解析以太坊Layer2的四种不同解决方案

原标题：以太坊Layer2汇总

现在每天你都会听到Layer2的声音在你的耳边环绕，仿佛整个世界都在谈论它，由于以太坊L1在当前迭代中每秒处理大约 15 笔交易，这导致了许多问题：网络经常变得拥挤，有时将 gas 费用推到极高的水平，人们只能寻求更佳解决方案，拥有高效处理水平的L2（Layer2）正在不断的取代L1（Layer1）。

以太坊缓慢的交易速度和昂贵的Gas（手续费），被人们抱怨以太坊上述问题之前，这些问题早在2017年Vitalik Buterin就已经提出L2的解决方案，增加了以太坊的交易吞吐量，该协议使用户能够捆绑其他的协议，并在以太坊L2中交易节省费用并提高效率。

因此L2的需求迅速上涨，延申出了L2四种不同解决方案，讲解其代表应用：

1）ZK Rollup阵营            

Aztecnetwork

Hermez Network

Loopringorg

StarkWareLtd

ZKSync

1/5. Loopringorg2017年的8月份众筹了3600万美元资金，开始了Layer2研发之路，没有前车之鉴的Loopringorg经历了4年的技术开发，不断探索，不断创新，Loopringorg终于研发出了全球首个L2的落地应用，并且是目前运行最为历史悠久的L2应用。

在安全和交易方面，Loopringorg采用了零知识证明技术保护隐私和加快交易的速度，无需牺牲以太坊本身安全程度的同时，交易速度每秒可达到2000~4000笔，以太坊2.0上线之后，Loopringorg的交易速度可达到10万+Tps，对比中心化交易所相差无几，闪兑功能、订单本交易、流动性挖矿、以及获得各种收益（Gas费极低），交易时，资金无需交给第三方托管，安全程度超越了中心化交易所，Loopringorg在安全方面做的最为出色，采用了社会钱包恢复，如果用户的设备（钱包）丢失，被盗，被钓鱼或被黑，利用路印社交智能钱包用户，将拥有各种保护措施来保护其资金。以太坊创始人Vitalik Buterin曾表示：“保障资产安全，硬件钱包不够行 ... 助记词也不够行 ... 多重签名很行 ... Loopringorg社会钱包恢复更行！”

Loopring即将构建一个完整的L2生态系统，未来1层生态会随之转移到L2，延续未来最为精彩的篇章，Loopring即将发布的主要版本（包括 EthPort +新的 Web 应用+新的手机 app+ AMM/ 资金池的升级等）将使 Loopring提前踏入未来，可以将路印二层的整个生态视为币安或 Coinbase 的去中心化的安全性加强版。

2/5. ZKSync当前设计的系统，目前每秒可以处理2000~4000笔交易，以太坊2.0上线之后具有100000+TPS，zkSync 2.0将在6个月内进入主网。采用的是零知识证明，安全程度略差路印，在交易速度方面的对比，它们可以说是没有对手。

ZKSync6月2日公布已上线2.0测试网（https://zksync2-alpha.zkscan.io/ ）

开发了链下数据可用性系统 zkPorter，但该版本并未完全兼容 EVM，在密码学方面，zkEVM 的指令集已经完成，并且两个实现都完成了，在电路中和在执行环境中。编译器方面，用 Solidity 和 Zinc 编写的智能合约现在可以编译成 zkEVM，未来将会支持 ADDMOD、SMOD、MULMOD、EXP 和 CREATE2 操作码。在核心基础设施方面，全节点集成完成，能够成功部署和执行编译后的智能合约。

zkEVM 和核心 2.0 基础设施已准备好公开，但编译器需要更多的工作来正确覆盖所有边缘情况。为了提供更全面的开发人员体验，ZKSync决定在编译器 100% 稳定后立即开放对 zkEVM、编译器和核心的SDK（程序开发工具包）使用。

2.0版本ZKSync将支持Layer2 NFT，下一个版本将包括我们的 Web3 API 实现，它将与以太坊文档定义的 Web3 标准兼容。事件将开箱即用，所有服务都可以轻松集成。

3/5. 以太坊第 2 层扩展解决方案 Hermez Network在3月24日上线，Hermez 的使命是从去中心化、效率和包容性的角度为以太坊的可扩展性做出贡献，以促进个人的自主权和自由。

该开发Hermez Network的主网启动，用户现在可以以更低的 gas 成本进行转账。在二层进行交易节省大约 90% 的天然气成本，这几乎是所有的L2都可以做到的前提。

值得关注的是，Hermez Network是一个去中心化的零知识汇总 (zk-rollup)，Tether (USDT)在 Hermez Network 上运行，并在其L2发行了USDT，USDt 是首批在 Hermez 的以太坊第 2 层扩展解决方案上线的稳定币之一，该解决方案旨在提高协议的可扩展性，以确保向全球数百万用户进行更便宜的交易和代币转移。最近几个月网络上的用户活动激增导致以太坊天然气费用飙升。zk-rollups为后续交易瓶颈提供了解决方案。 

Hermez Network是一个Gitcoin的第九期众筹Layer2项目，发展还处于早期阶段，3月24日上线主网，运行时间仅两个月，该网络最初支持 USDT、ETH、WBTC、DAI 和 HEZ 代币进行转账，目前没有任何交易应用等场景，我们可以期待他们未来路线链接：https://blog.hermez.io/hermez-network-roadmap-update/

4/5. StarkWare在3月24日，获得了7500美元融资，Paradigm 领投了这轮融资，就像它在 2018 年 StarkWare 的 A 轮融资中一样。其他回归投资者包括 Pantera Capital、红杉资本、Founders Fund、DCVC 和 Wing Capital，StarkWare 还首次吸引了三箭资本和 Alameda Research 作为投资者。StarkWareLtd前前后后，一共募集1.11亿美元，众多明星机构加持之外；StarkWare还与著名的以太坊项目合作，如 ConsenSys、Infura 和 Metamask。

StarkNet 是一个无需许可的去中心化 ZK-Rollup，作为以太坊上的 L2 网络运行，任何 dApp 都可以在其中实现无限规模的计算，而不会影响以太坊的可组合性和安全性。

可扩展性和完整性

StarkNet 通过在链下生成 STARK 证明并在链上验证这些证明来实现规模化，同时保持 L1 以太坊的安全性。

可组合性和坚实的基础

StarkNet 将提供以太坊级别的可组合性，促进轻松开发和复合创新。

StarkNet 的基础已经在生产中经受住了考验。

开发语言Cairo和商业用途

StarkNet Contracts 和 StarkNet OS 本身是用我们的通用计算编程语言 Cairo 编写的。这使得开发、审查和维护代码更容易、更快捷，使得商业用途方面在 StarkNet 上，开发人员可以使用 StarkNet 合约轻松部署任何业务逻辑，节省更多的时间，Cairo 自 2020 年 7 月以来一直在以太坊主网上生产。

证明者与验证者

证明者：STARK Prover 为 StarkEx 可扩展性引擎提供支持，并且已经展示了在主网上的单个证明中处理 60 万笔交易的能力。验证者：STARK 验证器自 2019 年 6 月起部署在以太坊主网上。可验证任意业务逻辑证明的开罗验证器自 2020 年 7 月起部署在主网上。

5/5. Aztecnetwork自 2017 年 10 月开始运营，他们最初是一家区块链贷款平台，愿景是将Zcash(ZEC)的隐私功能引入以太坊，庆幸的是，今天他们做到了。现在Aztec Network没有发行任何代币。

Aztec Network更专注于使用零知识证明交易私有化，现在推出了一个新的第 2 层平台，该平台也使用相同的尖端密码学来提高可扩展性，它使用一种称为 zkSNARK 的 zk 证明将许多交易捆绑到一个“汇总”证明中，然后发布到主链，从而提高交易吞吐量。据Aztec 称，该网络“完全可扩展”，每秒最多可处理 300 笔交易，为了加强隐私个性化选择，其牺牲了更快的交易速度。

其他团体正在开发旨在提高以太坊可扩展性的zk-rollup技术，据首席执行官 Tom Walton-Pocock 称，Aztecnetwork 技术的独特之处在于它还增加了“可编程隐私”。

首先，使用 zkSNARK 将每笔交易设为私有——发送者、接收者和金额都被隐藏。然后，使用额外的 zkSNARK 将这些交易捆绑到一个汇总中。最终结果是“SNARK 中的 SNARK”，Walton-Pocock 说，他将这种安排称为 “zk-zk 汇总”。

Aztecnetwork的团队表示，PLONK 允许开发 “通用” zkSNARK。Walton-Pocock 说，这意味着 Aztec network的 SNARK 也可以被编程为“真正的任何 Defi 交互，其中产生的动作是一个令牌”。较旧的 zkSNARK 系统，例如最初用于在 Zcash 中启用私人交易的系统，被编程为多次执行同一件事。

添加新的用例将需要一个新的所谓可信设置，即建立任何 zkSNARK（简单零知识论证） 系统公共安全参数所需的复杂的多方计算过程。在首次可信设置后，使用 PLONK 开发的 SNARK用例在理论上是无限的。Aztec Network开发了一种名为 Noir 的新脚本语言，开发人员可以使用该语言编写与 Aztec 2.0 兼容的 zkSNARK 事务。 

2）Optimistic Rollup阵营

Arbitrum

Cartesi 

Optimism Rollup

OMG Network 

Fuel Labs

1/5. Arbitrum无疑在这段时间里，它是Layer2中最耀眼的靓仔，之所以能成为闪耀的靓仔，奥巴马说，这和它背后的团队也有巨大的关系， Arbitrum创始人Ed Felten此前担任普林斯顿做计算机科学的教授，2013年进入区块链行业，一直在钻研区块链。2014年，Ed Felten他跟他的学生做出了 “Arbitrum” 的第一个版本，这个版本在当时只是单纯的研究。

时间回到2015年，奥巴马总统邀请Ed Felten进入白宫，担任奥巴马总统的资深顾问，为美国政府服务期间的一项工作就是对加密货币和区块链研究。2017年特朗普上任美国总统之后，Ed Felten重返学术界继续担任教授生涯，重返学校授课，刚好碰到了现在的联合创始人 Steven和Harry，他们也是Ed Felten的学生，Steven是普林斯顿大学博士。Ed Felten随后带领着他的学生，然后开启了对以太坊L2探索之旅，直至现在，从未间断。

Ed Felten的目标是成为以太坊用户和开发人员的默认L2 Rollup，为了避免昂贵的手续费交易和转账，OKEX近期宣布了将支持 Arbitrum存款和取款，除此之外，Uniswap在社区的号召之下，社区开启自治投票加入Arbitrum的二层网络已经通过，Arbitrum一旦向所有人开放，Uniswap无需额外的工作，即可运行在其网络中。Chainlink 与 Arbitrum 有着深厚的合作关系，这意味着预言机网络的节点可以运行 Arbitrum 验证器节点。已经有150多个合作伙伴应声加入Arbitrum Rollup的队列，合作伙伴数量还在不断增加。

大量的合作伙伴加入，还有开发人员将权衡哪个提供商具有优势，首先，Arbitrum 使用多轮欺诈证明来检测第 2 层上的虚假交易。相比之下，Optimism 依赖于单轮欺诈证明。多轮欺诈证明专注于争议在第 2 层Rollup（汇总）中的确切位置，并且仅在以太坊的第 1 层上执行该部分。单轮欺诈证明需要在以太坊的第 1 层上处理来自第 2 层的更多交易。

在顶层，Arbitrum 的多轮欺诈证明需要更长的时间来解决，同时在主链上使用更少的 gas，而 Optimism 的单轮证明，在一周内，解决得更快，但在发布到以太坊的第 1 层时使用更多的gas，这可能会违反区块链的每块 gas 限制。

根据开发 Arbitrum 解决方案的 Offchain Labs 联合创始人 Ed Felten的帖子，“单轮和多轮之间的选择归结为链上成本和解决争议时之间的权衡。” 其他权衡包括易于部署的项目，以减轻其用户的高天然气费用。

Arbitrum 的一个主要优势，是它不需要开发人员“更改一行代码”，去中心化衍生品交易所MCDEX也表示：“我们在Arbitrum部署，无需在单个代码上进行部署时更改它。”

Maker 基金会前智能合约负责人 Mariano Conti 表示同意，他告诉 The Defiant，“能够将与我在主网上部署相同的代码部署到 Arbitrum 是一个加分项。” Optimism Rollup通常要求开发人员调整他们的代码，而 Arbitrum 的系统允许开发人员将完全相同的代码部署到其第 2 层。

2/5. Optimism Rollup 2019年6 月以来， Optimism一直在构建基于 Optimistic Rollup 的以太坊扩展解决方案。Paradigm投资了该项目，Paradigm CEO是Coinbas的前联合创始人，在行业内投过非常多的成功项目，包括Uniswap。该解决方案旨在增加以太坊的吞吐量（每秒处理约500笔的交易数量）并降低其 gas 费用。

今年早些时候，Optimism与去中心化交易所 Synthetix 一起 “软启动” 其解决方案Optimism虚拟机（OVM）。这意味着 Synthetix 将分四个阶段集成该解决方案，以限制其平台的风险。Optimism 表示，Synthetix 用户已经在享受速度和成本节省。Optimism 表示，超过 100,000 笔交易的费用节省了约 1000 万美元。

另一个与Optimism集成的主要去中心化交易平台Uniswap表示，它的目标是在推出其版本V3的 L1 以太坊主网，并且不久之后将在Optimism上部署 L2。Optimism前身为 Plasma Group，开创了Optimistic Rollups。汇总通过将事务捆绑或汇总到单个事务中来提供扩展。通过汇总，在主以太坊区块链上接收交易，但在第 2 层解决方案上执行，然后将执行数据发送回以太坊。由于计算是在链外完成的，它减少了以太坊的负载，但保持了其安全性。

Optimistic Rollups系统目前不够完善性，推迟在8月份之后上线主网，Uniswap很多社区成员，因为手续费水涨船高导致他们惊慌失措，他们在近期通过投票决议连接了Arbitrum的二层，Uniswap与Optimistic Rollups的合作暂且告一段落。

3/5. Cartesi 正在通过实施乐观汇总的变体来解决区块链可扩展性和高费用的紧迫问题。最值得注意的是，Cartesi 允许开发人员使用主流软件堆栈进行编码，从而彻底改变智能合约编程。Noether 是 Cartesi 的侧链，针对临时数据进行了优化，为dApp提供低成本的数据可用性。

Cartesi 作为第 2 层和乐观汇总解决方案的竞争优势在于，它允许开发人员直接使用主流软件组件和 Linux 操作系统资源编写他们的智能合约和 dApp 。凭借主流的可编程性，dApp 开发人员拥有新的表达能力来创建更复杂和功能更强大的智能合约。它还为从未为区块链编程的常规开发人员的采用打开了大门，并使他们能够使用熟悉的软件堆栈创建分散的应用程序。

Descartes Rollups是Cartesi Rollups的实现，支持使用主流软件堆栈构建的可扩展智能合约。笛卡尔汇总是具有交互式争议解决的乐观汇总的变体。

开发人员将能够使用无数主流软件组件来编写在 Linux VM 上运行的智能合约。借助笛卡尔，开发人员以百万倍的计算收益解决了以太坊的可扩展性限制，同时保留了区块链的强大安全保证。

4/5. Fuel Labs 是一种乐观汇总，一种特殊的侧链架构，既信任最小化又无需许可。与传统侧链不同，在传统侧链中，用户资金的安全取决于与主链矿工脱节的某些验证者中诚实的大多数，乐观汇总直接从主链（以太坊）借用安全性。

乐观汇总的简化版本如下。任何人都可以在链外构建一个汇总块并将其作为调用数据（即附加到交易的简单二进制数据）提交给以太坊。以这种方式提交的每个块都必须建立在前一个 rollup 块的基础上（合约跟踪 rollup 链的块头哈希）并包含一个可参数化的债券。如果一个区块无效，任何人都可以提交并在链上处理一个紧凑的欺诈证明，这会将汇总链回滚到前一个区块，烧掉一部分保证金，并将其余部分奖励给欺诈证明者。在可参数化的超时之后，最终确定汇总块，并且被认为是有效的（即不能再被证明是欺诈的）并且他们的债券被解锁。提款是通过在 rollup 上燃烧硬币来启动的，然后在该 rollup 块完成后完成提款。

Fuel Labs希望用在全球支付结算、特定于应用程序的令牌、虚拟游戏代币和奖励、用户转移 ERC-20 代币等其他应用上。

3）Plasma阵营

GluonNetwork

OMG Network 

Polygon（Matic）

1/3. 之前Matic重命名为Polygon的一部分还将会看到该项目在以太坊或Polkadot相似的系统上运行，并使用多链体系结构进行缩放。Polygon已发布其软件开发套件（SDK），这是一个用于在网络上部署与以太坊兼容的区块链的新框架，SDK是一组可插拔的模块，供开发人员快速部署以太坊兼容链。

Polygon的交易手续费也是相当低廉，每秒可以处理1000~9000笔交易，声称以太坊2.0上线之后，每秒可处理高达65000笔交易。

在可扩展性竞赛中，一颗迅速崛起的明星是Polygon，它是一个侧链网络，Polygon的开发人员工具开箱即用，因此可以无缝移植以太坊智能合约。这样，开发人员和用户可以获得与以太坊相同的功能。方便了合作伙伴加入，在过去的六个月中，包括Aave和Sushiswap在内的许多以太坊dApp将其合同移植到了Polygon的Plasma-PoS链中。

Polygon还将支持其他以太坊可扩展性解决方案，同时兼容Optimistic Rollups ，ZK-Rollups、StarkWare的Validium链，这些扩展解决方案（例如Rollups）仍在开发中，并将在以后实施。

2/3. OMG Network 是一个基于以太坊的区块链生态系统，为投资者提供多种赚取利润的方式。具体来说，OMG 网络是一个去中心化的交易所、一个流动性提供者机制、一个消息传递网络和一个拥有数字资产的区块链网关。该平台因其替代金融和数字商务工具而享有盛誉。这些系统协同工作，无需加密交换即可实现跨链资产转移。

从一开始，很明显 OMG 网络将会有所不同。泰国银行和泰国财政部都批准了该项目。该项目还得到了以太坊阵营、Vitalik Buterin 和 Gavin Wood 的支持。自推出以来，OMG 取得了可观的增长和发展。今天，OMG 网络作为一个有价值的第二层扩展解决方案，增加了以太坊的交易吞吐量。具体来说，该协议使用户能够捆绑他们的以太坊交易以节省费用并提高效率。

该项目的首席开发人员正是 Joseph Poon。他最出名的是开发闪电网络和 Plasma。这两种第二层协议都有可能彻底改变市场向前发展。他的专业知识帮助 OMG 网络成为市场上独一无二的项目。

令人印象深刻的是，该项目在早期就获得了无数老牌投资者的支持。这些投资者包括日本的丰田金融服务公司、三井住友银行、SMBC 风险投资公司和 Aioi Nissay Dowa 保险公司。这些发展有助于增强寻求参与 OMG 网络的个人的信心。

OMG 网络促进了区块链上的跨平台支付。这个开放的支付平台和去中心化的交易所驻留在以太坊区块链上，为用户提供了一个可扩展且完全开放的替代方案。OMG 用户享受低费用、快速交易时间和兑现选项。6 月，OMG Network 推出了一种新的扩展解决方案，可将交易速度提高到与 Visa 等全球支付处理器相当的水平。

3/3.GluonNetwork倾向需要可扩展性的去中心化高频应用程序提供支持，Gluon是一个专门构建的侧链，旨在避免以太坊的缺点，拥堵和昂贵的交易费用，以及基于 UTXO 的等离子侧链的问题。Gluon 以新颖的方式利用汇总，最初是为没有托管风险的高速交易而设计的。Gluon 创建了高效的小型汇总（使用 Merkel Root）以利用以太坊主链的基本安全优势。

Gluon Rollups Layer2 的发展直接源于可预见的具有 UTXO 模型的等离子侧链的可扩展性问题，尤其是对于交易所。它是其他一些 Layer2 模型的替代方法，例如 ZK Rollups 和 Optimistic Rollups。ZK Rollups 生成 SNARK 证明，这会导致问题，因为它需要额外的计算资源并在链上创建更大的足迹，随着状态的线性增长而产生可扩展性问题。Optimistic Rollups 受到吞吐量限制和 7 天提款延迟的影响。然而，Gluon 克服了这些问题，同时还具有完全知识透明和探索器的关键优势，可以完全确定 Layer2 状态的正确性。

Gluon Rollups 优于基于 UTXO 的 Plasma 侧链，后者具有一些缺点，尤其是对于交易所而言。使用主链进行存款等交易会导致见证限制。这是对主链确认的过度依赖，可以创建大笔交易，如果大量用户想要退出该链，则大量 UTXO 会变得不堪重负，并且由于不可预测的拥塞和费用可能导致 Plasma 侧链无法通过完整性检查，输出倾向于分散到尽可能小的大小，从而导致可扩展性和时间优先级的自然结果问题。

Gluon 状态有一个实时浏览器来跟踪任何活动。简而言之，每个参与者都拥有足够的数据来证明任何新条目的正确性和先前条目的链接，从而维护安全性。有效性可以通过像 UTXO 系统一样追溯到源头来证明。由于这样的回顾是不切实际的，因此实时验证更改以保持效率。

可以在 Gluon 上进行合约升级，而无需单个用户与部署的新合约进行交互，并且可以无缝迁移任何用户数据。这可能是及时需要的一段关键代码，或者是建议的升级。这也与全面的 Gluon 欺诈证明有关，可以告知任何需要停止或采取行动的情况。

4）Hybri

Celer Network 

1/1. Celer Network成立于2018年，是一个第 2 层扩展平台，可将以太坊、Polkadot 和其他区块链上的快速、安全和低成本的区块链应用程序推向大规模采用。Celer 推出了世界上第一个广义状态通道网络，并通过先进的 Rollup 技术继续推动 layer2 扩展的前沿。CelerX、cBridge、layer2.finance 等基于 Celer 构建的应用程序和中间件在游戏、DeFi 和区块链互操作性领域吸引了超过 100 万用户。

以太坊上多个不同的二层网络之间的即时、低成本的价值转移，包括 Optimistic Rollups，如 Optimism、Arbitrum 和 Celer Rollups，以及 PoS 侧链，如 Matic 和 SKALE，无需经过底层的第一层区块链。即时从/到以太坊第 1 层进入和现有第 2 层，无需长时间延迟。 一个区块链上的第 2 层和完全不同的第 1 层区块链之间的双向桥接，根本不需要通过相应的根第 1 层。 在具有完整跨链路由支持的任何单链中无缝连接到 Celer 状态通道网络。

你可以将Celer Network理解成一个混合通用2层方案，可以兼容所有的区块链在2层运行，并且在其链上编写程序。