流行Layer 2扩充计划方案汇总_日内

流行Layer 2扩充计划方案汇总

公链的扩充难题早已困惑区块链市场行业很多年，特别是在在 DeFi、NFT 等数据加密衍化销售市场的扩大下，绿色生态更为完善的以太币拥挤更加比较严重，高费低效能的互联网慢慢变成连累行业发展的较大束缚。

区块链技术的扩充关键分成 Layer 1 和 Layer 2 2个方位。Layer 1 方位就是指改善公链自身以提高特性，即链上扩充，包括提升区块链尺寸（比如比特币现金）、分块（比如以太币 2.0）等；Layer 2 方位就是指不对主链（Layer 1）开展一切改善，只是搭建一个链下的二层（即 Layer 2），在二层解决一部分买卖以分摊主链的工作压力，只在必需时和主链开展互动，即链下扩充。

前些年 Layer 1 扩充更受销售市场关心，发生过许多主推提升区块链尺寸的BTC分岔新项目，及其各种称为「以太币凶手」的高 TPS 公链新项目，以太币自身也会在 2.0 版本号完成分块扩充。但伴随着 DeFi 的兴盛，大家慢慢意识到光凭 Layer 1 扩充早已没法满足需求（除非是放弃区块链技术水平），Layer 2 扩充很有可能才算是时下局势下的最优解。

文中将关键讨论三种 Layer 2 计划方案，各自为最初期的状态通道计划方案、现如今迈向衰落的 Plasma 计划方案及其可谓是聚势的 Rollup 计划方案（包括 zkRollup、Optimistic Rollup 及 Arbitrum 计划方案）。

状态通道的基本原理是开拓一个链下的「通道」，用户能够根据在智能合约中锁住资产的方法，来将链上资产「迁移」至通道中，并在通道中开展资产互动。在通道内开展资产互动实际操作不容易占有主链的資源，且不用消耗价格昂贵的交易手续费，能够适用一些高频率小额贷款付款情景。用户在离去通道时开展清算，资产将转到主链。

以具体的应用领域为例子，比如用户 A 为用户 B 给予某种服务项目，必须用户 B 每过 1 钟头向用户 A 付款一次小额贷款的附加费。假如这产生在主链（Layer1）上，则必须占有很多的主链云计算服务器，且必须经常付款价格昂贵的服务费。假如应用状态通道，用户 B 能够锁住一部分资产进到通道，在通道内向型用户 A 开展付款，每一次付款都是会使二者的帐户状态升级。当工作年限完毕后，用户 B 能够取回来剩下的资产回到至主链，用户 A 还可以将在通道内接到的附加费回到至主链。

状态通道的解决方法还可以为一些 DApp 给予协助，比如区块链游戏。倘若用户 A 和用户 B 开展游戏对战，这款手游由智能合约操纵，彼此能够锁住一些资产并打开通道，在链下通道开展手机游戏，比赛终止后通道关掉，获得胜利方得到资产奖赏。

前文的事例中仅有2个监管方，这类应用领域十分比较有限，而具有好几个监管方的状态通道「互联网」才算是其彻底形状，这要运用通道的「可组成性」，比如用户 A 和用户 B 中间有一个通道，用户 B 和用户 C 中间也有一个通道，那麼 A 和 C 就可以根据 B 完成互动。

状态通道是最开始的扩充计划方案之一，现阶段存有着二点较为显著的限定。最先，状态通道的应用范畴仅限添加通道的用户，没法向通道外的用户推送资产；次之，状态通道内的资产在逻辑性方面务必要有「使用者」，Uniswap 智能合约等沒有确立使用者的目标没法应用状态通道，这就造成 其应用领域大大的受到限制，只有在一些比较有限的付款情景应用。

有关新项目：闪电网络

状态通道最著名的运用就是BTC的「闪电网络」。闪电网络是为了更好地减轻虚拟货币交易拥挤、完成小额贷款迅速付款的技术性。最近，萨尔瓦多公布变成第一个将BTC做为法定货币的我国，所在国曾与数字货币钱夹 Strike 创建合作方关联，Strike 便是应用闪电网络开展电子支付。

Plasma 能够了解为一个主链架构，数据加密行业过去发生过许多主链解决方法，主链的关键难题取决于双重导向（2WP）的安全性执行。在其中前向导向（从主链迁移资产至主链）是非常简单的，通用性计划方案是用户将资产锁住在主链上，随后在主链转化成相匹配的资产。难题取决于后向导向（从主链获取资产至主链），因为主链没法做到主链的安全系数，因此存有主链黑客攻击/主链营运商玩忽职守造成 资产没法获取/资产被别人故意获取的概率。Plasma 为了更好地处理该难题，引进了「挑戰期」的设置。

实际来讲，用户将资产从主链迁移至 Plasma 链（根据 Plasma 计划方案搭建的主链）时，必须将主链资产发送到管理方法 Plasma 链的智能合约，该资产就可以进到 Plasma 链中开展互动。每过一段时间，Plasma 链的作业者（或称之为认证者、营运商或连接点，即 Plasma 链上的维护者）便会对该时间范围内 Plasma 链的买卖开展一次「批处理命令」并转化成 Merkle 树，等同于转化成一个区块链。作业者会将 Merkle 树的 Merkle 根公布到主链上，此外还会继续将该 Merkle 树中涉及到某种资产买卖的 Merkle 支系发给该资产当今的使用者。

当用户申请办理将资产从 Plasma 链获取到主链时，则必须向主链的智能合约递交该资产近期一次买卖相匹配的 Merkle 支系，用于证实资产获取实际操作的合理合法，智能合约会进行一个挑戰期（比如 7 天）。在挑戰期限内，所有人都能够应用别的的 Merkle 支系来认证和提出质疑此项获取实际操作的合理合法，假如挑戰期限内有些人能证实此为买卖（比如用户在获取资产时并不有着该资产），那麼用户将获取不成功，不然会获取取得成功。

如下图所显示，比如用户 A 在主链上有着资产 X，并将其转到了智能合约，在 Plasma 链上得到相匹配资产 P(X)。事后用户 A 在 Plasma 链上把资产 P(X) 转入了用户 B，该笔买卖被纪录在区块链 1 Merkle 树的买卖 4 部位。Plasma 链的作业者在装包区块链 1 时，会将 Merkle 根公布到主链，并将买卖 4 相匹配的 Merkle 支系发给资产 P(X) 当今的使用者用户 B。用户 B 这时申请办理获取该资产到主链，则必须向主链智能合约递交买卖 4 的 Merkle 支系，智能合约进行挑戰期，假如挑戰期限内没有人证实此项实际操作存有，则用户 B 取得成功获取资产。

前文为 Plasma 计划方案的大概运行方法，在其演化全过程中，衍化出了多种多样改进版的计划方案，比如 Plasma MVP、Plasma Cash、More VP 等。这种计划方案都承继了 Plasma 的高安全系数，但也一同存有着一些难题：

撤出时间长：获取资产到主链时，必须较长的挑戰期。

必须按时发布：用户（或受受托人）务必按时发布，以完成对 Plasma 链的监管，不然发生黑客入侵事情时很有可能错过了挑戰期。

大批量撤出对主链的工作压力：假如一个 Plasma 链上的很多用户在同一时间范围内获取资产到主链，全部用户都需要在挑戰期限内开展挑戰以进行提现，这也就代表着会大批量公布到主链上，造成践踏效用，造成 主链比较严重拥挤。

数据信息易用性难题：理想化状态下，Plasma 链的作业者会将特殊的最底层数据信息（Merkle 支系）发给用户自身开展存放，也就是具有数据信息易用性。但万一作业者做恶，只公布 Merkle 根至主链，但回绝公布最底层的买卖数据信息给用户（即存有数据信息不能用的概率），这会使用户无法验证该 Plasma 链的准确性。

有关新项目：Polygon（Matic）

Polygon 本名 Matic，是一个运作在 EVM 上的根据状态的主链，选用 Plasma 解决方法和 PoS 共识机制。Polygon 对 Plasma 开展了改善，改善关键包括将 UTXO 实体模型变化为余额实体模型、选用双向 PoS 体制、兼容 EVM 等，使其不但能够保证和状态通道相近的、资产具有确立使用者的付款类主要用途，还能够适用运作各种根据智能合约的 DApp。

Polygon 兼容以太币 EVM，有健全的开发环境，以太币上的开发人员能够轻轻松松移殖运用至 Polygon 绿色生态，现阶段包括 Aave、Sushiswap、Curve、1inch 等以内的好几个以太币 DeFi 运用早已移殖到 Polygon 的 Plasma-PoS 链中。

现阶段 Polygon 关键为以太币主链给予拓展，将来会适用大量主链。Polygon 的企业愿景是变成「Layer 2 汇聚器」，除 Plasma 计划方案外，将来还将与此同时兼容 Optimistic Rollup、zkRollup、Validium 等计划方案。

因为 Plasma 计划方案存有没法处理的数据信息易用性等难题，因此慢慢迈向衰落，而更具有优势的 Rollup 计划方案逐渐变成当今最受关心、最具落地式使用价值的 Layer 2 计划方案。

Rollup 的逻辑 Plasma 计划方案相近，二者较大的差别以下。

Plasma 实质上是将测算和数据信息都迁移到链下（自身的 Layer 2 互联网中），只将链下的买卖数据信息开展解决后的結果（Merkle 根）公布到主链，用户没法根据 Merkle 根掌握到每一笔买卖的信息内容，假如 Plasma 链作业者回绝将最底层的买卖数据信息发送给用户，那麼就存有数据信息不能用的难题。

Rollup 计划方案的关键取决于，将链下很多的买卖开展装包缩小（批处理命令），随后将缩小的数据信息公布到主链，公布到主链的缩小数据信息中包括了每单买卖的基本资料，这就确保了数据信息的易用性（验证性），从而能够完成对作业者的免信赖。

下面实际论述 Rollup 计划方案的运作方法。

最先，在主链上存有 Rollup 智能合约，里边存在状态根，即表现 Rollup 状态的 Merkle 根，Rollup 状态包括 Rollup 中的余额、合同编码等。

作业者在搜集到很多链下买卖数据信息后，会在主链上向 Rollup 智能合约进行批处理命令实际操作（能够了解为转化成一个 Rollup 区块链），里边包括装包缩小的买卖数据信息，及其旧的状态根（实行批处理命令前的状态根）和新的状态根（实行批处理命令后的状态根），智能合约会检测新老状态根是不是配对（即新的状态根是不是能够由这批买卖开启状态变换转化成），假如检测根据，旧状态根会升级为新状态根。

批处理命令中的买卖的键入方或输出方能够是来源于 Rollup 外界的，这就可以完成用户在 Rollup 中的资产存储。比如用户从以太币主链迁移资产到 Rollup 合同，那麼该笔买卖就是以 Rollup 外界的以太币主链键入资产至 Rollup 內部，同样，假如是以 Rollup 内获取资产回到以太币主链，就是以 Rollup 內部輸出资产至 Rollup 外界。

Rollup 计划方案中有一个关键的安全隐患：怎样确保批处理命令实行后的新的状态根是恰当的？即如何防范作业者仿冒买卖或状态根、保证 状态变换的实效性。对于该难题，发生了二种 Rollup 计划方案，分别是根据「实效性证实」的 zkRollup 和根据「证实」的 Optimistic Rollup。

计划方案 3.1 · zkRollup

zkRollup 选用 zk-SNARK（零专业知识简约无互动证实）技术性。零知识证明就是指证实者（作业者）可以在没有向认证者给予一切有效的信息内容的状况下，使认证者坚信某一观点是恰当的。在 zkRollup 计划方案中，作业者在进行批处理命令时，除开递交缩小的买卖数据信息和新老状态根外，还必须递交 zk-SNARK 实效性证实，主链上的 Rollup 智能合约会由此检测状态根变换是不是合理，这一全过程等同于让作业者「自证清白」。

zkRollup 计划方案根据零知识证明清除了状态变换全过程中的实效性顾虑，实质上是根据密码算法部件的扶持来替代可靠方（即替代针对作业者的信赖），能够完成无互动、免信赖的高安全系数，也更为合乎数据加密全球的基本上核心理念，并且可以免去类似 Plasma 的挑戰期设置，传出资产获取申请办理后，下一次批处理命令就可以到账。zkRollup 的缺陷取决于，零知识证明转化成全过程繁杂、核算成本高、消耗时间长，因此对通用性的智能合约（比如 DeFi 运用）适用不友善，当今更适用一般转帐买卖等应用领域。

有关新项目：zkSync

zkSync 并不是单一的 zkRollup 构架，只是选用 zkRollup zkPorter 构架（zkSync 2.0 版本号），能够支撑点高些的货运量，并搭建了 zkEVM，zkEVM 适用 Solidity 智能合约，与以太坊 EVM 兼容，开发人员能够在 zkEVM 上搭建运用，或转移以太坊主链上的运用至 zkSync 2.0。现阶段 zkSync 2.0 早已发布测网。

实际来讲，zkSync 2.0 的 Merkle 树构架如下图所显示，分成 zkRollup 和 zkPorter 2个支系，二者有分别的 Merkle 根，并在分别的叶子节点上造成了二种帐户：zkRollup 帐户和 zkPorter 帐户。客户在 zkSync 2.0 能够享有 zkRollup 和 zkPorter 帐户的混和感受，可以随意选择账户类型，且二者是彻底可互操作性的。

zkRollup 和 zkPorter 的差别取决于数据信息易用性的完成方法上。

根据前文对 zkRollup 基本原理的叙述，zkSync 2.0 的 zkRollup 为了更好地确保数据易用性，会将全部链下的买卖数据信息开展缩小并公布到以太坊主链。那样的优势是能够做到和主链同样的安全系数，但缺陷取决于，以太坊主链的区块链尺寸是有限制的，即便是根据缩小，其货运量也很有可能不能满足将来的要求。

zkPorter 等同于附加创建了一个方式为链下买卖给出的数据易用性。zkPorter 帐户的买卖数据信息会公布到 zkPorter，zkPorter 由 zkSync 代币总持有人根据利益证明（质押贷款代币总）来确保安全系数。那样的优势取决于可以完成高些的货运量，但没法做到 zkRollup 的匹敌主链的安全系数。

计划方案 3.2 · Optimistic Rollup

Optimistic 的字面上含意是「开朗」，Optimistic Rollup 和 zkRollup 在核心理念上的差别也取决于此。

zkRollup 的核心理念突显「消极」，默认设置全部的操作者都是会做恶，因此规定每一个操作者在进行批处理命令时都需要与此同时递交实效性证明，以让智能合约认证其实际操作是合理的。

Optimistic Rollup 的核心理念偏重「开朗」，其假定全部操作者递交的批处理命令全是合理的，智能合约不用对其开展检测，只是设置一个类似 Plasma 的挑戰期，在这段时间假如有些人发觉操作者存有仿冒/伪造买卖等做恶状况，能够对其进行挑戰，挑戰取得成功则会回退不正确的区块链，并对有关操作者开展处罚（扣减担保金）。Optimistic Rollup 的实质是欺诈证明，让各监管方互相制约，根据处罚体制来提升 舞弊成本费。

Optimistic Rollup 对比 zkRollup，优势取决于技术性复杂性更低，对实用性智能合约的完成更为友善（Optimistic Rollup 新项目还发布了兼容以太坊 EVM 的vm虚拟机 OVM）。Optimistic Rollup 的缺陷关键取决于和 Plasma 相近的挑戰期设置，资产的获取必须等候长达 7 天的挑戰期完毕，这在欺诈证明体制下是没法防止的。

Arbitrum 一样是选用欺诈证明，与 Optimistic Rollup 基本原理基本相同，关键的差别取决于处理挑戰期限内异议的方法。

Optimistic Rollup 选用单论欺诈证明，在 Rollup 运作全过程中，假如有些人对操作者的批处理命令实际操作造成提出质疑并进行挑戰，那麼便会在主链上一次性仿真模拟启用实行全部批处理命令的数据信息，以认证是不是存有欺诈。

Arbitrum 选用的是积放欺诈证明，将经营规模大的异议拆分为小的异议，一步一步寻找此项异议在批处理命令中的具体地址，随后再根据主链上的智能合约实行该一部分来明确它是不是恰当。也就是仅在以太坊主链中实行最重要的一步，并非实行全部批处理命令开展认证。

积放欺诈证明对比单论欺诈证明，优势取决于可以降低主链上的劳动量，耗费 Gas 更低，缺陷取决于积放认证必须消耗大量的時间，二者的实质能够归纳为处理异议时的链上成本费和经济成本中间的衡量。

Arbitrum 的此外一个优势是能够彻底兼容以太坊 EVM，以太坊上的新项目可以不改动一切编码地布署至 Arbitrum（转移至 Optimistic Rollup 必须变更编码），与此同时能够应用 MetaMask、Chainlink、Truffle 等完善的基础设施建设服务项目。

Arbitrum 是现阶段最受关心的 Layer 2 解决方法，包括 Uniswap、Sushiswap、Bancor 等以内的流行 DeFi 协议书都相继公布应用 Arbitrum 计划方案，值得一提的是，Uniswap 初期协作的 Layer 2 服务平台是 Optimistic Rollup，事后根据小区网络投票决定联接 Arbitrum。除此之外，Chainlink、The Graph 等很多以太坊上的基础设施建设服务项目也公布进驻 Arbitrum，Arbitrum 的将来绿色生态非常值得希望。

Layer 2 扩充计划方案早已经历了多年的演变，最开始仅仅为了更好地完成数字货币的迅速付款，事后伴随着 DeFi 的发展趋势，Layer 2 也就名正言顺地变成了处理区块链应用产业化运用的流行技术规范。在拓展以太坊的路面上，情况安全通道和 Plasma 早已被慢慢抛下，Rollup 逐渐变成包括 Vitalik 以内的全部以太坊小区最认同的解决方法，在其中 Optimistic Rollup 和 Arbitrum 是在现阶段的技术性情况下容易完成的计划方案，而伴随着零专业知识证明技术性的发展，zkRollup 则更有可能变成最后的 Layer 2 计划方案。

计划方案 3.2

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