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一邊是高速發(fā)展的Defi需求，一邊是遲遲未能解決的性能問題，兩者的矛盾催生了近期Layer2方案的火熱，各個Layer2項目又重新回到大家的視線中來，可能成為Defi在下個階段更大規(guī)模爆發(fā)的導火索。

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什么是Layer2

layer2 是一個為提升區(qū)塊鏈底層網(wǎng)絡（layer1）性能的整體解決方案。

我們假設Defi業(yè)務過程中有多個狀態(tài)轉(zhuǎn)換，那么這些狀態(tài)轉(zhuǎn)換都需要合約交易上鏈來完成，有幾個狀態(tài)就需要經(jīng)過幾個區(qū)塊，區(qū)塊時間就會成為限制因素，以以太坊為例，那么大概需要12s出一個區(qū)塊，這個時間是必須要花費的，對于以秒級，甚至毫秒級的金融業(yè)務來說，這種等待是無法忍受的。

而Layer2就是來解決這個問題，Layer2 擴容的思路簡而言之是將許多筆交易用一個證明所取代以節(jié)省 Layer1 的資源，相應的，這個應該可以證明對應的多筆交易的有效性。

layer2有幾種解決方案，分別是：Rollups、狀態(tài)通道（State channels）、側(cè)鏈（Sidechains）、Plasma、Validium、混合方案（Hybrid solutions）等等。

下表為主要的一些Layer2方案項目：

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欺詐證明和有效性證明

我們將Layer2方案證明多筆交易有效性，分為欺詐證明和有效性證明：

• 欺詐證明，提出證據(jù)以證明鏈上的狀態(tài)轉(zhuǎn)換并不正確；

• 有效性證明，提出證據(jù)以證明鏈上的狀態(tài)轉(zhuǎn)換正確。

欺詐證明對應的 Layer2 擴容方案樂觀地假設鏈下交易均真實有效，直到某方提出證據(jù)證明其存在錯誤。其中包括狀態(tài)通道（State Channel）、Plasma、Optimistic Rollup 等，這種方案非常的高效，因為節(jié)省了大量證明這些交易有效性的開銷。

但欺詐證明必須留出足夠的容錯時間，否則會惡意交易將會成為漏網(wǎng)之魚，雖然節(jié)省了大量開銷，但欺詐證明可能存在漏洞，攻擊者可以阻止相關方在欺詐時間之內(nèi)提交欺詐證明，從而完成攻擊

相對來說，有效性證明則要穩(wěn)健的多，有效性證明類方案，如 ZK Rollup 與 Validium 等。系統(tǒng)每次在 Layer1 上進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換時都提交足以證明其轉(zhuǎn)換真實有效的證明供 Layer1 節(jié)點驗證。

零知識證明是一種精巧有效性證明方式，它使得 Layer1 的驗證節(jié)點無需獲取鏈下交易的全部信息并進行重復計算即可證明其有效性。零知識證明當前屬于密碼學研究的前沿領域，在應用方面還有一定的瓶頸，目前實用的零知識證明算法生成證明的時間大約在 1~10 分鐘，這是額外的無法消除的交易確認延遲。

我們根據(jù)這個分類方法可以列出一個象限，如下圖所示：

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多種Layer2方案舉例

Plasma 方案

Plasma 是在 2017 年被 Joseph Poon（Lightning Network 創(chuàng)始人）和 Vitalik Buterin （Ethereum 創(chuàng)始人）提出的方案，Plasma簡單來說就是鏈中鏈，每個鏈都可以有自己的鏈，自己的鏈還可以再有鏈。

Plasma會有一個Operator，負責產(chǎn)生子鏈的區(qū)塊，Operator一般會是Server模式，子鏈的信息會被記錄到數(shù)據(jù)庫中，Plasma Chain每次產(chǎn)生區(qū)塊都必須寫入主鏈，這樣才算是被確認。如果用戶要進入Plasma，則需要通過主鏈的存款合約，具體如下圖所示：

我們可以看到Plasma的問題是比較中心化，容易作惡，所以需要上訴說過的欺詐證明，設置一個挑戰(zhàn)期。同時如果 Plasma 的Operator拒絕在主鏈上公開數(shù)據(jù)，那么用戶則無法取得構(gòu)造出錯誤承諾的錯誤數(shù)據(jù)，就無法提供錯誤性證明，所以 Plasma 面臨的最大問題是交易數(shù)據(jù)可用性。不能保證數(shù)據(jù)可用性的這種特質(zhì)，讓很多特性難以立刻保留，例如：支持任意計價支付，用戶的驗證/存儲要求最小化，避免大批量退出方案，以及支持智能合約邏輯 。雖然可以緩解這些問題，但是解決一個障礙的代價往往是加劇另一個障礙。

Plasma的代表性項目是OMG Network，OmiseGO是基于以太坊的 plasma 擴容技術方案，用于主流數(shù)字錢包，可跨國家司法管轄區(qū)和組織機構(gòu)使用法定貨幣或加密數(shù)字貨幣進行實時、點對點的價值交易和支付服務

OmiseGO Tesuji 是 Plasma 上的早期實現(xiàn)例，以權威證明（PoA）作為共識機制，OmiseGO 作為運營商。OMG的最終目標是完全可擴展的權益證明（PoS）區(qū)塊鏈以及去中心化交易所。在 PoS 模式下，權益者將扮演區(qū)塊鏈驗證者的角色，對去中心化交易所上的交易進行驗證，并向網(wǎng)絡用戶收取一定的交易驗證費用。

側(cè)鏈方案

Plasma其實也稱為側(cè)鏈，但是這里我們討論的是側(cè)鏈是真正獨立的一條鏈，擁有眾多節(jié)點共識出塊，而非通過中心化的Operator出塊，主側(cè)鏈之間需要通過一定的跨鏈協(xié)議進行通訊，而不是通過存取款合約來進行聯(lián)系。通過這種解決方案，可以實現(xiàn)數(shù)字資產(chǎn)從第一個區(qū)塊鏈到第二個區(qū)塊鏈的轉(zhuǎn)移，又可以在稍后的時間點從第二個區(qū)塊鏈安全返回到第一個區(qū)塊鏈。

側(cè)鏈實現(xiàn)的技術基礎是雙向錨定（Two-way Peg），通過雙向錨定技術，可以實現(xiàn)暫時的將數(shù)字資產(chǎn)在主鏈中鎖定，同時將等價的數(shù)字資產(chǎn)在側(cè)鏈中釋放，同樣當?shù)葍r的數(shù)字資產(chǎn)在側(cè)鏈中被鎖定的時候，主鏈的數(shù)字資產(chǎn)也可以被釋放。

比較著名的側(cè)鏈包括基于比特幣網(wǎng)絡的側(cè)鏈Liquid，以太坊的Skale，以及國內(nèi)比原鏈團隊開發(fā)的MOV協(xié)議

Liquid是Blockstream的開源側(cè)鏈項目，使用了比特幣雙向錨定技術，Liquid目的是實現(xiàn)使得比特幣可以在主鏈和側(cè)鏈中互轉(zhuǎn)，旨在提高隱私性、降低成本、加速交易所和經(jīng)紀商之間的價值轉(zhuǎn)移及結(jié)算流程。

比原鏈團隊的MOV協(xié)議。MOV 是基于主側(cè)鏈架構(gòu)的下一代去中心跨鏈 Layer 2 價值交換協(xié)議，由價值交換引擎磁力合約（Magnet）、去中心跨鏈網(wǎng)關（OFMF）和 Layer 2 高速側(cè)鏈（Vapor）三大核心模塊構(gòu)成，致力于構(gòu)建一個異構(gòu)融合的多樣性資產(chǎn)價值交換協(xié)作生態(tài)。

MOV采用的側(cè)鏈的Layer2解決方案，相較于Bytom主鏈，側(cè)鏈0.5s的出塊速度極大提升了性能，理論估計能夠高達16000 TPS，側(cè)鏈使用DPos共識，由10個正式共識節(jié)點來驗證交易有效性

考慮到側(cè)鏈提升了速度，但是去中心化程度不足，所以MOV基于主側(cè)鏈一體的架構(gòu)，主側(cè)架構(gòu)常見于分層系統(tǒng)，比如 Plasma 是一種針對主鏈擴容場景的一主多側(cè)設計，其交互信任方案是基于主鏈抵押。主鏈和側(cè)鏈是一種邏輯區(qū)分，公鏈作為主鏈的同時也可作為映射資產(chǎn)的側(cè)鏈和交易協(xié)作平臺。主側(cè)邏輯是一種合理的業(yè)務架構(gòu)設計，賦予多樣性資產(chǎn)價值交換協(xié)作比較大的自由度和效率空間。

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Optimistic Rollup 和 ZK Rollup

Rollup 是一種類似于 Plasma 的 Layer-2 擴展方案：用主鏈上的單個合約來保管所有的資金，并保存一條指向 “側(cè)鏈” 狀態(tài)的簡潔密碼學承諾（通常來說就是一棵由賬戶、賬戶余額等狀態(tài)組成的**樹）。側(cè)鏈的狀態(tài)是由用戶以及鏈下運營者來維護的，不會占用 Layer-1 的存儲空間（這種對存儲空間的節(jié)約才是可擴展性優(yōu)勢的最大來源）。

Rollup 與 Plasma 有所不同的是，Plasma 會面臨交易數(shù)據(jù)可用性的問題（也是 Plasma 最大的問題）。而 Rollup 則通過在 Layer-1 網(wǎng)絡上為每一筆交易公開一些數(shù)據(jù)解決了這個問題。

V神也在各個渠道對Rollup方案給予肯定

在Rollup方案中，ZK Rollup是較早提出并發(fā)展的方案。在一個 ZK-Rollup 系統(tǒng)中，運營者（們）必須為每一次狀態(tài)轉(zhuǎn)換提供一個簡潔的零知識證明（SNARK）；該證明將由主鏈上的 Rollup 合約來驗證。這樣的一個 SNARK 證明了存在一些交易，這些交易是由發(fā)起人正確簽名過的，并且正確地更新了相關賬戶的余額，并使舊的**根值變?yōu)榇硇聽顟B(tài)的新值。這就杜絕了運營者提交無效狀態(tài)或篡改狀態(tài)的可能。

但ZK Rollup 是一種更復雜的技術，它可以進行代幣轉(zhuǎn)移和定制化應用，但是支持通用性合約就比較困難，需要更多研究工作來把 EVM 高效封裝進零知識證明。

Optimistic Rollup 是2019年提出的、旨在擴展以太坊上智能合約通用性吞吐量的技術。如果開發(fā)相對較快的話，它就可以為遷移現(xiàn)有的 dApp 和服務提供一種簡單的方案，而且為此付出的 安全性/可擴展性 犧牲也不會太大。

在一個 Optimistic Rollup 系統(tǒng)中，運營者發(fā)布新的狀態(tài)根時無需每次都接受 Rollup 智能合約的檢驗。相反，每個人都假設狀態(tài)轉(zhuǎn)換是正確的。不過。如果有人發(fā)布了一次不正確的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，其它運營者或者用戶都可以指出不合法的交易并回滾不正確的區(qū)塊、懲罰惡意驗證者。

在支持通用性計算方面， Optimistic Rollup 可以擁有OVM，如果與 EVM 搭配使用，大家就可以用 Solidity 來寫碼。因此，大部分現(xiàn)有的代碼庫都可以輕松移植到 OR 上。而迄今為止，所有 ZK-Rollup 現(xiàn)有的實現(xiàn)都只支持專用性操作比如代幣轉(zhuǎn)移或者原子化互換。

在性能上，TPS 可上升到約 100，如果只算代幣轉(zhuǎn)移交易，則可達500，而ZK-Rollup 更快，可以超過2000。

在手續(xù)費上，Optimistic Rollup的每筆交易只需 4k gas，而ZK-Rollup需要272 gas（但需要平攤的證明成本，當前的估計是 300k gas），相比較于以太坊的原生交易21k gas，節(jié)省了非常大的開銷。

安全性上Optimistic Rollup由單個智能合約來保管的，一旦保管著價值百萬（甚至是數(shù)十億）美元的資產(chǎn)，這樣的 Rollup 合約就會變成一個的蜜罐，會有潛在的安全風險。而在一條 ZK Rollup 側(cè)鏈中，每一次狀態(tài)轉(zhuǎn)換都要先由 Rollup 智能合約驗證過才能生效。所以運營者想偽造狀態(tài)是不可能的。ZKR 的安全性無需依賴于 Layer-1 的審查抗性。

時延上，因為需要挑戰(zhàn)期，所以Optimistic Rollup需要較長的時間才能確認，而ZK Rollup則較快。

ZK Rollup的代表項目是路印，路印協(xié)議圍繞著高安全性和高性能設計，為用戶提現(xiàn)自己充值的資產(chǎn)提供各種保障。這種保障允許用戶在極端情況下，僅提供**證明，就可以將資產(chǎn)全部取出。路印發(fā)布了一個基于訂單簿的去中心化交易所的 AMM 協(xié)議，賬戶之間的轉(zhuǎn)賬僅需秒級。

其他的ZK Rollup的代表項目是zkSync，是 Matter Labs 基于 ZK Rollup 技術開發(fā)的免信任型可擴展性和隱私性解決方案，除了高安全性之外，該項目主打是低延遲。

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Optimistic Rollup的代表項目Optimism 是由 Plasma Group 的前研究人員在 2019 年成立的一家新盈利性公司，專注于實施以太坊擴容解決方案 Optimistic Rollup，9 月份推出其測試網(wǎng)，Synthetix、Uniswap、Chainlink 成為他們的早期測試者，Synthetix 用來大幅提升預言機報價頻率，以此解決在一層網(wǎng)絡會遇到的交易暫時停滯問題。

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Defi需要什么樣的Layer2

Defi應用一般都是重資產(chǎn)型應用，合約中鎖定的資產(chǎn)達幾億甚至幾十億美元，那么資產(chǎn)的安全性是非常重要的。從安全性的角度，側(cè)鏈和Plasma對驗證人的依賴度較高，具有較高的作惡風險，需要完備的監(jiān)督機制，而狀態(tài)通道，側(cè)鏈，validium的熱錢包的漏洞風險較高。所以，安全性來看，還是Rollup方案占優(yōu)。

復雜的Defi業(yè)務，需要復雜的智能合約支持，狀態(tài)通道和Plasma在智能合約支持方面較差，智能使用受限的智能合約。而Validum和zk Rollup對EVM字節(jié)碼兼容較差，需要獨立的系統(tǒng)?？傮w來看，對于智能合約的支持來說，側(cè)鏈和Optimistic Rollup支持較好。

除此之外，使用Layer2更看重其對性能的提升情況，對于提現(xiàn)時間來說，狀態(tài)通道和側(cè)鏈具有較明顯的優(yōu)勢，而Plasma和Optimistic因為使用欺詐證明，需要較長的挑戰(zhàn)期。

當前來看，Rollup方案還是具有較多的優(yōu)點，當然Defi選什么樣的Layer2方案，還需要各個項目方根據(jù)自己的需求來進行取舍，魚和熊掌不可兼得。

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Defi在Layer2上的使用現(xiàn)狀

Defi在持續(xù)的創(chuàng)新和進化，Uniswap、Aave、Synthetix 等 DeFi 頭部玩家們不約而同開始探索 Layer2 +  DeFi 的可行性。

2020年8月3日，MaticNetwork推出500萬孵化基金，激勵在該Layer2協(xié)議上的Defi以及其他應用，迄今為止共吸引了80多個Dapp，包括18個Defi項目，同時也和A**E達成合作。

2021年1月12日，合成資產(chǎn)協(xié)議Synthetix發(fā)布最新的2021年的路線圖中指出，優(yōu)先事項包括遷移到Optimistic上

Uniswap雖然沒有透露出具體的計劃，但作為 Uniswap Layer2 的示例 demo，Unipig 的方案早已于 2019 年 10 月份上線，展示 Uniswap + Layer2 的基本操作。Unipig 和 Synthetix 一樣，也是采用了 Optimistic Rollup 的方案擴容。

而穩(wěn)定幣DEX龍頭，Curve則傾向于選擇ZK Rollup方案。

以太坊生態(tài)之外，比如比原鏈的MOV，已經(jīng)率先在Layer2上部署并穩(wěn)定運行了多個Defi協(xié)議，包括基于訂單簿的磁力協(xié)議，基于AMM的超導協(xié)議和閃電兌換等等，在運行速度，手續(xù)費等方面都有非常不錯的表現(xiàn)。

整體來說，頭部的Defi應用已經(jīng)開始著手或者選擇一些Layer2方案嘗試，而一些小型的Defi應用則已經(jīng)開始運行在Layer2上面開展業(yè)務。

所以，2021年很可能是Layer2廣泛應用的開始。

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Layer2未來發(fā)展

Defi，NFT等等業(yè)務的興起將極大的拓展區(qū)塊鏈的需求，在以太坊2.0成熟還需要數(shù)年之久的情況下，Layer2將會迎來較大的發(fā)展機遇。

除此之外，非以太坊的獨立公鏈，隨著跨鏈的普及，融合了Layer2技術將也會有非常好的機會，在以 DeFi 為代表的去中心化應用快速發(fā)展的趨勢中，不同類型的應用將會在不同的取向主導下重新劃分陣營。

雖然當前已經(jīng)有非常多的擴容方案，但是不同的擴容技術有它不同的優(yōu)缺點，導致適應不同的應用場景，未來不同的擴容技術之間也會是相互合作關系，我們也看到一些融合的趨勢。

對大多數(shù)開發(fā)者們來說，他們希望在不改變原有代碼的情況下將應用遷移至 Layer2，因為對代碼進行任何改動會涉及到可觀的審計及維護費用。對用戶來說，選擇使用以太坊主鏈，還是 Layer2 應用是個難題，Layer2 項目方是否能直接讓用戶實現(xiàn)無感地與 Layer2 進行交互。

除了性能，安全性，Layer2未來的發(fā)展一定要朝著兼容性和用戶體驗發(fā)展，才能得到眾多開發(fā)者、用戶、項目方支持，將建立足夠深厚的護城河，最終探索出一條可以能夠承接住數(shù)千萬、數(shù)億用戶的擴容技術方案。