介绍

在本文中，我将讨论以太坊上的 L2s、当前扩展生态系统的状态，以及为什么我认为在以太坊上运行 L2s 是最经济和技术上最可持续的长期扩展解决方案。

免责声明：本文汇总了我的想法、其他人的资源和各种技术信息。它并不是对生态系统的简明总结，而是对以太坊 L2 可扩展性的当前状态和未来可行性的更详细和详细的概述。

为了更深入地研究，我们需要了解一些定义和概念：

• 用户永远不会与以太坊主网交互，因为它只会作为 L2 的数据可用性层。
• Web3 应用程序的 UX 将抽象掉所有复杂性。
• 模块化区块链是最经济和技术上可行的长期扩展设计选项。
• 目前，以太坊是模块化领域的主导区块链，因为它具有非常强的安全性，随着转向 PoS 将大大增加。
• 长期有效性证明优于欺诈证明。
• Volition L2 基础设施（Validium + zk-rollup）正在成为基于 zkVM 的 L2 的黄金标准。
• 以太坊也在通过数据分片、verkle 树、无状态和其他变化扩展为 L1。
• L2 正在加速构建一个共享的跨 L2 通信框架，这将使它们具有共享的流动性和智能合约的可组合性。
• L2s 使用 ETH 作为 gas，但被激励创建 DAO 治理令牌以随着时间的推移分散操作。
• 应用程序设计空间正在增长，因为构建者拥有更多带宽和更少的执行层障碍 。

什么是 L2？

L2（第二层）是一种扩展解决方案，它有一个单独的执行层（代码运行的地方，即 EVM），它继承了它运行的网络的安全保证和去中心化，即我们的 L1、以太坊案件。这意味着，如果 L2 由于错误、基础设施漏洞或中断而关闭，则 L1 会在智能合约桥内安全地保护资金。

可以根据提交到主网上的最新状态快照来检索资金。真正的 L2 桥是完全无需许可和去中心化的，因此一旦用户存入资金，总能保证资金可以访问。几种扩展方法使用具有不同安全性和可扩展性权衡的不同加密证明机制，我们将在本文中进一步讨论imtoken官网钱包。

L2的主要类型有哪些？

有两个参数用于对 L2 扩展解决方案进行分类，一个是使用的密码证明类型，另一个是数据可用性（DA）是链下还是链上。

两种主要的证明类型是：

• 有效性证明 – 利用零知识 (ZK) 密码术来确保交易有效性的数学证明。
• 欺诈证明——这些证明引入了所谓的争议时间延迟 (DTD)，一旦在 L2 中提交了证明，验证者就有时间将证明标记为无效；无效的证明可能有不正确的状态转换，从而导致所涉及的验证者受到惩罚；随后将状态回滚到最新的有效快照

链上或链下数据是什么意思？

• 链上：状态数据 – 连同所有交易的所有执行调用数据（智能合约函数调用、本地代币传输、签名）一起放入交易捆绑/汇总的加密证明中，这使得所有链上可访问和可验证的数据。
• 链下：执行调用数据和状态由 L2 处理并保持在链外。这使它成为一个不太安全和去中心化的选择。但是，将更多交易捆绑到汇总中要容易得多，因此比链上调用数据证明的扩展速度要快得多。

这些是有助于区分不同类型 L2 的主要相关属性。但是，当我们可以扩展第 1 层时，为什么还要使用 L2？为什么不使用更便宜的链接，如 Solana、Fantom、Avalanche 或 Binance 智能链？我们将在下一节回答这个问题。

模块化与单片基础设施

在区块链中，有一个著名的三难困境——它试图针对 3 个主要因素进行优化：安全性、去中心化和可扩展性。在同一个系统中，这三者都很难实现。通常三分之二是通过对第三个妥协来实现的。在以太坊的情况下，我们首先优化安全性和去中心化，同时将可扩展性作为较低优先级的项目。需要明确的是，可扩展性不是核心以太坊开发人员的主要优先事项。

整个 2021 年，我们看到以太坊主网因 DeFi 和 NFT 的增长而变得越来越拥挤。这给网络带来了对其区块空间的前所未有的需求。我们不能简单地通过改变 gas 限制来改变我们可以容纳在一个区块中的交易数量，因为这会使节点更难操作，因为硬件需求会飙升（降低去中心化），如果区块变得太大，它会破坏共识（降低安全性）。

单体区块链

其他链采用了不同的方法，它们优先考虑可扩展性，第二安全性，最后是去中心化。让我们以 Solana 主网测试版为例。该网络有一个主要的客户端开发团队（Solana Labs）、大约 1000 个验证者（来源：SolanaBeach）以及一种称为历史证明（PoH）的不同共识机制。

Solana 采取了独特的扩展路径，即整体区块链。随着计算能力的增加，他们计划无限扩展运行网络的验证节点。这种方法使网络去中心化程度降低，因为节点验证者被迫不断购买性能更好的硬件以不断跟上。由于量子隧道效应，当我们达到芯片内部所能容纳的极限时，人们担心计算能力的增长速度会放缓。在某些时候，我们需要一种新的计算范式出现或技术上的重大突破来使这种方法可持续。因此，我的结论是区块链扩展有更好的长期替代方案。

模块化区块链

模块化方法本质上由一个主要网络组成，该网络优先考虑安全性和去中心化，以便它可以充当 L2 的数据可用性层。如果主网络出现故障，所有 L2 都会出现故障。但是，如果 L2 出现故障，所有资金都是安全的，并由 L1 担保。这是以太坊采用的方法，因为 L2 将成为提供最大可扩展性的层。还努力通过数据分片、状态到期和 Verkle 树以及其他各种改进来扩展 L1 。然而，这些变化需要更多的时间来实施，因为安全性和去中心化优先。

模块化区块链的一个关键方面是它们可以无限扩展，而无需快速升级硬件。他们之所以能做到这一点，是因为与单体架构相比，它们在技术和经济上都是可持续的。在@epolynya – Twitter（u/Liberosist – Reddit）的这篇文章中，可以找到关于为什么模块化架构比单体架构更具可持续性的更详细的论证。

从本质上讲，区块链的可持续性分为两个要求：

技术可持续性

• 节点需要同步。
• 在合理的时间内从区块链的起源同步。
• 避免状态膨胀失控。

经济可持续性

• 理想情况下，L1 产生的收入高于网络运营成本（集中式 L1 不会）。
• 不能人为地增加吞吐量，因为最终所有中心化的 L1 都将不得不增加费用。

汇总和数据分片 (rads) 成为满足这些要求的唯一解决方案，这就是模块化架构是唯一长期可行的扩展方法的原因。

要更完整地解释为什么rads 是长期缩放的唯一解决方案，请进一步在Medium搜索epolynya，阅读他的文章。

L2 的当前状态以及用户如何受益

我们现在正在扩展，过去几年在工作中的许多解决方案已经上线，至少在有限的容量中，还有更多的解决方案在不久的将来在主网上发布改进版本和 alpha 版本。这些扩展解决方案根据其扩展方法的属性分为不同的类别，如“L2 的类型”部分所述。

不完整的 L2 列表

Optimistic rollups（乐观汇总）

Arbitrum

Arbitrum是由Offchain Labs团队构建的 L2 。该网络本身称为 Arbitrum One，它利用乐观汇总来扩展以太坊。Arbitrum One 利用欺诈证明并具有链上调用数据可用性，这意味着每笔交易的所有数据都经过完全排序、捆绑并提交到主网。由于它使用欺诈证明，因此存在大约 7 天的争议时间延迟 (DTD)。一旦 DTD 通过，网络上的状态变化就可以被认为是有效的，用户可以通过本机桥提取其可用余额。我们稍后将讨论其他集中式桥梁，它们允许您通过跨 L2 流动性池绕过此欺诈证明期。

Arbitrum One 是目前TVL 最高的 L2 网络，一个允许我们查询数据这些指标的优秀网站是L2Beat。

有许多协议和应用程序已经支持 Arbitrum，包括支持基础设施，可以几乎无缝地切换到使用 Arbitrum 第 2 层。当前使用 L2 的唯一问题是它需要积累更多的流动性和创新解决方案，例如dAMM（由 Starkware 和 Loopring 发明）之类的跨 L2 AMM 结构以及 Connext 和 Hop 之类的流动性协议需要获得足够的流动性并变得足够去信任以所有这些扩展解决方案都可以共享相同的基础设施，以免造成生态系统碎片化。有关 Arbitrum 应用程序生态系统的概述，请访问Arbitrum 官网页面。

关键工具：

• 区块浏览器 – Arbiscan。
• Bridge -本地 Arbitrum 桥（提取资金回到1层需要等待7天）。
• 网络 RPC 配置 – Chainlist（搜索 Arbitrum One 并添加到 MetaMask）/在桥接资金之前检查您的手机钱包是否支持 Arbitrum（这可能导致资金永久丢失） – 个人推荐：Rainbow wallet（免责声明：不支持）还支持 Arbitrum)。
• AMM 聚合器 – 1inch。

如果使用 Arbitrum 桥接器令人困惑，请查看Arbitrum 官网桥接器教程。要从以太坊以外的其他网络进行桥接，请查看下面的 L2 桥接部分（请注意，这些桥接都具有不同程度的中心化）。

Arbitrum虚拟机

Arbitrum Nitro 是对 Arbitrum One L2 的升级，它将定制设计的 AVM（Arbitrum VM）替换为 Web Assembly (WASM) 目标，该目标将处理欺诈证明。这也将使整个系统与 EVM 更加兼容。另一个变化是 EVM 模拟器被 Geth 取代，Geth 是当今运行最多的以太坊客户端。ArbOS 组件也经过修改以提供跨链通信，以及一个新的和改进的批处理和压缩系统，以最大限度地降低 L1 成本。

此升级将无缝推出，因此用户无需执行任何操作，预计升级可将执行速度提高 20-50 倍并显着降低交易成本。有关更多信息，请阅读Offchain Labs 的 Medium 帖子。

Arbitrum的未来

Arbitrum 不仅是一个乐观的汇总，因为 Offchain Labs 团队宣布他们将发布其他基于 zk-proofs 的可扩展性解决方案，同时还改进他们的 Arbitrum One 乐观汇总 L2。这是 zk 化趋势的一个很好的例子，其中许多项目正在转向 zk 未来，因为一旦对 zk-L2 的技术实现进行了更好的研究并允许通用 EVM，执行环境将更加灵活并且可以说更具可扩展性计算。

Optimism

Optimism是一家公共福利公司 (PBC)，它构建了 Optimistic Ethereum (OE)，它是 Ethereum 上的乐观汇总 L2。为了描述 OE，我将解释与 Arbitrum 的相似之处，然后讨论其基础架构中的一些关键差异。比较的详细版本线程可以找到 Kris Kaczor。

Optimism和任意性之间的相似之处：

• 是汇总并将所有交易存储在 L1 上。
• 乐观，因为他们使用欺诈证明。
• 使用音序器进行即时“最终确定”。
• 具有通用的跨链消息传递，允许创建高级令牌桥。
• 支持与 EVM 相关的工具，但需要专门的扩展。

区别：

• 不同的欺诈证明验证机制。
• Optimism OVM 2.0 与EVM 等效，而 Arbitrum One（后硝基）EVM 兼容。
• Optimism 使用单轮欺诈证明与 Arbitrum 多轮欺诈验证。
• 乐观仍然是封闭的（以前申请人的私有白名单主网）与 Arbitrum 公共主网（无许可）。

关键工具：

• 区块浏览器 – OptimismEtherscan。
• 本机桥接器 – Optimism Gateway。
• 官网用户指南。
• 实时应用程序门户。
• 网络 RPC 配置 -链表（搜索 Optimistic Ethereum）

OVM 2.0（Optimism虚拟机）

OVM 代表乐观虚拟机，是在 OE L2 中执行所有事务的虚拟机。OVM 将于 11 月 11 日升级（已部署到 Kovan 测试网）。

乐观主义正在走向 EVM 等价的道路，为了实现这一目标，他们推出了 OVM 2.0，这将使 OE 在所有方面成为与 EVM 等效的编译目标。Dapptools（智能合约库和命令行工具 – 形式验证、符号执行、项目管理等）、Hardhat、Solidity、Vyper 等开发人员工具以及所有其他工具都可以在 OVM 2.0 上本地运行，而无需这些工具的开发人员担心支持碎片化的代码库。这就是以太坊社区中每个人都提到的强大的“网络效应”。需要注意的是，EVM 的任何竞争对手都必须从头开始重建所有这些开发人员工具。

您可以在他们的博客文章中阅读更多关于 Optimism 的 EVM 等效之旅，追溯性公共物品资助。

在我看来，Optimism 团队最重要的公告之一是他们承诺将总计超过 100 万美元的利润捐给公共产品，并追溯使用二次投票。Optimism 团队还承诺继续将 L2 音序器的利润 100% 捐赠给未来的公共产品。利润是产生的交易费用收入与 L2 为向以太坊主网提交欺诈证明而必须支付的成本之间的差额。这为其他 L2 设置了优先级，为以太坊社区提供利他主义的前景。

Optimistic的未来

Optimistic Ethereum 对未来有雄心勃勃的计划，路线图可在 Optimism文官网档中找到。