链可以有单独的区块参数和共识算法,能够高效处理交易,但是未继承以太坊的安全属性。


Validium 使用链下数据可用性和计算,在链下处理交易来提高吞吐量,并向链上发布零知识证明以便在 Layer1 上验证链下交易,获得安全性。


Rollup 在链下进行计算,但是使用 Layer1 作为数据可用性层,通过向链上发布欺诈证明或有效性证明,在 Layer1 智能合约中进行验证,继承了以太坊的安全性。


以太坊将 Rollup 看作唯一的 Layer2 方案,因为其在不损失去中心化和安全性的前提下实现了对以太坊的拓展。从模块化的角度来看,Layer2 负责执行,而结算、共识、数据可用性都交给 Layer1 去处理。



根据提交证明的不同,Rollup 可以分为 Optimistic Rollup 与 ZK Rollup。


对于 Optimistic Rollup 而言,Rollup 批量执行交易,将批量的交易、执行前状态与执行后状态发给部署在 Layer1 的 Rollup 合约。Layer1 不验证状态转移过程,只要 Rollup 提交的初始状态与保存在 Layer1 合约中的相同,就乐观地将状态转移至 Rollup 提交的新状态。对于欺诈行为的防止是通过欺诈证明来保证的,在一段时间的争议期内,其他验证者可以对该状态根发出挑战,向 Layer1 的 Rollup 合约发送欺诈证明。这会使 Rollup 状态退回争议前的确定状态,并重新计算合法的状态,根据结果对验证者做出惩罚。实际上,欺诈情况很少发生,所以乐观的状态转移实际节省了很大的验证资源。



ZK Rollup 与 Optimistic Rollup 的区别在于,状态的转移需要进行验证,不是由 Layer1 的 Rollup 合约,而是在合约中验证有效性证明 Validity Proof,验证完成后状态的转移立即获得最终性,不需要等待长达一周的争议期。



使用 Optimistic Rollup 技术的项目中,最成熟的是 Arbitrum 与 Optimism,都已上线主网运行。其中,Arbitrum 已实现了欺诈证明,但是仅限白名单提交,而 Optimism 的欺诈证明还在开发中。两家都在积极推进去中心化进程,包括排序器与验证器的去中心化。根据 L2Beat 的数据显示,截至 2023 年 6 月 26 日,Arbitrum One 与 Optimism 的 TVL 分别为$5.81B 与$2.25B。其他使用 Optimistic Rollup 技术的项目包括 Boba Network, Zora Network, Layer2.finance, Fuel, BNBOP, Coinbase 等,其中部分是使用 Optimism 团队开源的 OP Stack 进行开发的。


使用 ZK Rollup 技术的项目中,支持虚拟机的主要是 zkSync Era, StarkWare, Polygon zkEVM 等,当前已上主网,TVL 为$618M, $68.11M, $42.65M。只支持特定类型交易的有 dydx, Loopring, zkSync Lite 等,TVL 为$350M, $98.47M, $97.69M。目前 ZK Rollup 的发展方向是更好的以太坊兼容性,正在开发的 zkEVM 项目有 Taiko, Scroll, Linea 等。


从 Layer2 到 Layer3:定制


Layer2: 100x, Layer3: 100x^2=10000x?


从 Layer1 到 Layer2,成本降低为 1/100。所以很自然会想到,在 Layer2 上进行相同的操作构建 Layer3,Layer3 的成本将降为 1/10000。很可惜答案是否定的。


Rollup 通过将执行转到了链下,确实解决了以太坊的计算问题:L1 节点不再需要执行批量中的每个交易以验证状态转移的正确性,感谢密码学中的递归证明技术,计算能够不断递归以获取无上限的性能,然而数据可用性是无法堆叠的。Layer2 需要将打包的交易数据以 calldata 形式传入以太坊中的智能合约,尽管对打包的交易数据进行了压缩处理,但是数据无法被相同的办法压缩两次。Layer3 的交易数据最终也要提交至 Layer1(否则无法继承安全性),然而对交易的压缩程度无法再低,因此数据可用性层面无法通过堆叠获得成本的降低。


因此,Layer3 无法走简单堆叠这条路,StarkWare 团队提出的方案是定制化,让 Layer3 和 Layer2 承担不同的功能。


有了 Layer2,为何还需要 Layer3?


以太坊提供了安全性和去中心化,Layer2 提供了可拓展性,可以说解决了区块链的三难困境,为什么还需要 Layer3?



Layer3 的概念最早是由 StarkWare 团队在文章《Fractal Scaling: From L2 to L3》中提出。StarkWare 团队认为,这种层级化的结构,封装的思想,也正是计算机科学维持活力的核 心要义。此外,Layer2 虚拟机的 Layer2 将维持去中心化,作为通用的计算层,提供可组合性,而 Layer3 应该作为应用特定链,满足不同应用独特的需求。图灵完备性为层级化打下了良好基础,一旦具备图灵完备性,则理论上可以在其上创建任何可能的应用。


实际上,Layer2 为了维持其通用性,必定会进行部分取舍,无法满足所有应用的需求。最直接的体现,是 StarkWare 为了更高效地生成证明,开发了 Cairo 语言与 CairoVM,对以太坊并不兼容,这时就可以由一条 Layer3 链来解决其安全性。


可能的 Layer3 用例包括:


兼容:通过在 Layer2 的虚拟机上实现一个其他语言的解释器,以兼容其他虚拟机


效率:如果应用追求超高的 TPS(例如游戏、社交),可以考虑让渡一部分安全性,使用 Validum 方案,在 Layer2 上结算;应用也可以根据自己的需求定制交易格式,以实现更高的压缩率。


隐私:专门搭建一条隐私链,在 Layer2 上结算,但是无法被公开观测到。


此外,由于应用链是专用的,不会收到其他应用的直接影响,链的性能与成本较为确定。同时,桥接交易不用直接在 Layer1 上发送,成本更低,L2-L3 与 L3-L3 的桥接更便宜。在批量提交交易上,Layer3 还有一个明显的优势,提交一个批次交易所需的固定 Gas 更低,不需要长时间等待更多的交易一起提交以降低平均 Gas,能够显著缓解 Layer2 中存在的确认时间与成本之间的两难困境。


同是应用链生态,Layer3 与 Cosmos 有什么不同?


Cosmos 可以说是最早提出应用链概念的项目,通过 Cosmos SDK,用户可以方便地定制化发行自己的应用链。Cosmos IBC 更是对标互联网中的 TCP/IP 协议,为使用 Cosmos SDK 构建的应用链提供原生的互操作性。简单来说,Cosmos 的愿景是构建一个万链互联的区块链宇宙。


Layer3 在互操作性上也下足了工夫。由于相同的技术架构,低廉的交易成本,Layer3 之间的跨链将具备无信任、快速且便宜的特点,于是可以认为,Layer3 之间的流动性是共享的。从互操作性的角度来看,Layer3 和 Cosmos 带来的功能几乎相同。


LK Venture 投研团队认为,Layer3 与 Cosmos 最大的不同,在于其与以太坊生态的绑定,这既是优势,也是劣势。


提到优势,主要在于以太坊生态庞大的流动性与用户量。


Cosmos 尽管技术强大,是很多巨头的发链首选,但是仍然无法逃脱市场占有率低的宿命。根据 DeifLlma 的数据,截止到 2023 年 6 月 26 日,以太坊的 TVL 为$26.2B,而整个 Cosmos 生态加起来仅为近$1B。Layer3 要想成功,以太坊生态是其中的关键要素。


提及劣势,主要在于与以太坊的高度绑定,丧失了部分主权。


对于使用 Cosmos 链而言,代币模型完全由项目方根据需求自主设计,代币赋能强。然而,Layer3 链的原生代币会受到以太坊的限制。尽管项目方可以将原生代币作为 Gas 代币赋能,但是无法否认的是,最终交易数据提交至以太坊所消耗的是$ETH。因此,如果 Gas 代币用的不是$ETH 而是自己发行的原生代币,项目方需要不断地将原生代币兑换成$ETH 以提交,最终赋能还是转移至$ETH。


Layer3 的另一个特点在于,任何在 Layer3 上做的事,实际上都可以迁移到 Layer2,本身只取决于 DA 层的选择。


如果 Layer3 所依赖结算的 Layer2 发生安全漏洞或者活跃度下降,Layer3 可以低成本地迁移至其他 Layer2,甚至直接依赖 Layer1 进行 DA 和结算,变成 Layer2。由于其与以太坊生态的高度绑定,Layer3 上可能诞生众多创新玩法。


从 Layer3 到 LayerX 的展望


Layer3 发展现状


6 月 22 日,Offchain Labs 发布了用于发行 Arbitrum Orbit Chain 的工具。Orbit Chain 是在 Arbitrum Layer2 之上的 Layer3,可以选择利用 Arbitrum One, Arbitrum Nova, Arbitrum Goerli 在内的三条 Layer2 之一进行结算。用户可以自己选择使用 Rollup 或 Anytrust 技术,其区别在于 Anytrust 使用 DAC 而不用将交易数据提交至链上,价格更低廉,但是安全性稍弱。Orbit Chain 的优势在于其简单的发链流程、与 Arbitrum 生态的互操作性、Nitro 的即时更新以及 Stylus 提供的 EVM+兼容性(支持 Rust, C, C++编写,运行在 WASM 虚拟机)。用户可以无需可地定制化发行任何 Orbit Chain,但是必须在 Arbitrum Layer2 上结算,否则需要联系 Offchain Labs 或者 Arbitrum DAO 获得授权。


6 月 26 日,zkSync 发布文章,宣称将在未来几周内对现有的开源代码进行修改,推出 ZK Stack,让用户能够使用其定制化构建自己的 ZK 超级链。与 Arbitrum 的 Orbit Chain 不同,ZK Stack 强调主权与互操作性,用户根据需求进行完全的定制化,使用 ZK Stack 构建的链可以实现无桥的互操作性。ZK Stack 既能够用于构建 Layer2 也能够构建 Layer3,官方并未对其进行限制,没有要求必须在 zkSync 上结算。从这点来看,ZK Stack 提供的主权似乎更强。


作为最早提出 Layer3 概念的 StarkWare 团队,在其 Starknet 生态中也正在大力培植 Layer3 的发展,Madara 正在为面向公众的 Stack 进行测试。在 @PragmaOracle hackathon 中,有团队利用 Madara 在 24 小时内完成了应用链的发行。不过,由于 Starknet 采用独特的 zk-STARK 证明技术,技术成熟度相对较低,可能还需要更长时间的开发来完善产品,之后再面向公众发布 Starknet Stack。


当前 Layer3 生态仍在早期阶段,但是随着各 Layer2 便捷发链工具的推出,相信很快就会有 Layer3 正式运行。当基础设施逐渐完善,如何吸引用户已经成为所有链最关注的问题。


Layer3 来了,LayerX 还会远吗?


从技术原理上看,Layer3 已经无法通过简单的堆叠获得性能上的飞跃。当然,Layer3 可以通过定制化来获得特定的优势,但是通用性的损失会使得进一步的叠加变得困难。当然,只要愿意,这种层级化的叠加是可以无限进行的,但是,LK Venture 投研团队认为,目前而言这种叠加无法满足任何的需求,同时会导致系统复杂度的几何级升高。


最为重要的一点,尽管 Layer1-Layer2-Layer3 之间的生态关联紧密(以太坊生态),互操作性比传统的异构链之间强(跨链更便宜),但是彼此之间仍然无法做到生态的完全继承。在 Arbitrum One 上部署的合约,无法直接在 Orbit Chain 上调用;在 zkSync 上部署的 DEX 的流动性,无法直接汇聚到 ZK Stack 上。


现在的情况是,商场已经盖起来了,而且越来越高,但是没有多少商贩和顾客。尽管一层底商人满为患(以太坊),但是人们仍然不愿意前往高层商场消费,因为高层的商贩数量不如低层多。


因此,LK Venture 投研团队认为,在区块链技术获得超大规模应用前,Layer3 恐怕都很难获得较高的用户量。至于 Layer4、Layer5……LayerN,即使有各别应用有特定需求,相信也不会打着 LayerN 的旗号进行宣传了。


古语云:道生一,一生二,二生三,三生万物。以太坊扩容的叙事,或将在 Layer3 终结?可能还需要时间去检验。


关于 LK Venture

蓝港互动 (08267.HK) 旗下聚焦 Web3 领域的加密投资与研究机构,前身为共识实验室(Consensus Lab),侧重投资市场前沿的基础设施、交易平台、技术协议和金融工具,曾投资 FTX、Polkadot、Filecoin、Casperlabs、Coin98 等来自北美、亚洲、欧洲等国家地区的百余个项目。



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