D1 Ventures：簡析以太坊 Layer 2 方案與 DeFi 擴容選擇_EFI

可組合性壁壘將導致不同類型DeFi應用選擇不同Layer2方案。去中心化交易所選擇ZKRollup，借貸類、合成資產類項目向OptimisticRollup聚集，兩類項目分別在兩種網絡內部實現可組合性。

原文標題：《D1Ventures：DeFi應用Layer2擴容方案選擇指南》撰文：D1Ventures

DeFi熱潮，再次突顯以太坊性能問題

以太坊是目前最去中心化的智能合約與應用平臺，任何一筆交易或者一個合約的執行都會被分布在全球的8000余個節點所驗證和儲存。

足量的冗余是工作量證明機制下網絡安全的保證，但由于節點間同步速度受網絡通信帶寬的限制，整個網絡在一定時間內可以達成共識的狀態變化有限。交易發起者和合約運行者需要通過競價來獲得這些資源。

具體地，以太坊目前每秒可以處理的交易數可以按以下公式計算：

公式中，以太坊區塊的Gaslimit以12,500,000計，平均區塊間隔以13.2秒計，可以得出以下表格：

從表格中可以看出，向Compound存入ETH等復雜的合約交互的Gas開銷大于數十筆Ether轉賬，一筆復雜交易的轉賬費用可以高達數十美金。當以太坊收到越來越多DeFi等應用的復雜交易時，每秒可處理的交易數將快速下降。而這也正是目前正在發生在以太坊上的變化，下圖顯示了與主要DeFi項目賬戶數的變化趨勢。

與DeFi應用交互過的賬戶總數，來源：@richardchen39

區塊Gaslimit和Gasused，來源：@alex_kroeger

盡管區塊Gaslimit在6月19日的礦工投票后增加了25%，區塊的使用率仍然居高不下。用戶被動地支付更加昂貴的GasPrice來競爭Layer1緊張的處理能力，GasPrice正在DeFi應用爆發式增長的推動下同步上漲。

Illuvium將與GameStop聯合推出Illuvium x GameStop D1SK NFT:6月5日消息，鏈游 Illuvium 將與 GameStop 聯合推出Illuvium x GameStop D1SK NFT，其中包含了獨家限量版 Illuvitar。該 NFT 總量為 2 萬枚，將于 6 月 12 日啟動銷售。[2023/6/5 21:17:02]

GasPrice中位數周線，單位：GWei，來源：@alex_kroeger

盡管競價打包的機制提高了礦工收益，維護了以太坊的穩定運行，但成本的提高同時顯著地限制了DeFi應用的發展和用戶的進一步增長。按照目前的以太坊GasPrice，將1ETH在UniswapV2中兌換為LEND所需要的Gasfee為0.04544ETH，向流動性提供者支付比例為0.3%，相加起來是中心化交易所一般收取的0.2%手續費的24.22倍。

高昂的手續費使用戶望而卻步，DeFi應用開發者和投資者正在急切地尋求合適的擴容方案。

欺詐證明還是有效性證明？

Layer2擴容的思路簡而言之是將許多筆交易用一個證明所取代以節省Layer1的資源，相應的，這個應該可以證明對應的多筆交易的有效性。自然地，證明的方式可以分為兩種：

欺詐證明，提出證據以證明鏈上的狀態轉換并不正確；有效性證明，提出證據以證明鏈上的狀態轉換正確。欺詐證明對應的Layer2擴容方案樂觀地假設鏈下交易均真實有效，直到某方提出證據證明其存在錯誤。多數我們熟悉的擴容方案都屬于欺詐證明類方案，其中包括狀態通道、Plasma、OptimisticRollup等，這些方案在作惡者為少數的系統中非常高效，因為多數交易無需證明即被樂觀地認為是真實有效的，證明這些交易真實有效所需要的開銷被節省了。

去中心化身份公司Qui Identity完成約500萬美元融資，Round13領投:8月4日消息，去中心化身份公司Qui Identity宣布已完成650萬加拿大元（約500萬美元）融資，數字資產基金Round13領投，OMERS Ventures、Wittington Ventures、以及加拿大和美國Web2和Web3領域的一群匿名天使投資人參投。Round13今年推出一個加密專項基金Round13 Digital Asset Fund，專注于在加密基礎設施和Web3項目上進行投資。（betakit）[2022/8/4 12:02:26]

但為了避免惡意交易成為漏網之魚，采用欺詐證明的系統必須留出足夠的「容錯時間」或者說「質疑時間」來接收欺詐證明以證明某些交易并不真正有效而將之取消。在質疑時間之內，Layer2上的交易仍然有被修改的可能，關聯賬戶的余額在Layer1上仍將被鎖定，無法退出。同時，這種機制的有效建立在被害者有能力在「質疑時間」內認識到系統的錯誤并提交欺詐證明以糾正的「在線假設」基礎之上。在這一假設中，對錯誤的沉默等同于對錯誤的默許。攻擊者常常通過各種手段阻止利益相關方在質疑時間之內提交欺詐證明而完成攻擊。欺詐證明類方案必須在質疑時間的長短上做出取舍。

有效性證明類方案，如ZKRollup與Validium等，相比欺詐證明穩重許多，系統每次在Layer1上進行狀態轉換時都提交足以證明其轉換真實有效的證明供Layer1節點驗證。有效性證明因此無需設置質疑時間，從Layer2退出無額外延遲。如何節約生產證明的開銷是有效性證明類擴容方案的藝術。

零知識證明是一種精巧有效性證明方式，它使得Layer1的驗證節點無需獲取鏈下交易的全部信息并進行重復計算即可證明其有效性。零知識證明算法的研究一直處在密碼學領域的前沿，由于涉及復雜的數學和安全性證明，零知識證明的研究進展相較應用技術緩慢許多。目前主流的零知識證明算法包括zk-SNARK、zk-STARK、PLONK和SONIC等。好的零知識證明算法應該是驗證開銷低、生產快的。值得注意的是，目前實用的零知識證明算法生成證明的時間大約在1~10分鐘，這是額外的無法消除的交易確認延遲。另外，由于零知識證明的生產需要大量計算，開發者通常通過開發電路減少計算時間，這使得零知識證明更傾向于運算格式一致的交易，也因此更適用于去中心交易所等需要處理的交易類型固定、合約簡單的應用。

加拿大風投Round13推出1億美元加密專項基金，目前已籌集7000萬美元:5月19日消息，擁有 7 億美元管理資產的加拿大風投公司 Round13 宣布推出一個加密專項基金Round13 Digital Asset Fund，該基金初始融資目標為 1 億美元，截止目前已籌集 7000 萬美元，投資方包括加拿大當地養老基金和家族辦公室等。

據悉，Round13 Digital Asset Fund 將在加密基礎設施和 Web3 項目上進行投資，目前已投資的項目包括英國的 Improbable Worlds、美國的 Trust Machines 和 Ibex，以及加拿大的 Chainsafe 和 Red Jar Digital Infrastructure。（businesswire）[2022/5/19 3:28:33]

數據可用性的解決

D1Ventures對于數據可用性的關注，始于對Plasma的討論，Plasma是一種通過建立錨定以太坊主鏈的側鏈而實現擴容的方法。Plasma在以太坊主鏈之外開啟一條或多條側鏈，周期性地在主鏈上記錄側鏈所有的區塊頭的快照，以此將側鏈的狀態納入主鏈的安全保護傘下。但由于快照中不含具體交易信息，主鏈無法得知用戶在Layer2的狀態，在側鏈運營商仍然保有隨意停止向主鏈同步信息或者拒絕打包某些交易的權利時，用戶必須獨立存儲側鏈上的全部數據并提交至主鏈才能保護自身財產的絕對安全，而這一數據量對于主鏈的處理能力而言并不現實。

Rollup改進了這一問題，將Layer2交易連同整個側鏈的狀態一同錨定到以太坊主鏈之上，從而實現了數據可用性。這一改進使得用戶可以輕松地向Layer1的驗證節點證明其在Layer2的全部交易真實有效，因此，可以隨時退出Layer2。

分析 | 金色盤面：BTC/USD15分鐘中軌壓制:金色盤面綜合分析：BTC/USD15分鐘K線圖顯示，價格一直受制于中軌，但得到了均線系統的支撐，短線面臨突破，密切關注6400壓力位的多空爭奪。[2018/8/13]

實現數據可用性的同時必須避免過度占用Layer1空間，Rollup靈活、立足實用地將單個交易在鏈上的存儲空間壓縮到11個字節，748Gas，是Layer1普通轉賬的1/28，其中：

Rollup交易中各個字段字節數，來源：Scalableblockchainsasdatalayers,VitalikButerin

縮小賬戶空間到23*8，按照預設的MerkleTree將以太坊主鏈上的20字節的賬戶地址轉為3字節的葉節點索引作為壓縮后的地址；縮小金額分度為0.001ETH，分別將32字節的空間壓縮為4字節和1字節以表示轉賬金額及手續費；假設一個賬戶的轉賬次數不會超過2萬，以兩個字節表示Nonce。實現數據可用性的實質在于對Layer2網絡交易數據的儲存和檢索，在主鏈上壓縮數據并存儲可能是最簡單的方式，但并非唯一。Rollup方案下的Layer2的交易可以像Layer1的交易一樣在區塊鏈瀏覽器中被解析和查閱，這對DEX中不想暴露交易策略的專業交易者造成了困擾。StarkEx建立了鏈外的許可型數據可用性委員會來存儲數據并對不斷對整個賬本的新狀態進行簽字確認。隨著Filecoin、Lazyledger等去中心化存儲平臺的逐漸成熟，數據可用性將會找到成本最低，隱私最好的解決方案。

主流Layer2擴容方案矩陣

D1Ventures將目前主流的擴容方案和代表性應用按照上述的欺詐證明/有效性證明和鏈上/鏈下數據有效性分為四個象限。

瑞波發布Rippled1.0.0版本:據瑞波官方報道，瑞波發布Rippled1.0.0版本，此版本服務器改進一些功能，建議所有服務商在6月14日之前升級到新版本，以保證服務連續性。[2018/6/1]

擴容方案提供商

應用

zkSync是MatterLabs在ZKRollup的基礎上開發的以太坊Layer2開放網絡。在實現ZKRollup的高TPS和低手續費的基礎指標外，zkSync建立了一個更加實用和獨立的網絡：

亞秒級交易確認。zkSync引入了即時交易收據設計，網絡驗證人會在對一筆交易形成共識后預先使用質押資金確保這筆交易將被包含在下一個zkSync區塊之中；抗審查。為了保護網絡的隱私性，zkSync設置了守護者的角色，用以監控驗證節點見的點對點通信流量和探測審查行為，守護者可以頻繁更換一部分驗證者。零知識智能合約框架。zkSync推出了安全且高效的編程框架和基于虛擬機的運行環境Zinc，為基于零知識證明的智能合約而設計，可以將Layer1上的智能合約快速編譯為零知識證明算法善于處理的程序，以此作為Layer1上DeFi等大量消耗資源的應用轉移到Layer2的橋梁。但由于零知識證明本身過于復雜，安全性仍然需要大量嘗試驗證。zkSync是目前最成熟的ZKRollup開放網絡，普通交易之外，zkSync正在努力支持更加復雜的DeFi應用在其上運行。未來，zkSync將在Layer2引入代幣治理以更好地實現去中心化，MatterLabs還計劃推出zkPorter將網絡分片，使得不同邏輯類型的應用的智能合約在不同分片上得到更好的支持。成熟的Layer2開放網絡與一條獨立的區塊鏈看起來愈發相似。

OptimisticRollup是欺詐證明與去掉零知識證明的Rollup的結合，由Optimism最先開始研發。OVM是Optimism推出的一個搭建在Layer2上的與EVM完全兼容的執行環境。它允許用戶在Layer2的Rollup網絡中進行以太坊主鏈上能做的所有操作，包括編寫Solidity智能合約、通過Web3API交互等。將Dapp移植到OVM上除去部署合約之外不需要進行額外操作。Optimism已與Synthetix展開合作，在OVM上部署和測試整個Synthetix應用。下列初步測試數據顯示了OVM對于主鏈DeFi應用性能顯著的提升。

來源：Optimismblogpost

除Optimism外，FuelLabs開發的Fuel是另一個值得注意的OptimisticRollup擴容網絡。Fuel的側鏈采用了UTXO和HTLC等設計，支持任意兩種ERC-20Token的無抵押互換。

OptimisticRollup不需要零知識證明，可以在Layer2上直接運行EVM以方便地支持Layer1上的各種邏輯的智能合約，Dapp的遷移成本小。作為代價，退出Layer2仍然需要等待一周左右的質疑時間，不過在具體項目中仍然可以通過建立資金池等不那么優雅的方式消除小額提款的延遲，為用戶提供便利。

在象限的左下角，Validium即是鏈下數據可用性和有效性證明的組合，由Starkware在去中心化交易所引擎產品StarkEx中集成。實際上，StarkEx設計了靈活的數據存儲結構，用戶每次交易時都可以自由地選擇數據存儲位置，并且由于DAC的支持，StarkEx中的數據無論在鏈上鏈下都可以獲得數據可用性支持，用戶可以在無許可的情況下自由退出Layer2。

我們考量了上述Layer2擴容方案的一些關鍵指標，通過下面的表格對他們做橫向比較：

來源：MatterLabs

三種主要的Layer2擴容方案均可充分滿足應用對TPS和交易手續費的要求。對智能合約兼容度最好的是OptimisticRollup，在OVM上移植Dapp不需要額外修改，并且Synthetix已經被部署在其上測試；ZKRollup其次，盡管Zinc已經開始測試，但由零知識證明引入復雜性風險與開發門檻仍然使許多開發者難以嘗試；Validium仍然是一個集成在StarkEx交易引擎中的方案，尚無拓展為開放網絡的計劃。ZKRollup對交易密集型應用支持最好，數據可用性帶來的快速退出相較欺詐證明類方案以周計的退出期限相比優勢十分明顯。

可組合性限制與功能分區

Layer2擴容方案可以輕易地將TPS與交易成本優化數十倍，其代價是可組合性的丟失。Layer2網絡類似法幣體系中的大型購物商城，而Layer2網絡中的DeFi項目就像商場中的一家商鋪。用戶需要購物則必須辦卡，充入資金，消費，最后將余額取出。用戶無法使用一家商場中的購物卡到另一家商場的商鋪中消費，可組合性難題成為商場之間無法打破的隔閡。

在某些應用場景中，可組合性是去中心化應用領先于中心化應用的主導因素之一。以DeFi應用為例，去中心化交易所可以輕松地進行流動性聚合并形成聚集效應，將整個生態內的流動性越做越大，相比中心化交易所激烈的流動性內卷化競爭顯然更加高效。

各去中心化交易所月交易量，來源：@hagaetc

而在今年DEX交易量大漲的熱潮中，Loopring、IDEX等應用Layer2擴容技術的去中心化交易所交易量增長并沒有分享到頭部AMM交易所交易量增長的紅利。盡管Loopring積極地設計了中間人機制使得用戶無法感受到資產在Layer2賬戶中與Layer1錢包交互中繁瑣的步驟，但仍然使1inch等去中心化交易所聚合器難以集成。

D1Ventures認為可組合性壁壘將導致不同類型的DeFi應用選擇不同種類的Layer2擴容方案而形成不同的分區，例如去中心化交易所選擇ZKRollup網絡，智能合約執行任務較大的借貸類、合成資產類項目向OptimisticRollup網絡聚集，兩類項目分別在兩種網絡內部實現可組合性。DeFi中借貸和合成資產類應用除了智能合約外還需要大量的資產，資產沉淀將會成為各個側鏈的先發優勢和競爭壁壘。

除此之外，我們也注意到許多獨立的區塊鏈正在與以太坊Layer2側鏈殊途同歸，AvaLabs推出的Athereum和與以太坊社區關系緊密的NEAR都提供了對以太坊良好的兼容性，并致力于建立Ether與ERC-20資產跨鏈橋。在以DeFi為代表的去中心化應用快速發展的趨勢中，不同類型的應用將會在不同的取向主導下重新劃分陣營。

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