Coinbase談以太坊發展,Layer1、側鏈及Layer2擴容方案孰優孰劣?

Perry
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Coinbase談以太坊發展,Layer1、側鏈及Layer2擴容方案孰優孰劣?

Coinbase 近期於官方部落格發表了一篇文章,內容講述了多鏈發展未來,側鏈及 Layer2 解決方案。此篇為關於這篇文章的翻譯及重點整理。

(原文標題為《Scaling Ethereum & crypto for a billion users》,作者為 Justin Mart 及 Connor Dempsey)

以太坊當前問題

至 2021 年的今天,以太坊上已承載了上千個應用,包含了 DeFi、NFT 及遊戲等各種領域。整個網路每年交易結算超過上兆美元,目前各平台鎖倉量已超過 1,700 億美元。

但以太坊的去中心化設計,以及每秒只有 15 筆交易最終限制了它能處理的交易量。這導致了漫長的交易等待時間及每筆交易伴隨的高額 Gas Fee (有時甚至超過 200 美元)。最後,許多用戶因費用對其望之卻步,並限制了以太坊目前可以處理的應用類型。

若基於智能合約開法的區塊鏈要發展到能支持數十億用戶的金融及 Web3 應用,擴容的解決方案勢必不可或缺。而最近,有許多擬議的解決方案也上線了。

如何解決

為了解決當前問題,文章提出了兩種方案。分別為 (1) 建立與以太坊競爭的全新網路,在上面能處理更多的活動。(2) 建立可以處理以太坊過剩容量的互補網路。

總體來看,它們分為以下三個類別:

  • Layer 1 區塊鏈 (與以太坊競爭)
  • 側鏈 (與以太坊有一定的互補性)
  • Layer 2 網路 (對以太坊的補充)

雖然以上三種皆有不同的架構或方法,但目標皆相同:讓用戶能實際的使用網路 (例如:與 DeFi、NFT 等互動),且無須支付高額 Gas Fee 及忍受漫長等待時間。

Layer 1 (一層網路)

以太坊被視為是 Layer 1 區塊鏈:一個保障用戶資金及執行交易皆在同一地方的獨立網路,在上面可以使用像是 Uniswap 此類 DeFi 應用進行幣種兌換。

為了與以太坊競爭,新的 Layer 1 網路需從頭到尾從新打造。主要區別在於新的系統設計,為了實現更高的吞吐量已降低交易費用,但通常得以更加去中心化為代價。

在過去 10 個月裡,新興 Layer1 網路紛紛上線,由 Solana、Avalanche、Terra 及 Binance Smart Chain (幣安智能鏈) 領頭,每個生態系統皆不斷增長,TVL (總鎖倉量) 皆達到 100 億美元以上。

所有 Layer 1 網路皆在相互競爭以吸引開發者及用戶,但若沒有類似以台太坊的工具及基礎設施,使其易於建構及使用,將很難吸引新人進駐並發展生態。為了弭平差距,許多 Layer 1 網路會使用被稱為 EVM 兼容的策略。

EVM 意指以太坊虛擬機 (Ethereum Virtual Machine),本質上是以太坊執行計算並實現交易的大腦。透過使 Layer 1 網路與 EVM 兼容,以太坊開發者可以方便地將現有的以太坊應用部署到新的 Layer 1 網路。用戶現有的錢包也可輕易訪問 EVM 兼容的 Layer 1 網路,使得鏈與鏈間的遷移變得更簡單。

以 BSC 為例,在推出 EVM 兼容網路,並調整共識獲得更高的吞吐量及更低的交易費,BSC 使用量劇增,出現了幾十種 DeFi 協議,而這些協議大部分與以太坊上的熱門協議 (Uniswap、Curve) 相似。Avalanche、Fantom、Tron 及 Celo 皆採取相同作法。相反地,Terra 及 Solana 目前並非 EVM 兼容。

互操作鏈 (有些微不同的 Layer 1 網路)

像是 Cosmos 及 Polkadot,相較於建立新的獨立網路,它們選擇建立新的標準,使開發者能夠創建相互溝通連結的特定應用區塊鏈。簡單來說,以太坊的直接競爭對手越來越多樣會,未來也將持續增加。

側鏈 (Sidechain)

側鏈與 Layer 1 網路 的區別相當模糊,其與兼容以太坊 EVM 的 Layer 1 網路相當類似,但側鏈被建構的目的主要是為了處理以太坊上過多的交易量,並非直接競爭。這些生態系統與以太坊社群關係緊密,以互補的方式乘載以太坊生態。

Axie Infinity 的 Ronin 側鏈就是個典型例子。其是最初建立於以太坊上的 NFT 遊戲,但由於以太坊的 Gas Fee 實在過高,Ronin 側鏈的建立使用戶能將他們的 NFT 及代幣轉移到低 Gas Fee 的環境,使更多用戶能負擔起遊戲花費。且 Ronin 側鏈在遊戲人數爆發前就已建立完成。

Polygon POS

Ronin 此類側鏈有其專屬應用 (Axie Infinity),而其他側鏈則適合於更多應用場景。目前,Polygon 的 POS (proof-of-stake) 側鏈是產業領導者,其價值近 50 億美元。部署了 100 多個 DeFi 及遊戲應用,像是 Aave 及 Sushiswap,以及 Uniswap 的仿盤 Quickswap。

雖然 Polygon 的 POS 側鏈與兼容 EVM 的一層網路沒什麼相異。但是,其建立目標是為了擴容以太坊,而不是與之競爭。Polygon 團隊認為,以太坊在未來仍然會是最強勢的區塊鏈且具有高度價值,而日常交易則轉移到 Polygon 上 (低成本)。

極低的交易費用以及激勵計劃,使用戶紛紛湧入 Polygon,日交易量已經超過了以太坊。

Layer 2 (二層網路,Rollups)

Layer 1 網路及側鏈皆有一個明顯的挑戰:如何確保區塊鏈的安全性。為了達到目標,他們必須支付礦工及驗證人獎勵,以確保並確保交易正常,通常獎勵為基礎代幣 (Polygon 的 MATIC, Avalanche 的 AVAX)。

然而,有兩點顯著的缺點:

  • 擁有基礎代幣自然會使生態系統更具競爭性,而非與以太坊互補。
  • 驗證及確保交易是一項複雜且具有挑戰性的任務,網路將至始至終為其負責。

而 Layer 2 網路目標即為創建可擴容的生態系統,並借用以太坊的安全性,主要利用「rollups」技術實現。簡單來說, Layer 2 網路是位於以太坊上的獨立生態系統,且沒有原生代幣,本質上是以太坊的一部份。 

Rollups 運行原理

Layer 2 網路通常被稱為 Rollup,因為他們將交易「捲起來」或「綑綁」在一起,並在新的環境中執行,之後再將更新後的數據傳回以太坊。與其讓以太坊網路單獨處理 1,000 筆 Uniswap 交易 (較昂貴),不如在將結果提交給以太坊之前將計算堆疊在 Rollup 上處理 (較便宜)。

然而,當結果發送回以太坊後,以太坊如何知道這些數據是正確及有效的?以及以太坊如何防止任何人發布不正確的訊息?這些都是區分兩類 Roollup 的關鍵問題。Optimistic rollups 及 ZK rollups。

Optimistic rollups

當提交結果回以太坊時,optimistic rollups樂觀地假設它們是有效的。換句話說,rollup 驗證者可以提交任何數據 (包括潛在的錯誤/欺詐性數據),並假設它是正確的。

但與此同時,有一些方法可以打擊詐欺行為。作為一種檢查及平衡的方法,在任何提款後皆有一個時間段,任何觀察者都可以檢查是否有詐欺行為 (區塊鏈是透明的,任何人都可以在鏈上觀察正在發生的事情)。如果這些觀察者之一能夠從數學上證明發生了詐欺行為 (通過提交詐欺證明),rollup 網路將回復詐欺性交易,並懲罰不良行為者,獎勵觀察者。

缺點在於當資金在 rollup 網路及以太坊之間移動時,會有短暫的延遲需要等待看是否有觀察者發現任何詐欺。在某些情況下,這可能長達一個星期,但預計這些延遲會隨著時間的推移而減少。

Arbitrum 及 Optimistic

Arbitrum (由 Off-chain Labs 負責) 及 Optimistic (由 Optimism 負責) 是目前采用 optimistic rollups 技術的兩個主要專案。值得注意的是,這兩項專案仍處於早期階段,兩家公司都保持著中心化營運,但計劃隨著時間的推移將逐步去中心化。

待技術成熟, optimistic rollups 估計可提供以太坊 10~100 倍的可擴容性。即使在早期,Arbitrum 及 Optimism 上的 DeFi 應用也已經積累了數十億的網路價值。

Optimism 尚在採用曲線的早期,目前已在 7 個 DeFi 應用上有著超過 3 億美元的 TVL,包含 Uniswap、Synthetix 及 1inch 等。

Arbitrum 則更為領先,目前已在 60 幾個 DeFi 應用上有著超過 25 億美元的 TVL,包括 Curve、Sushiswap 及 Balancer 等。

Arbitrum 也被選為 Reddit 的擴容解決方案,用於他們期待已久的社群積分代幣化。(Reddit 有著高達 5 億的月活躍用戶)

ZK Rollups

與 Optimistic rollups 不同,ZK rollups 向以太坊網路實際證明交易為有效的,而不是用假設的方式。

綑綁後的交易結果一起,他們向以太坊智能合約提交所謂的有效性證明 (validity proof)。顧名思義,有效性證明讓以太坊網路驗證此交易是否有效,使中繼節點不可能欺騙系統。這消除了驗證交易是否為詐欺的等待期需求,因此在以太坊及 ZK-rollups 網路間移動資金實際上是即時的。

雖然即時結算及沒有提款時間聽起來很誘人,但 ZK rollups 並不是沒有代價的。首先,生成有效性證明是計算密集型的工作,所以你需要高功率的機器來使其工作。其次,圍繞有效性證明的複雜性使得支持EVM 兼容更加困難,限制了可以部署到 ZK-rollups 的智能合約類型。因此,optimistic rollups 已經率先進入市場,並且更有能力解決以太坊當前的擴容困境,但從長遠來看,ZK rollups 可能為一個較好的技術解決方案。

ZK Rollup 支持者

有許多團隊及實施放案正在進行 ZK rollup 的發展,參與者包括 Starkware、Matter Labs、Hermez 及 Aztec 等。目前 ZK-rollups 主要支持相對簡單的應用,如支付或交換。舉例來說,衍生品交易所 dYdX 采用了 Starkware (StarkEx) 的 ZK rollup 解决方案,以支持每周近 500 萬筆交易及 10 多億美元的 TVL。

然而,真正的贏家會是與 EVM 完全兼容的 ZK rollup 解決方案,它將能夠支持各式應用,且沒有 optimistic rollups 的資金提領延遲。這一領域的主要參與者包括 MatterLab 的 zkSync 2.0、Starkware 的 Starknet、Polygon Hermez 的 zkEVM 及 Polygon Miden。它們目前都在朝主網啟動努力。(與此同時,Aztec 專注於將 zk 證明機制應用於隱私)。

許多業內人士 (包括 Vitalik) 正將 ZK rollup 與以太坊 2.0 的結合作為擴容以太坊的長期解決方案,主要是因為它們能夠從根本上每秒處理數十萬筆交易,而不會影響安全性或去中心化。

一個分裂的世界

從長遠來看,若智能合約平台要擴容到數十億用戶,擴容解決方案是必要的。然而,在短期內,這些解決方案可能會給用戶及加密貨幣營運者帶來重大挑戰。從以太坊跨鏈到這些網路需要使用跨鏈橋,這對用戶來說相當複雜且有潛在的風險。例如,許多跨鏈橋因為漏洞而損失了上億美元。

更重要的是,多鏈世界分割了流動性可組合性。以 Sushiswap 為例,其流動性原先集中在以太坊上,現在分散在各種不同的網路上 (以太坊、BSC、Avalanche、Polygon 及 Arbitrum)。

而可組合性呢?以太坊應用程序一直受益於可組合性,Sushiswap 與其他以太坊應用程序如 Aave 或Compound 可以輕鬆的相互合作。但隨著應用逐漸部署於各式 Layer1、2 網路及側鏈上,限制了可用性並給用戶及開發人員帶來了挑戰。

充滿不確定性的未來

像 Avalanche 或 Solana 這樣的新 Layer1 網路會不會繼續發展與以太坊競爭?像 Cosmos 或Polkadot 這樣的區塊鏈生態系統會不會茂盛發展?側鏈是否會繼續與以太坊和諧地運行,承擔其過剩的的交易量?亦或是與以太坊 2.0 結合的 rollups 會勝出?

沒有人可以給予一個肯定的答案,但我們相信,我們最終將會以同樣的眼光來看待獲勝的擴容解決方案。