原文標題：《分析以太坊第2層資產橋接器解決方案：Arbitrum、Zksync和Degate》
作者：Degate團隊
編譯：Agua
摘要：隨著以太坊第2層生態系統的成熟，如何最好地在第2層解決方案之間互通以及實現L2與L1的通訊將成為一個核心問題。我們分析了三種潛在的解決方案。
自2015年誕生以來，以太坊已經迅速成長為最活躍的區塊鏈。從應用的豐富程度、鏈上資產的規模、交易量、安全性等指標來看，它是目前公有鏈中無可爭議的王者。隨著以太坊生態系統的快速發展，尤其是DeFi的蓬勃發展，原本的吞吐量嚴重不足。根據Etherscan.io的每日交易資料統計 ，目前以太坊每秒的交易量（TPS）約為17（如果合約操作比例較高，這個數字會更低）。幾十甚至上百美元的gas費和漫長的交易等待時間已經成為限制以太坊生態系統進一步發展的主要因素。
長期以來，整個以太坊社羣一直在努力解決吞吐量和高費用問題。其中一個主要的解決方案是以太坊2.0，它將大幅提高每秒的交易數量，並將在2021年底釋出。例如，EIP-1559將調整交易費計費方法，這將使gas費用減少。
與此同時，一個明顯的問題出現了：真的有必要讓所有交易在主鏈上計算和處理嗎？
一、Layer2簡介
在一類被稱為以太坊第2層（L2）的解決方案中，本應在主鏈或第1層（L1）處理的交易被轉移到第2層（L2），然後將結果從L2轉回L1進行確認。L2的理論TPS為2000-4000，已經超過了Visa每秒1700次交易的處理能力。因此，許多人認為，L2解決方案是以太坊獲得主流使用者的關鍵。
現有的L2解決方案主要有以下幾類：
Optimistic Rollups：鏈上資料和欺詐證明。使用這種方法的知名專案包括Optimism、Off-chain Labs Arbitrum rollup、Fuel Network。
ZK Rollups：鏈上資料和零知識證明。專案包括Loopring、Starkware、Matter Labs zkSync、Aztec 2.0。
Validium：鏈外資料儲存和零知識證明。專案包括Starkware、Matter Labs zkPorter。
Plasma：鏈外資料儲存和欺詐證明。專案包括OMG Network、Polygon(Matic)、Gazelle、Leap DAO。
狀態通道：使用這種方法的團隊包括Connext、Raiden、Perun。
這裡需要注意的是，側鏈解決方案一般不被認為是L2解決方案，因為它們不繼承L1的共識安全。
作為以太坊最可靠的擴充套件解決方案，Rollups正在獲得市場的認可，因為它們直接繼承了L1的共識機制和安全功能。Vitalik Buterin表示，rollups將是以太坊可以實現的最快的長期擴充套件解決方案之一。Optimistic Rollups和ZK rollups的主要區別在於，它們分別使用欺詐證明和有效性證明來保證資料的正確性。
對於rollups解決方案來說，如何將資產從L1轉移到L2，然後再轉回來，以及如何將資產從一個L2網路提取到另一個L2網路，是最重要的問題，負責這項工作的基礎設施被稱為L2橋。
二、L2橋的工作原理
為了瞭解L2橋的工作原理，我們研究了當前主流的解決方案，並從Optimistic和ZK解決方案中各選取了一個代表性的例子進行比較。
Arbitrum
Arbitrum協議利用其在L1和L2之間的通訊能力，理論上可以在L1和L2之間以無需信任的方式轉移任何形式的以太坊資產（包括以太、ERC20、ERC721等）。當把資產從L1轉移到L2時，資產被存入L1的Arbitrum橋接合約，之後在L2上鑄造同等數量的資產並存入指定地址。當把資產從L2轉回L1時，資產在L2被銷燬，之後在L1的橋接合約中會有等量的資產可用。此外，從L2贖回資產到L1時的一個關鍵區別是，在傳送交易後，使用者必須等待一段時間，才能最終在L1上被確認。這是由Optimistic rollup安全模型決定的。
值得注意的是，官方建議在L1和L2之間的通訊中使用 "可重試"機制。可重試機制的工作原理大致如下：由L1向L2發起的交易首先被儲存在收件箱中，其中包括交易引數，如呼叫資料、呼叫值、gas資訊等。如果萬一該交易第一次執行失敗，它將被放在L2的 "重試緩衝區"，這意味著在一個時期內（通常是一個星期左右的時間），任何人都可以透過再次執行該交易來贖回資產。從L2到L1的重試交易沒有時間限制，可以在爭議期結束後的任何時間進行。
這個機制是為了處理這樣的情況：使用者希望將代幣從L1存入L2，首先將代幣存入L1的橋接合約中，並在L2上建立相同數量的代幣。假設L1上的交易已經完成，但L2上的交易由於費用不足而失敗。這就導致了一個嚴重的問題：使用者在L1上的代幣被轉移，但在L2上沒有收到代幣，實際上被鎖定在L1合約中。有了可重試的機制，使用者（或其他任何人），可以用足夠的費用重新執行交易，最終在一週內收到L2上的代幣。
以下是Arbitrum橋接的基本步驟：
L1->L2
使用者從L1發起一個入金交易
資產被存入L1合約，交易被批次存入收件箱。
交易在L2執行，所投資產被轉移到指定地址
如果交易失敗，它將被存入L2的重試緩衝區，使用者可以在一個爭議期內發起重試。
L2 -> L1
一個使用者在L2上發起一個提款交易
L2將一定時期內收集的交易打包，生成Merkle樹，並將根節點作為OutboxEntry公佈在L1的Outbox中。
使用者或任何人都可以對根節點和交易資訊進行Merkle驗證。
在爭議期過後，使用者可以在L1中完成交易，如果交易失敗，使用者可以發起重試
zkSync
在橋接實現方面，zkSync和Arbitrum的主要區別在於，提款時，交易的驗證是基於零知識證明，而不是防欺詐，基本步驟為如下。
L2 →L1
使用者在L2發起提款交易：將交易資料編碼為位元組串，用正確的zkSync私鑰簽署位元組串，為交易生成以太坊簽名或提供EIP-1271簽名，並透過相應的JSON RPC方法傳送該交易。
將交易傳送到L1：交易進入zkSync的區塊，併發布到L1上的zkSync智慧合約。
驗證區塊：幾分鐘後，將生成證明區塊正確性的ZK證明，並透過驗證交易釋出到L1，直到驗證交易和提款交易完成。
正如你所看到的，zk Rollup方案在退出時間方面優於Optimistic Rollup方案。然而，由於zk Rollup需要時間來實現與EVM的完全相容，預計在不久的將來，Optimistic Rollup仍將成為主流的L2方案。因此，一些團隊已經著手使用第三方橋樑來解決Optimistic Rollup的退出時間長的問題，並帶來更好的使用者體驗。
DeGate Bridge的目標是幫助在Rollup生態系統的早期階段最大限度地降低以太坊資產遷移的門檻，併為基於以太坊Rollup第二層基礎設施的應用程式服務。我們認為，在這個階段的基礎設施中，一個好的、足夠的流動性解決方案需要具備以下幾點。
首先，能夠透過基於市場的方式自動調整不同層的流動性分配。
第二，一個零資本凍結的非預付解決方案，以最大限度地提高資本效率。
第三，最小的gas消耗和最佳的使用者體驗也是必不可少的。
DeGate Bridge以現有的穩定幣AMM曲線和交易市場為基礎，並對其進行最佳化，以實現快速的跨資產轉移。由於目前服務於L2的預言機存在缺陷，DeGate Bridge的第一階段將採用集中託管的方式實施。當以太坊L2上有成熟的預言機時，DeGate Bridge將轉為去中心化的資產橋接方式。
三、L2橋解決方案對比
在本節中，我們將對其他Bridge和DeGate Bridge在實際生產或測試網路中進行實際測試，看一下以下指標。
上下橋的gas費。
上下橋的即時性。
操作的複雜性。
在測試中，我們使用了ERC20代幣，而不是ETH（不需要批准，費用更便宜），我們假設ETH價格為4000美元，gas價格為100Gwei。
在我們的比較中，結果如下。
在這次比較中，我們注意到以下幾點。
Optimism (SNX)：提款操作集合了多筆交易，計算方法是將總費用除以交易數量。
Arbitrum (Testnet)：第2層費用不包括在內，只計算第1層交易的gas費用。
zkSync：在第2層以多個代幣支付費用，大概的費用是根據到達第1層的交易來計算的。
DeGate Bridge：在第2層以多個代幣支付費用，並從第1層到達的交易中計算出近似的成本。
比較結果表明：
有效性：Optimistic rollup（包括Optimism和Arbitrum）一般需要2天到1周的時間才能下橋，表現不佳，而DeGate Bridge的表現更好，即時性強。
GAS費：Optimism消耗的gas費最多，而DeGate Bridge消耗的費用最少，特別是節省了驗證費。
操作的複雜性：DeGate Bridge更方便使用者使用，因為它允許直接交易，無需批准。
四、結論與展望
在這次對各種Ethereum Layer 2 Bridge解決方案的比較中，我們展示了不同解決方案的可行性、優勢和劣勢。我們相信Layer2和Ethereum 2.0將有機會成為Ethereum的第二條增長曲線，讓它演變成一個可以承載數萬億美元資產的經濟 "頻寬"。作為新興區塊鏈基礎設施的一部分，L2橋將在這一過程中發揮重要作用，而DeGate將繼續在這一重要而令人興奮的前沿技術領域進行探索。
