深度探究波卡能給 Layer2 帶來什麼驚喜?

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背景

如果不是因為最近加密市場行情走低,可能大部分人在以太坊上轉一筆ETH都稍顯費勁兒,畢竟行情的下滑導致了轉賬的人數變少,也使得轉賬費用相應走低,現在一筆轉賬費不到2USDT,這在幾個月前是難以想象的。

儘管現在的gas費看似很友好,但這僅僅是環境變化導致的結果,要知道ETH的擁堵問題已經變成了“老大難”的棘手之事,這也是為什麼在幾年前會有眾多公鏈號稱要擊垮以太坊的原因,畢竟擁堵問題和高轉賬費似乎成了詬病,但多年過去,那些在以太坊面前耀武揚威的公鏈們幾乎已經銷聲匿跡,而剩下的只有另一群新興玩家——Layer2團隊。

也許在幾年前Layer2並不被行業所看好,一些當時聲稱要做Layer2賽道的團隊其實已經換了一批,畢竟這個故事聽起來並沒有“超越以太坊”這樣令人心動,但事情發展到了今年,一些改變正在發生,眾多Layer2專案如雨後春筍般冒出,甚至在前一兩個月成為了行業的熱點,融資數額也在不斷攀升,不少專案的天使輪就超過了100萬美元的募資。

因此作為波卡這樣的大生態,我們也有必要了解下其生態內Layer2的發展,也許有人會說波卡不需要Layer2,但Layer2作為一種新興的技術解決方案,我們不能太早的下定論,而從波卡生態中的Layer2專案的發展來,Layer2的潛力也不容小覷,這是值得我們關注和研究的方向。

Layer2到底是什麼?

Layer2的定義

Layer2,又叫二層網路,顧名思義,是相對於Layer1來說擴充套件了一層新的網路。按照目前比較常見的定義方式,我們對Layer2的描述不能單從Layer2本身來敘述,還要探討Layer1,這就好比若要描述雞蛋是什麼,就不得不提及雞究竟是什麼一樣。

在比特幣剛誕生之時,僅用於小範圍的價值傳遞是綽綽有餘的,不會存在網路擁堵的問題,而當幾年後,進入比特幣網路的使用者越來越多時,擁堵便自然發生,這與以太坊的問題相似。如果不是加密貓和以太坊上大量應用的出現,可能大家並不會詬病以太坊的擁堵,而事實是以太坊的發展隨著之後DeFi的大爆發而呈現飛躍式增長,其網路上的應用也日益增多,擁堵自然成了家常便飯。

而在幾年前(大概2016年左右)我們習慣性把比特幣和以太坊這樣的主鏈稱為Layer1,其上面可以承載網路的所有功能,包括交易資訊、智慧合約或者計算工作,正因如此,當所有的功能都在一個“盒子”裡完成時,擁堵問題在所難免。

於是,有人想到了透過擴充套件的方式,提高Layer1的效能,其中就分為兩大類。一類是擴充套件Layer1層面,這一類的代表就是分片,我們可以理解為原本的Layer1好比是某家會計師事務所A有一萬個會計在計算和記錄賬本,但是每次新算一頁賬本就需要每個會計師都要計算,記賬上並傳給下一個人。但是如果需要記賬的交易太多,他們處理不過來的時候,就會發生拖延,也就是鏈上發生擁堵了。而分片好比是把這一萬個會計師分為50個小組,每個小組只有200人,新算一頁賬本的速度就快了幾十倍。這就是在Layer1層做的擴充套件。

但還有另外一種思路,是把鏈上的一些需要計算的交易拆分出來,透過智慧合約和機制把一部分交易放在另一條鏈上來完成,這就是Layer2層面的解決方案。這個解決方案,按照剛才會計師事務所A的比喻來理解的話,相當於是他們把許多需要計算的交易交給了另外一家會計師事務所B來計算,然後會計師事務所B計算好了結果,再返還結果給到A,從而完成了所有交易的記錄。這就是找了外援,也就是第二層網路,來輔助計算,達到了擴充套件的效果。

在經歷多種嘗試後,我們現在已經習慣性把比特幣、以太坊這樣的主鏈稱為Layer1,而把其延伸出來作為功能補充或者降低主鏈負擔提供效率的部分稱為Layer2。當然從共識的層面來說,Layer2只是部分共識,其決定意義的依然是Layer1,至此我們大概說明白了Layer1與Layer2之間的關係。

如果非要再用一個比喻形容Layer1和Layer2之間的關係,大概就是總公司和分公司的狀態。所以,當總公司現在已成定局時,發展分公司必然成為了資本追捧的賽道,畢竟還沒有那個最好的分公司(Layer2)產生。

而值得注意的是,波卡本身並不是Layer1或者Layer2,它更貼近於Layer0,或者稱為元協議(我們在科普知識中有詳細介紹),而其平行鏈扮演了Layer1的功能,這也是為什麼波卡具備了無限擴充套件性的原因。

Layer2有什麼意義?

前面我們談到了Layer2的發展是行業的一個重點和熱點方向,那麼其背後究竟隱藏了什麼樣的魔力,才使其成為了行業當前的“香饃饃”,而我們嘗試從兩個角度去探索這層意義,供大家瞭解。

2.1 效能擴充套件

首先Layer2最直觀的意義莫過於是給Layer1帶來了效能上的擴充套件,也就是直戳核心痛點,解決主鏈的擁堵問題或者高額手續費問題,而這在目前的Layer2網路中似乎已經產生了不錯的化學反應。

例如當前熱門的以太坊Layer2網路Polygon可以將交易速度降低到幾秒完成,實現了真正意義上的絲滑體驗,而其成本大概在0.00002美元,與以太坊相比可謂是成倍的遞降,因此Layer2網路確實可以在很大意義上提高主鏈的效能,甚至徹底改變主鏈的刻板映像。

這應該是目前Layer2專案帶來的最為直接的改變,也是最被大家所熟知的方向,而Layer2專案也確實做到了扮演一個合格分擔主鏈壓力的“跟班”角色。

2.2 功能擴充套件

除了上述提到的從效能上改變主鏈的狀態,還有不少Layer2網路承載了Layer1的升級功能,他們的存在除了要改善Layer2的功能,還有一部分作用是增加主鏈的功能,例如給比特幣這樣不具備智慧合約的主鏈加入智慧合約,使其也能擁有像以太坊一般的部分功能,之前我們提及的波卡生態專案ChainX和幾年前大火的RSK(Rootstock)都充當了這樣的角色。

而隨著DeFi的火熱以及更多資金進入加密貨幣領域,對交易和資產的隱私保護逐漸成為大家關心的方向,但是像比特幣、以太坊這類在設計之初就沒有考慮過隱私功能的Layer1來說,透過Layer2的方式為其附加隱私計算的功能也是許多團隊努力的方向。

當然,這樣的Layer2專案目前並不是最主流的賽道,畢竟增加功能的效果趕不上針對處理痛點問題來的實在,甚至在波卡生態中,這些功能都是可以透過平行鏈來實現,自然不會那麼受到關注,但也不乏一些優質的專案,他們既可以改善主鏈效能,還能給主鏈帶來其他功能,起到如虎添翼的作用。

綜上,我們不難發現Layer2確確實實改變了行業當前的一些格局,甚至會帶來一些意想不到的驚喜,所以才會成為當前的熱門賽道。

當前流行的Layer2技術的基本情況

作為當前的熱門賽道,Layer2的技術也在蓬勃的發展中分化成了幾個方向。我們僅就當前流行的Layer2技術方向展開討論。

1

狀態通道

狀態通道的本質是由主鏈充當法官的角色,交易雙方透過在主鏈建立一個去中心的制衡機制開啟狀態通道,在鏈下進行交易並確認狀態的改變,最終上傳交易的最終結果並關閉狀態通道。主鏈建立一個智慧合約充當法官,以確保交易的真實性。

由於瞬時交易是在通道內部進行的,並不會廣播或者記錄在主鏈上,所以狀態通道具有良好的隱私性。同時它也具有即時終結性,非常適合需要長時間裡許多狀態更新的參與者。然而狀態通道比較適合具有一組確定參與者的應用程式,並要求參與者保持隨時線上,每開啟或關閉一個狀態通道都需要一個鏈上交易。因此具有一定的侷限性。所以,狀態通道往往適合小額交易,無法承載像交易所這麼大的交易量,並且通道的設定也需要耗費一定的時間。

Lighting Network、Celer Network和Radien Network都應用了狀態通道。

2

側鏈技術

側鏈技術是一種讓主鏈與側鏈之間產生價值互動的技術,側鏈能夠一對一的與主鏈產生聯絡,就好像共生。其本質在於主鏈和側鏈的雙向錨定,當主鏈的資產想要轉移到側鏈時,就需要將相應數量的通證進行鎖定,然後再將等量價值的側鏈通證進行釋放。反之,如果通證想要轉回主鏈,就鎖定該數量的側鏈通證,釋放相應的主鏈通證。

其優勢在於,當主鏈上的交易處理不過來時,能夠把部分轉移部分到側鏈。提高了主鏈的吞吐量。並且當應用主鏈的使用者過多,導致功能難以增加,我們可以透過更改側鏈新增相應的功能,具有較高的靈活性。同時,側鏈架構本質上是一種分片機制,其程式碼和資料是獨立的,不會增加主鏈的負擔,避免了資料的過度膨脹。

然而側鏈技術本身也有諸多的缺陷,其複雜度較高、可能存在欺騙性轉賬、有中心化挖礦的風險和軟分叉的風險。當前比較典型的應用是ConsenSysBTC Relay、Rootstock、Injective、BlockStream推出的元素鏈以及非比特幣的側鏈Lisk。

3

Plasma

Plasma其實也是一種側鏈,是具有非保持性質的側鏈。Plasma最早由以太坊的V神和Joseph Poon在2017年提出,本質上是一條適用於任何使用者之間交易的獨立的區塊鏈,它錨定於以太坊主鏈,並使用欺詐證明來解決仲裁糾紛。

簡單點說,與通常的側臉相比,Plasma將主鏈(Layer1)的交易吞吐量轉移到Plasma(Layer2)上,Plasma(Layer2)將有關交易順序的資料換算成雜湊值儲存在主鏈(Layer1)上,並且增加了欺詐性證明的退出機制,使得人們可以透過傳送鏈下訊息來轉移鏈上資產,這也利用到了主鏈(Layer1)的算力來保障Plasma(Layer2)的安全性。

Plasma極大地提高了交易的吞吐量。然而由於Plasma只是把鏈外的資料放在主鏈上進行公證,所以在資料可用性在存在一定的缺陷。同時Plasma本身不支援低延遲交易,有時候反而會導致交易的延遲。

Plasma的諸多創新獲得了許多專案的關注,Polygon(前Matic)、OMG等都部署了Plasma。但新的技術也在迭代,一項技術的成熟也啟發了Plasma團隊,而提出了更新穎的Layer2解決方案,這就是Rollup技術。

Rollup橫空出世帶來Layer2的新賽道

Rollup的概念可以追溯到2014年,被以太坊聯合創始人Vitalik Buterin稱為“Shadow Chain”,即影子鏈。Rollup建立在“Shadow Chain”構想的基礎上,透過在鏈外執行狀態並且僅使用以太坊區塊鏈來實現資料可用性。Rollup的區塊釋出或狀態更新僅透過tx CALLDATA將一些資料釋出到每個事務的主鏈上,從而提高了吞吐量並克服了側鏈的資料扣留攻擊問題。

Rollup的出現,啟發了眾多關注Layer2賽道的團隊,隨後根據不同的思路,Layer2開始演化出兩條不同的路線,一條是運用了零知識證明的路線,比較有代表性的是ZK Rollup和Validium;另一條則是運用了欺詐證明的路線,比較有代表性的是Optimistic Rollup。

4

ZK Rollup

ZK Rollup是在2018年下半年由Barry Whitehat和Vitalik先後提出的關於Optimistic Rollup的改進方案。其本質是將鏈上的使用者狀態的變更壓縮儲存在Merkle樹中,用零知識證明保證其變更過程的正確性,並將證明的Proof提交到鏈上。

其優勢在於,主鏈不需要單獨驗證每筆交易的合法性,僅需校驗Proof的有效性,極大的提高了主鏈的吞吐量。其狀態轉變嚴格的依賴於密碼學證明,保證了安全性。同時資料的可用性可以讓任何人都能根據鏈上儲存的交易資料,還原出賬戶的全域性,從而消除由於資料可用性帶來的安全風險。而且在簡單支付、交易和其他特定應用案例中,ZK Rollup可以大大的減少鏈上的成本。

然而由於零知識證明的計算成本很高,所以在執行復雜的智慧合約上,需要付出較高的Gas費。同時ZK Rollup的語言比較複雜,在相容EVM不是特別的友好,導致其應用受到了一定的阻礙。當前StarkWare、Lien、Tether在ZK Rollup都有所部署。

5

Validium

Validium是以太坊Layer2的一種擴充套件性解決方案,其所有交易的有效性都使用零知識證明來強制執行。每次從特定使用者賬戶發生的價值轉移都需要得到使用者的授權,從而提高了使用者資產的安全性。

我們可以看出Validium與ZK Rollup是有非常多相似之處的,不同的是ZK Rollup具備鏈上資料的可用性,而Validium僅具備鏈下資料的可用性。因此,Validium的吞吐量會高得多,但由於其資料可用性在鏈下,並沒有實現完全的去中心化,這會導致其運營者能夠主宰使用者的資產,並且抗攻擊能力差。所以,Validium會更加適合遊戲類的DApp,而無法承擔安全要求較高的支付和交易等金融場景。

當前NFT交易平臺Immutable X,StarkEx、Zk-porter部署了Validium。

6

Optimistic Rollup

Optimistic Rollup是Plasma的團隊由一個研究團體轉型成了一家名為Optimism的盈利性初創公司之後,所推出的Layer2解決方案。

該團隊推出了Optimistic虛擬機器(Optimistic Virtual Machine,簡稱OVM)的內部測試環境。OVM基於EVM構建,旨在為Optimism的Layer2方案提供與底層區塊鏈相同的智慧合約服務。

OVM可以將所有不同的Layer 2方案集合在一起,Plasma、狀態通道和Optimistic Rollup等Layer2解決方案已經在OVM上得到了概念驗證。Optimistic Rollup在構造上也大量借鑑了Plasma和ZK Rollup設計。

Optimistic Rollup本質上預設了交易的有效性,是一種基於欺詐證明運算的相容EVM的Layer2擴充套件性解決方案。Optimistic Rollup具有免信任、免託管、免許可,表達性強等諸多優勢。然而其交易確實時間較長、資金提取延遲,具有一定的風險。

當前區塊鏈文件傳輸解決方案 CargoX、Celer、Metamask都部署了Optimistic Rollup。

7

Arbitrum Rollup

Arbitrum Rollup 由OffchainLabs 團隊開發,是針對以太坊Layer2擴容方案。本質上是一個運用了Rollup技術的由以太坊鏈上合約管理的鏈下協議。簡單點說,Arbitrum將實際計算和儲存放在了鏈下執行,而將交易資料進行最佳化壓縮記錄在以太坊之上以保障安全性,從而提高吞吐量,並降低了交易費用。

基於此,Arbitrum Rollup的安全性可以得到保障,並且與以太坊EVM完全相容。任何人都可以在Arbitrum上部署智慧合約,並且具有非常高的可擴充套件性和低成本。然而由於所有的Arbitrum的交易資料都會被髮布在以太坊上,則單位時間內可釋出的交易數量仍然受到以太坊的限制,並不能達到完全擴容的效果。

當前Uniswap、SushiSwap、去中心化交易平臺DODO、去中心化交易所Bancor、去中心化衍生品交易平臺MonteCarloDEX在Arbitrum都有所部署。

波卡上的Layer2生態

相比於以太坊、BSC、Solana等做一條綜合性的公鏈的Layer1,波卡生態裡作為Layer1的平行鏈則更偏專業化一些,而且對於Layer2來說,波卡本身就有一個驚喜。我們先來看看,波卡生態中涉及Layer2的專案是什麼情況。

1

ChainX

ChainX是基於Substrate框架開發且最早上線的專案,致力於比特幣Layer2拓展、數字資產閘道器及波卡二級中繼鏈的研究與應用。

早在2019年ChainX就已經成功將BTC跨鏈到ChainX上,並可生成了跨鏈資產XBTC。而XBTC的轉賬可以做到僅需6s(因為出塊時間是6s),轉賬費用僅需0.00015個pcx,算下來不到1美分。隨後在2019年11月16日,ChainX又釋出了比特幣的智慧合約平臺,ChainX利用在Substrate領域的開發經驗,將全新的智慧合約接入到比特幣身上,從而實現比特幣的新功能。

ChainX透過跨鏈的方式將BTC與ChainX連線,併為BTC帶來了交易吞吐量的大幅提升,以及轉賬費用的大幅降低,同時也賦予了BTC智慧合約的功能,為BTC帶來了效能擴充套件以及功能上的擴充套件。

2

Celer Network

Celer Network是一個Layer2的平臺,旨在將以太坊、波卡和其他區塊鏈上的快速、安全和低成本的DApp推向大眾。

Celer Network最早是做狀態通道的方向的,之後推出了世界上第一個通用狀態通道網路,而隨著Layer2的各類新興技術解決方案Rollups(Optimisitc Rollup、ZK Rollup等)的出現,Celer Network也在運用先進的Rollup技術推動Layer2擴充套件技術的前沿發展。

2021年2月19日,Celer Network便推出了基於Optimistic Rollup的DeFi 擴容提速解決方案Layer2.finance,旨在以不同的方式使用Layer2的Rollup方案。與其他Rollup方案類似,使用者可以透過對Layer 1上的Rollup合約進行存款交易來將資金存入Layer2.finance的Rollup鏈,但是Layer2.finance不會將DeFi協議本身遷移到Layer2上。

目前,建立在Celer Network上的CelerX、cBridge、Layer2.finance等應用和中介軟體已經在遊戲、DeFi和區塊鏈互操作性領域吸引了超過一百萬的使用者。

3

Astar Network

Astar Network是Plasm Network品牌升級之後的新名字,原有的Plasm Network更多的是定位為在波卡上實現Layer2技術,如今隨著品牌升級Astar Network還有了新的定位,Astar Network現在的定位是成為波卡上的dApp中心,它將支援以太坊和ZK Rollups等Layer2解決方案。Astar旨在成為一個多鏈智慧合約平臺,將支援多個區塊鏈和虛擬機器,如EVM和WASM。

不過需要注意的是,Astar的新定位並不是換了一個賽道,反而是在原有的基礎之上換到一個前景更廣的定位。其實Astar做品牌升級是可以理解的,因為按照之前的定位,它想要在波卡上實現各種Layer2的解決方案,而實際上是它基本已經完成了這個目標了。

Astar在建立之初就考慮到了Layer2擁有非常大的潛力,於是在他們在一開始就選擇採用以太坊基金會支援的Plasma團隊,也是之後轉型為Optimism團隊所開發的OVM。這也意味著Astar也將支援所有Layer2協議的虛擬機器。

而在今年3月份,Astar完成了另一個重要的Layer2解決方案ZK Rollup在Astar上的功能實現。基本算是完成了他們之前的定位目標,所以,Astar轉型並重新定位一個更高更廣大的目標,也可以說是理所當然的了。

對於Layer2來說,波卡本身的驚喜是什麼?

可以看出,由於波卡本身是可以全面支援EVM、Solidity的(畢竟波卡創始人本就是最懂以太坊的),波卡生態的許多專案,可以很快的將現有的成熟Layer2技術接入到波卡生態當中,再透過轉接橋或其他方式,讓其他平行鏈也能享受到Layer2的功能。但,這還不是波卡對於Layer2的最大優勢。

前面我們提到,對於Layer2來說,波卡本身就有一個驚喜。

這裡需要提前給對技術要求很嚴謹的朋友打個預防針,我們稍微拋開一點成見,把Layer2的定義以廣義的角度去理解它,Layer2技術實際上就是將資產先轉移到另一個地方去(Layer2),進行處理之後再將資料傳回去,以達到在Layer1上實現不了的一些功能(不僅僅是擴容)。

那麼,如果我們仔細看Layer2的技術實現方式,與波卡的轉接橋的邏輯,會發現兩者可以說在某些方面是有異曲同工之妙的。

以目前官方與Interlay團隊正在做的BTC轉接橋為例,如果將BTC透過轉接橋接入波卡後,其跨鏈過來的PolkaBTC,就可以在波卡生態上以更快的交易速度,更低的交易成本實現BTC在效能上的擴容,而另一方面,透過將PolkaBTC與眾多支援智慧合約的波卡生態平行鏈進行跨鏈互動,不就可以為BTC賦予智慧合約在功能上的擴容了嗎?

如此一來,我們可以理解為,如果把某一條鏈用轉接橋接入波卡生態,就相當於是可以把整個波卡生態都可以看做是這條鏈的Layer2了。(注意,這裡的Layer2是指整個波卡生態,這與我們以往文章裡提到的,波卡中繼鏈是Layer0,平行鏈是Layer1,並不衝突。)

這可以做到什麼呢?舉個例子,波卡有龐大的生態,眾多專案的發展方向,正暗合波卡創始人Gavin的思路。Gavin提出,未來的區塊鏈應該是一個多鏈的生態,沒有一條鏈能做到所有的事。這意味著,未來不會是一條鏈囊括所有的功能,而是會變成擁有不同功能的公鏈與其他公鏈透過波卡連線起來,並可以互相操作,互補功能。比如波卡生態中就有專注於隱私計算的專案,專注於NFT協議的專案,專注於DeFi的專案,而這些專案都可以為波卡生態提供可以非常方便接入的某項功能的模組,讓其他平行鏈獲得比如隱私的功能,DeFi的一些模組等等。

像BTC這種在功能上除了轉賬以外,幹啥啥不行的公鏈,可以透過波卡生態眾多專案方提供的模組,像組裝樂高一樣為其附加各種功能,這就是波卡對於Layer2最大的驚喜了。

後記

以太坊在DeFi最火爆的時期,其高昂的gas費和低吞吐量讓各大DeFi專案記憶猶新,如果不考慮Plan B,勢必會導致使用者的流失。所以,眾多DeFi專案紛紛出逃以太坊,選擇在各大公鏈都部署自己的應用或者轉移到Layer2的陣地中。

而Polygon(前Matic)作為Layer2的知名專案,在最近幾個月中大放異彩,知名DeFi專案如Aave、Sushiswap、Curve和1inch等,以及OpenSea和Decentraland等主流應用紛紛整合到了Polygon上,以至於Polygon在鎖倉量和交易量上都得到了巨大的增長。截止目前,Polygon已經有47.8億美元的總鎖倉量了(據DeBank資料顯示)。雖然,總鎖倉量並不能很準確的表達一個生態的發展,但是它也或多或少的代表著這麼多體量的資金對Polygon的信任。

如今,Kusama插槽拍賣正在如火如荼的進行中,而波卡的插槽拍賣也會很快的上線,樂觀一點預計能在8月開始拍賣。從目前的Kusama的插槽拍賣情況來看,擁有Layer2功能的Astar的先行網Shiden很可能會獲得第三個Kusama插槽資格,相信在波卡生態中也會有類似的情況發生。

屆時,波卡生態會很快就擁有Layer2的功能,對於想要遷移到Layer2的DeFi專案來說,波卡上就有可以承載的平行鏈了。另外,正如我們最後提到的波卡本身就是對Layer2來說的一個驚喜,當波卡插槽開始拍賣時,我們就可以期待比特幣跨到波卡生態後,享受這個驚喜,最直接的體現就是圍繞著跨鏈到波卡上的BTC,DeFi專案會如何爭奪BTC的份額,這將是一出波卡生態爆發的好戲。

感謝ChainX,Patract Labs對本文的支援。

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