Vitalik：哪種類型的 Layer3 具有意義？_ARK

來源：vitalik.ca

作者：VitalikButerin

特別感謝GeorgiosKonstantopoulos、KarlFloersch以及Starkware團隊的反饋和校對。

在L2擴容探討中經常會出現的話題是「layer3」這個概念。如果我們可以構建一個錨定L1安全性并在其之上增加可擴展性的L2協議，那么我們也一定可以構建一個錨定于L2安全性并在其之上增加更多可擴展性的L3協議，以此實現更多擴容？

簡要地說，這種觀點是這樣的：如果你擁有一個能夠讓你進行二次方擴容的方案，那你可以將這個方案構建在它自己之上，然后達到指數級的擴容嗎？

我在自己2015年的可擴展性論文、Plasma論文中的多層擴容想法等地方都講到了類似的觀點。不幸的是，這種關于L3的簡單構思并不能像上述觀點那樣輕易實現。

這種方案的設計中總是會有一些無法直接堆疊的東西，只能在可擴展性上帶來一次提升——因為數據可用性的限制，緊急提款依賴于L1寬帶等多種問題。

如Starkware提議的框架等較新的關于L3觀點變得更復雜：這些L3方案不只是在自己的網絡之上堆棧疊相同的方案，而是為L2和L3分配不同的用途。這種方法的一些形式可能會是好主意——如果它能夠以正確的方式實現。本文將會詳細介紹在三層架構下哪些可能有意義，而哪些可能無意義。

為什么無法通過將rollup堆疊在rollup之上一直擴容

rollup是結合各種技術解決區塊鏈運行中兩大主要擴展瓶頸的擴容技術：計算和數據。計算可以通過欺詐證明或是SNARK解決，兩種方式依賴于很少的行動者就能對每個區塊進行處理和驗證，只需要其他參與者運行一小部分的計算來檢查證明過程是否正確完成了。

這些方案尤其是SNARK幾乎可以無限地擴展，你真的就可以通過保持構建「在一個SNARK證明之上構建多個SNARK證明」，為單個證明擴展更多算力。

Watcher.Guru：Vitalik Buterin撰寫以太坊白皮書時只有19歲:金色財經報道，Watcher.Guru發推特表示，Vitalik Buterin撰寫Ethereum白皮書時只有19歲。[2023/2/20 12:16:52]

數據則不同。rollup使用許多壓縮技巧來減少一筆交易在鏈上存儲所需的數據量：一筆簡單的貨幣轉賬從大約100字節減至大約16字節，兼容EVM的鏈上的一筆ERC-20代幣轉賬從大約180字節減至23字節左右，而一筆保護隱私的ZK-SNARK交易可以從600字節左右壓縮至80字節左右。

基本所有情況下的數據都能壓縮至原來的1/8。但是，rollup還是需要在某一中介上讓數據具有鏈上可用性，保證用戶能夠進行訪問和驗證，因此，用戶可以自主地計算rollup的狀態，并在現有證明生成者下線的情況下作為證明生成者加入證明過程。

數據只能壓縮一次，無法再次壓縮——如果數據可以再次壓縮，那么通常有一種方式將第二個壓縮器的邏輯放入第一個的邏輯中，只要壓縮一次就能讓第二個壓縮器或跟第一個壓縮器相同的效果。所以說，事實上「在rollup之上構建rollup」并不能在可擴展性方面提供巨大的收益——不過，這種模式可以用于其他的用途，正如下面我們將看到的一樣。

所以「合理的」L3版本是什么樣的？

好吧，讓我們一起看看StarkWare在關于L3的文章中倡導的是什么。StarkWare團隊由非常聰明且實際上理智的加密學家所組成，所以如果他們倡導L3，那么他們的觀點會比「如果rollup的數據壓縮至1/8，那么很明顯，構建于rollup之上的rollup會將數據壓縮為原來的1/64」的觀點更為復雜。

這是StarkWare文章中的圖表：

以下是一些引用：

Vitalik Buterin 闡述加密貨幣美好愿景的擴展定義：包括改善擴容、隱私、UX 和加密社交等:12月31日消息，以太坊創始人 Vitalik Buterin 針對 Paradigm 聯合創始人 Matt Huang 提問的“關于加密貨幣美好愿景的擴展定義是什么”回復稱，改善擴容、改善隱私、改善 UX、對于普通用戶而言更安全的用戶賬戶（非中心化服務）、“支付 +SoV+DeFi”為更多的人提供價值、加密社交起飛、身份和 SIWE（Sign-In with Ethereum）成功、DAO 新組織范式得到更廣泛的采用等。[2022/12/31 22:18:16]

第一張示例圖中描述了這樣一種生態系統的例子，其L3包括：

使用Validium數據可用性方案的StarkNet，比如，為定價上具有極度敏感性的應用程序提供多種用途。

應用專用型StarkNet系統可以定制更好的應用程序性能，比如，通過采用指定的存儲結構或數據可用性壓縮方式。

使用Validium或Rollup數據可用性解決方案的StarkEx系統，會很快地為StarkNet帶來經過長期考驗的可擴展性效果。

隱私StarkNet的例子可以在不將交易打包至公共StarkNet的情況下進行隱私保護交易。

我們可以將這篇文章壓縮為「L3s」的三個愿景：

L2用于擴容，L3用于定制功能，如隱私。這個愿景的L3無意于提供「可擴展性平方」；不如說，會有一層堆棧幫助應用程序進行擴展，然后還有一些獨立的堆棧層用于滿足不同用例定制功能的需求。

L2用于通用型擴容，L3用于定制型擴容。定制型擴容可能會有不同的形式：專用型應用可以使用EVM以外其他虛擬機來進行計算，rollup的數據壓縮也會圍繞定制型應用程序的數據結構進行優化。

L2用于去信任擴容，L3用于弱信任擴容。Validiums指使用SNARK驗證計算結果的系統，但是它將數據可用性放在了受信任的第三方或委員會處。在我看來，Validium被大大低估了：尤其是，運行Validium證明生成器并定期提交哈希上鏈的中心化服務器也許真的可以很好地服務于許多「企業區塊鏈」應用程序。Validium的安全性指數比rollup低，但是相較之下便宜很多。

Vitalik Buterin：支持薩爾瓦多總統可能是加密社區犯下錯誤行為的一個例子:金色財經報道，以太坊聯合創始人Vitalik Buterin在最新媒體采訪時表示，支持薩爾瓦多總統Nayib Bukele可能是加密社區犯下錯誤行為的一個例子，薩爾瓦多選擇了“自上而下”采用比特幣的方式，比特幣社區“自然而然地喜歡所有支持比特幣的、有錢有勢的人”，這是愚蠢的，相比之下以太坊社區在選擇推廣和合作對象方面做得更好。（cryptoslate）[2022/11/21 22:11:31]

在我看來，這三種愿景本質上是合理的。「專用型/定制型數據壓縮服務需要有自己的平臺」的想法可能是所有主張中最不能令人信服的——設計一個通用型基礎層壓縮方案L2很容易，因為用戶可以使用應用專用型的子壓縮器進行擴展——而除此之外的用例都是合理的。

但這還是留下了很大的疑問：三層結構是實現這些目標的正確方式嗎？將Validium、隱私系統和定制型環境錨定L2而不僅僅錨定L1的意義在哪？這個疑問的答案很復雜。

哪一個更好？

存款和提款在L2的子樹中會變得更便宜、更容易嗎？

這種三層模型優于兩層模型的一個論證可能是：三層模型允許整個子生態系統存在于單個rollup中，這讓生態系統內的跨域操作可以非常便宜地進行，不需要經由昂貴的L1。

但事實證明，即使是向同一個L1提交數據的兩個L2之間，存款和提款也可以很便宜！關鍵是要意識到，代幣和其他資產不一定非得在底部鏈中發行。換句話說，你可以在Arbitrum上持有一種ERC20代幣，然后在Optimism上創建它的封裝合約，并在兩者之間來回轉移資產而無需創建任何L1交易！

讓我們來看看這樣一個系統如何進行運作。現在有兩種智能合約：Arbitrum上的基礎合約和Optimism上的代幣封裝合約。要從Arbitrum轉移資產到Optimism，你需要將代幣發送到基礎合約，這會生成一個收據。一旦Arbitrum敲定了這筆交易，你就可以獲取該收據的Merkle證明，它植根于L1狀態，并將其發送到Optimism上的代幣封裝合約中。封裝合約會對它進行驗證并向你發放封裝代幣。要將代幣往回轉移的話，則可以反向執行相同的操作。

動態 | Vitalik Buterin提出新的礦工費用模式:以太坊聯合創始人Vitalik Buterin發布了一項提案，旨在改善加密貨幣礦工費用。他認為，目前的礦工補償模式可以調整，以使礦工和用戶受益。為了實現這一目標，他發表了一份相當廣泛的文件，詳細說明了使用一種統一的價格拍賣模式取代目前的手續費機制。[2018/7/10]

盡管證明Arbitrum存款所需的Merkle路徑會檢查L1的狀態，但Optimism只需要讀取L1狀態根以處理存款——不需要創建L1交易。請注意，由于rollup數據是最稀缺的資源，所以此類方案的可行實現將是使用SNARK或KZG證明以節省空間，而不是直接使用Merkle證明。

對比根植于L1的代幣，這種方案有一個關鍵的弱點，至少在optimisticrollup上有這樣的問題：存款也需要等待欺詐證明的窗口期到來。如果代幣是在L1上的，那么從Arbitrum或Optimism上往L1的提款則需要一周的延遲時間，而存款則是即時的。

然而，這種方案中的存款和提款都需要一周時間。也就是說，尚不清楚optimisticrollup上三層架構是否會更好：因為要確保欺詐證明博弈會在一個自己運行欺詐證明機制的系統內安全地進行，這存在很多技術上的復雜性。

幸運的是，這些問題都不會在ZKrollup上出現。出于安全方面的原因，ZKrollup不會要求一周時長的等待窗口，但他們確實還會有較短窗口期的要求。

原因有二，首先，特別是更復雜的通用型ZK-EVMrollup需要較長的時間來囊括區塊證明過程中的不可并行計算時間；其次，這其中還有經濟考量：需要不那么頻繁地提交證明以最大程度減少證明交易相關的固定開銷。包括專用型硬件在內的下一代ZK-EVM技術將會解決上述的第一個問題，而架構更好的batch驗證技術可以解決第二個問題。這其實是我們接下來會討論的優化和批量提交證明的問題。

Vitalik為Plasma提供了一個擴容解決方案:周五在巴黎的ethereum社區會議EthCC上以太坊創始人Vitalik Buterin出現意外，為Plasma提供了一個擴容解決方案。Plasma是一個智能合約系統，旨在提高世界第二大區塊鏈的計算潛力。[2018/3/10]

rollup和validium的確認期vs.固定開銷權衡。L3們可以幫忙解決這個問題，但還有哪些方案可以幫忙解決？

rollup每筆交易的開銷很便宜：只有16–60字節的數據，這取決于所使用的應用程序。但是rollup也必須在每次提交一個batch的交易至鏈上時支出一筆高昂的固定開銷：optimisticrollup的每batch要支付21000L1gas，而ZKrollup則要支付400,000gas以上。

當然，rollup可以選擇等著，直到有了價值1千萬gas的L2交易再打包提交batch，但這會讓rollup的batch間隔變得很長，迫使用戶在獲得高安全性確認之前等待更長的時間。因此，它們會有權衡：長時間的batch間隔和最優開銷，或者說較短的batch間隔和大大增加的開銷。

為了給出一些具體的數據，讓我們一起探討這樣一個ZKrollup：它每batch開銷600,000gas，能處理完全優化過的ERC-20轉賬，每筆交易會花費368gas。假設這種rollup在采用的早期和中期階段的平均每秒交易為5筆。我們可以計算它的每筆交易的gasvs.batch間隔：

如果我們進入一個有著許多定制型validium和應用專用型環境的系統，那么它們中的大多數都不會處理超過5TPS。所以，在確認時間和開銷之間的權衡開始變得至關重要。而實際上，「L3」范式確實可以解決權衡上的問題！就算是以簡單的方式實現，一個ZKrollup套著另一個ZKrollup的方案也大約會有僅8000L1gas左右的固定開銷。這就將上面的表格改為：

開銷的問題基本上都解決了。那么，L3是不是有益的？可能吧。但值得注意的是，還有一種可以解決這個問題的方法，這個方法受到了ERC4337聚合驗證的啟發。

其對策如下。現在，如果每一個ZKrollup或validium收到了證明Snew=STF(Sold,D)的證明，即新的狀態肯定是正確處理了交易數據或舊狀態根上狀態變換的結果，那它們就會接收狀態根。

在這個新的方案中，ZKrollup會從batch驗證器合約處接收消息，這個消息用于告知該驗證器已驗證了一個包含聲明的batch證明，其中的每個聲明都是Snew=STF(Sold,D)的形式。該batch證明可以通過遞歸SNARK方案或是Halo聚合進行構造。

這是一個開放協議：任何ZK-rollup都可以加入，任何batch的證明生成者都可以從任何兼容的ZK-rollup中聚合證明，并從聚合器處獲得交易費的補償。batch處理器合約會驗證一次證明，接著將包含該rollup$(S_{old},S_{new},D)$三元組的消息傳遞至每一個rollup；三元組來自batch處理器合約的事實會是交易有效性的證據。

如果優化得不錯，那么這個方案中每個rollup的開銷則將近8000gas：5000用于寫入新添加的更新狀態，1280用于舊狀態根和新狀態根，還有剩下的1720用于有效利用各種數據。所以說，這種方案也能節省開銷。

StarkWare實際上已經有了類似的方案，叫做SHARP，盡管它還不是一個無需許可的開放協議。

對于這類方法的反應可能會是：但這不就是另一種L3方案嗎？比起baselayer<-rollup<-validium結構，你有baselayer<-batchmechanism<-rolluporvalidium。

從一些哲學的建筑角度來看，這可能是事實。但這里有一個重要的區別：比起將中間層作為復雜完整的EVM系統，還不如說它是簡化且高度專業化的對象，所以它更可能是安全的，也更可能在還完全不需要其他專門的代幣的情況下構建起來，還更可能實現治理最小化且不會隨著時間改變。

總結：實際上什么是「層」？

在其自身網絡之上的堆疊相同擴容方案的三層擴容架構通常無法很好地運作。構建于rollup之上的rollup，這兩層rollup當然不會使用相同的技術。

但是，可以使用第二層和第三層具有不同用途的三層架構。構建于rollup之上的Validium確實是有意義的，即使無法確定它們是否會是長期的最佳運作方式。

然而，一旦開始深入了解哪種架構有意義，我們就會陷入哲學問題：什么是「層」，什么不是？baselayer<-batchmechanism<-rolluporvalidium模式與baselayer<-rollup<-rolluporvalidium模式執行著相同的工作。

但在工作方式方面，證明聚合層看起來更像是ERC-4337，而不是rollup。通常，我們不會將ERC-4337稱為「L2」。同樣，我們不會將TornadoCash稱為「第2層」——所以如果要保持歸類上的一致，我們不會將構建于L2之上的以隱私為中心的子系統稱為第3層。因此，關于什么對象應該首先被稱為「層」，這存在一個未解決的語義爭論。

關于這個問題，可能有很多思想流派的不同看法。我個人偏向則會是保持L2這個術語限定于具有以下特點的事物：

其用途在于增加可擴展性

它們遵循著「處于一條區塊鏈中的區塊鏈」模式：它們有自己處理交易和內部狀態的機制

它們完全繼承了以太坊區塊鏈的安全性

所以，optimisticrollup和ZKrollup是L2，但是validium、證明聚合方案、ERC-4337、鏈上隱私系統和Solidity則屬于其他方案。可能把這些方案中的一部分稱為L3是說得通的，但也許不能全都稱作L3；任何情況下，在多rollup生態系統的架構確定下來之前就為其下定義可能為時過早了，而大部分討論也只是在理論上。

也就是說，語言上的爭論遠不如「哪個結構實際上最有意義」這種技術問題來得重要。顯然，服務于隱私等非擴容需求的某種「層」可以發揮重要作用，并且顯然需要以某種方式填補重要的證明聚合功能，最好由開放協議來填充這個位置。

但與此同時，我們有充分的技術理由，讓連接著面向用戶的環境和L1之間的中間層盡可能變得簡便；在許多情況下，將「粘合層」作為EVMrollup可能不是正確的運作方法。隨著L2擴容生態系統的成熟，我猜本文中描述的更復雜的結構將開始發揮更大的作用。

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