TIMI:科普 | 简析以太坊Layer2主要代表项目_区块链工程专业学什么课程比较好

路印CTO从多层面分析现阶段Layer2赛道项目，谁才是真正的Layer2未来。从NFT到GameFi，再到Loot，在市场热潮的几番更迭下，市场对于Layer2的需求已经逐渐加大，随着Arbitrum主网的上线，越来越多的资金开始投身于Layer2扩容协议市场，市场又掀起了新一轮的赛道竞争。

虽然现阶段的Layer2网络总锁仓量屡创新高，但仍然无法满足目前市场上投资者的需求，而且，现在市场Layer2热度都是基于Arbitrum、Opitimism等项目的炒热而升温，根本无法长期持续。基于此，Layer2热潮是否会成为“昙花一现”也成为了大众比较关注的事情。那么Layer2技术目前发展如何？Layer2网络的未来究竟是怎样的？而这一个个的疑问，路印协议CTOSteveGuo在一次演讲中给了我们答案。

Steve用简单的方式讲述了Layer2技术的演进，深入分析了每个Layer2项目的优缺点，并且向我们叙述了Layer2网络未来的发展方向。以下内容来自Steve的演讲实录。

随着Layer2热度的高涨，一个疑问逐渐浮现在大众面前：Layer2的真正未来到底是什么？

下图则代表了现在市场上对Layer2的官方定义。但Steve的定义中，Layer2是资产安全依赖于Layer1的第2层网络。所以可以排除掉一些侧链，比如xDai和BSC。

目前的Layer2技术可以分为三类技术，最早是StateChannel技术，后来又演变为Plasma，再到最新的、比较热门的Rollup技术。Rollup主要分为两个方案，OptimisticRollup和zkRollup。这两种方案中的每一种内都存在着许多项目。

StateChannel

国务院：推进科普与区块链技术深度融合:为贯彻落实党中央、国务院关于科普和科学素质建设的重要部署，依据《中华人民共和国科学技术进步法》、《中华人民共和国科学技术普及法》制定《全民科学素质行动规划纲要（2021－2035年）》，其中要求实施智慧科普建设工程。推进科普与区块链等技术深度融合，强化需求感知、用户分层、情景应用理念，推动传播方式、组织动员、运营服务等创新升级，加强“科普中国”建设，强化科普信息落地应用，与智慧教育、智慧城市、智慧社区等深度融合。（新华社）[2021/7/10 0:40:52]

第一个Layer2技术StateChannel的核心思想其实来源于比特币的闪电网络。例如，假设Alice和Bob必须转移资金，并且他们都在链上，那么其成本会非常高。因此，可以先同意Alice和Bob先将他们各自的资金存入智能合约。在他们各自资金被存储后，Alice和Bob可以不消耗任何Gas费，无限期地在链下转移资金，然后在所有人退出时使用智能合约进行结算，这种过程的核心思想就被称为状态通道。

虽然这种链下转账的方式确实可以很快，而且便宜，但它也存在一些问题。首先，它需要两端存入资金，其资金占比非常高。此外，它是点对点的。例如，如果A想先与B转钱，然后再与C转帐，则需要建立多个状态通道，这种互动是不可取的。所以，在后来随着RaidenNetwork、Celer等技术不断演进，现在的状态通道已经可以是点对中心了。任何想要交易的人都需要与中心进行交易，使用状态通道进行连接。

但这仍然存在同样的问题，因为中心本身需要存入大量的资金以保证资金周转利用率，因此该方案只能用于转账/支付的应用。由于状态通道的这些局限性，也使得它自然而然地演变成了一种叫做Plasma的技术，用以解决StateChannels的资金利用问题。

Plasma

欧科云链集团正式启动区块链科普行动“星途计划”:欧科云链集团于4月26日，正式宣布启动了区块链科普行动——“星途计划”，行动包括将在全国范围展开系列沙龙，加大力度推进区块链科普进机关、进国企、进校园等，联合政府部门、行业协会等共同构建起更加完善和有效的区块链科普教育生态，与此同时，直击区块链科普现存痛点，推出简单易懂的“秒懂区块链”公益短视频课。

该计划旨在全维度推动社会建立对产业更清晰的认知，与“鲲鹏计划”一道助力数字经济及区块链产业本身健康发展夯实“人才”和“产业认知”两大基础。[2021/4/26 20:59:37]

Plasma在链下提供了UTXO等结构模型。每个人的转账记录都类似于比特币UTXO交易。在Plasma链上确认交易后，Plasma将向以太坊上的智能合约提交所有Merkle状态，由智能合约记录所有链下状态。最后，Plasma依靠测试机制来确保所有链下交易都正确执行，例如，避免转账被双花攻击。

Plasma比StateChannel技术更精进的一点就在于它解决了资金利用的问题，但同时它也带来了一个新问题。Plasma需要至少一周的退出期来确保交易的最终确认。同时，Plasma要求所有人监控Plasma链上的所有UTXO交易。也就是说用户必须自己监控这些交易，才能根据这些历史交易对交易问题提出质疑，这也是普通用户所不能接受的。

因此，Plasma也需要自然进化，进而演化为下一个相对热门的OptimisticRollup技术。OptimisticRollup从实际上解决了Plasma所带来的问题。也就是说，Plasma链上的数据最终只是Merkle树，所以测试起来会更加困难。

OptimisticRollup

为了解决Plasma所存在的问题，OptimisticRollup将所有链下原始交易数据，包括世界状态的树，提交到链上，然后任何人都可以根据链上记录的所有原始信息进行测试。

TRON数字钱包科普资料《波场钱包的现在过去与未来》已上线:据最新消息显示，由TokenPocket联合波场TRON官方，以及 TokenPocket 社区志愿者共同撰写的《波场钱包的现在过去与未来》已正式上线。《波场钱包的现在过去与未来》又称为波场钱包小白书，详细介绍了当前TRON钱包与TRON生态密切结合的实例，是目前市面上最为详细的TRON数字钱包科普资料。波场钱包作为波场公链生态中极为重要的入口，是波场生态的重要构成要素。波场钱包从一开始只提供权限管理、转账收款、节点投票等基础功能，到如今不仅可以为用户提供法币交易、闪兑和去中心化交易所等方便快捷的交易服务，还能让用户直接在钱包上体验波场上DApp，挖矿、DeFi、Staking等资产增值服务。详情见原文链接。[2020/8/20]

如图所示，OptimisticRollup允许用户提交世界状态并提交链上原始交易数据，然后任何人都可以根据这些数据测试转账是否有效。这个想法被称为OptimisticRollup。

Optimistic

事实上，这个想法已经在目前市场的两个主网项目中实现了。

第一个项目叫做Optimism。这个项目的开发团队实际上是来自Plasma，所以Optimism也就理所应当的扩展了Plasma的应用场景。此前的StateChannel和Plasma都只是用于转账/支付的应用。那么Optimism如何扩大转账/支付？

现在市场对于扩大转账/支付的方法是，使用图灵的完整编程来兼容链下的EVM指令，这样每个人都可以直接在链下执行solididity程序。而Optimism的想法则是在链上部署一个智能合约，然后使用智能合约接受链下EVM兼容指令的执行，也称为OVM。

Optimism试图做一件事，即保证OVM的字节码可以映射到EVM的字节码，但实际上，这种映射可能只有20个左右的字节码.?所以Optimism目前的一个大问题是它无法实现100%的EVM兼容性。正是因为Optimistic有这个问题，Arbitrum才提出了改进方案。

金色财经独家分析 监管机构、媒体、业界提示风险 区块链科普道阻且长:新华社今日发文表示，近来“区块链”类案件频发，不法分子以“投资虚拟货币周期短、收益高、风险低”为借口，取用户信任并诱使其转账进行投资。无独有偶，同日消息，腾讯手机管家安全专家也提醒此类风险，并从技术上提出防建议。在美国，监管机构警示加密货币欺诈现象普遍承诺高收益而不披露潜在风险。金色财经独家分析，不法分子假借新技术之名进行，一方面是抓住民众趋利的心理，一方面反映出区块链科普的欠缺。区块链是新兴科技和底层技术并有改变社会生产关系的潜力，应该进行系统性的科普教育，当前，部分大学已经开始设置了区块链课程，但对于普通民众仍然有科普的需求，人们应该了解到系统和正确的知识，不仅要了解区块链的好，也要明确局限和弊端，以在高收益的诱惑下，保持清醒客观。[2018/4/11]

Arbitrum

Arbitrum在Optimistic基础上的一个巧妙改进是，它不是在链上执行EVM比特码，而是定义了自己的AVM字节码，AVM的字节码是一个非常精简的子集。这样，当用户测试第一级时，Gas会更低，消耗也会更低。

目前，Arbitrum的转会费大约是Optimism转会费的二分之一。Arbitrum还改进了测试机制，允许用户通过分片进行测试。例如，一个区块中有1000个交易，但只有一个是错误的。然后就可以用类似二分法的思路，让用户证明第一个512是否正确，如果正确就测试下一个，比如256，然后继续用二分法来测试，这就是Arbitrum。但Arbitrum并不能就此代表Layer2的未来。

zkRollup

V神曾在年初表示，OptimisticRollup解决方案短期内最有可能兼容EVM，但中长期他更看好zkRollup。

事实上，zkRollup和OptimisticRollup的本质区别在于它不依赖任何测试机制，而是即时保证链上清算的最终确定性。zkRollup依赖于一组称为zk证明的数学系统。

财政部副部长朱光耀：数字经济还处在发展的过程中，要以科普、推动的态度来推进数字经济发展:今日，在中国发展高层论坛2018年会上，财政部副部长朱光耀表示：“数字经济还处在发展的过程中，要以科普、推动的态度来推进数字经济发展。也要关注数字经济的其他影响，包括税收征管、反监管措施等要跟上。”[2018/3/25]

zk证明本质上做了一件事，通俗来讲就是在不告诉对方答案的情况下向对方证明你知道答案。

例如，问题y有一个函数f，我可以根据我的私人秘密x计算y并通过这个函数得到y。最后，我向你开放的是函数f和问题y。但是我的x不能告诉你，我想让大家知道我知道一个x来计算y，这叫做zk证明。

这样的表述可能相对比较抽象。接下来举一个实际的例子，比如在下面这张图片中寻找Waldo。比方说，我想向大家证明的是，我知道Waldo在这张地图上的位置，但我不能直接告诉你位置，所以我可以这样做：找一块足够大的黑布盖住图片，然后在黑布上剪下小数字，然后把小数字显示出来。?然后你就会明白我知道Waldo在这张地图上的位置，但我没有向你透露这个位置。这就是zk证明的工作原理。

我证明了一件事，但我没有告诉你这个秘密。这一组技术听起来有点像黑魔法，其核心技术思想被统称为zkrollup。实际上，zkRollup的核心思想是将所有的世界状态归类为一棵大Merkle树，然后所有的链下交易本质上只是改变了一个账户的世界状态。

最后使用中继系统收集所有的链下交易，然后将这些交易处理后的世界状态树的哈希记录在链上，并记录这些交易元数据的交易信息。与此同时，还提交了一份名为“零知识证明”的证书。只要这个证明在链上得到了验证，就意味着链下的计算已经忠实地处理了所有的交易信息。这是zkRollup和OptimisticRollup之间最大的区别。

OptimisticRollup只向链提交元数据和树哈希，而zkRollup还提交zk证明证书，这样它就可以保证最终结算，而不依赖任何测试机制。

Loopring

Loopring协议于2019年底推出。到目前为止，Loopring协议已经历经了3个版本：第一个版本只支持订单簿中的DEX交易，第二个版本支持转账支付，第三个版本中支持AMMSwaps。而在今年9月初，Loopring协议已经正式发布了现在支持Layer-2NFT最新版本。此版本支持NFT在Layer-2上进行铸造、转账和交易，可以降低整体Gas成本。

zkSync

zkSync与Loopring协议最大的区别在于使用的零知识证明算法不同。Loopring使用一组称为Groth16的算法，zkSync使用一组称为Plonk的算法。两种算法的本质区别在于是否有最早的初始可信设置。Loopring是必要的，其改变任何电路的行为都需要一个可信的设置，而zkSync则不需要这样做。

MatterLabs实际上经历了两个版本，1.0和2.0。2.0称为zkPorter，1.0称为zkSync。它们之间的主要区别在于，为了进一步减少2.0上的Gas消耗，Merkle树和元数据交易数据不在链上，而是使用类似于CommunityPOA的链下Proof来保存数据。

但是大家请记住，一旦元数据不在链上，用户资产的安全就无法真正得到Layer1的保障。不过这样的系统本质上允许用户做出自己的选择。如果您想安全，请使用1.0，如果您想更便宜，请使用2.0版本zkPorter。同时，MatterLabs目前正在开发一个与EVM兼容的zkRollup系统。它定义了一种名为Zinc的编程语言。简而言之，Layer2项目是最终目标是最终成为一个zkEvm。

StarkEx

另一个著名的zkRollup项目是StarkWare推出的StarkEx。

在早期，大众对其并不看好，因为它第一次上线时声称它是一个zkRollup，但实际上它并没有将应用程序的元数据上链，所以这样的系统不能称为zkRollup。所以当时V神将其命名为Validium。后来，StarkEx又被扩展到支持向链提交元数据的模式。所以现在也可以将StarkEx称之为真正的zkRollup。

StarkEx在早期定义了自己的编程语言，从一开始就想做一个具有可编程性的zkRollup系统。StarkEx定义的语言称为Cairo，其核心思想是允许用户用Cairo语言编写智能合约。然后它会帮你转换成例如EVM字节码，然后在StarkEx的整个zkRollup系统上进行验证和计算。

zkEVM

从上述的Layer2协议来看，并没有完美的Layer2解决方案，都存在局限性，或者它们没有数据可用性。Steve则认为，最终完全可用的Layer2网络应该是zkEVM。

zkEVM是什么？顾名思义，只要开发者用EVM写一个智能合约，就可以在zkRollup类型环境中直接执行这个智能合约的字节代码。它不像现在那样在EVM的虚拟机中执行，而是在一个叫做zkEVM的虚拟机中执行。zkEVM可以保证在字节码执行后，zkEVM可以向Layer1网络证明zkEVM链下执行的智能合约确实被执行了。

对于zkEVM，目前的设计思路其实分为两类。

类似于MatterLabs的Zinc和StarkWare的Cairo语言，包括另一个名为Hermez的项目，最近也提出了zkEVM。他们的核心思想是自己定义一套语言，然后把这个语言翻译成EVM的语言。也就是说，他们会自己定义一种EVM语言，然后将EVM字节码翻译成自己的EVM代码，本质上在zkEVM中执行自己的字节码。但是，这种解决方案很可能无法实现100%的兼容性。

另一个新的解决方案是以太坊基金会正在进行的一个项目，被称为“zkEVM”。

它的思路是直接将Solidity代码编译成EVM的字节码，无需任何翻译，在zkEVM的虚拟环境中直接执行字节码。它的虚拟环境做了两件最重要的事情。一是证明字节码的执行是正确的，称为EVM证明；二是证明世界状态的修改是正确的。

Steve认为“zkEVM”解决方案可能是最终的Layer2网络。

开发者只需要编写一套EVM代码就可以在Layer1上运行，然后也可以在Layer2上无缝运行。而这个方案是一个zkRollup，可以保证最终结算的即时性。当然，这个解决方案并没有那么容易上线。Steve表示，估计再过一年左右应该就能看到一个原型，甚至第一个商业版本。

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