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                未來可期:詳解Rollup技術、應用與數據

                來源 中金網 07-13 11:38
                摘要: Rollup的技術方案承襲了其他Layer2前輩們,如閃電網絡、Plasma等解決方案的思路。但最為關鍵的還是其將二層數據再反存到一層的思路。

                  區塊天眼APP訊 : 作 者

                  【火幣研究院】趙文琦,陳晗,袁煜明

                  摘 要:

                  2020年爆發的DeFi熱潮將鏈上活躍度推至新高度,也將公鏈面臨的性能問題直接放在了大眾眼前。作為目前擁有最大生態的以太坊Gas Price飆升,在相當長的時期內維持在100 Gwei以上,讓以太坊獲得了“貴族鏈”的戲稱。雖然近期以太坊Gas Price有所下降,但也無法改變冗余存儲和冗余計算帶來的效率下降的問題。在誕生的各類效率提升的技術中,Layer2賽道下的Rollup技術無疑是當前解決方案中最為亮眼的。

                  Rollup的技術方案承襲了其他Layer2前輩們,如閃電網絡、Plasma等解決方案的思路。但最為關鍵的還是其將二層數據再反存到一層的思路。這一思路與以前所有的Layer2方案都不同,成為了Rollup技術解決用戶使用二層時可用性、易用性問題以及衍生的安全性問題等的關鍵。

                  圍繞Rollup技術,誕生了不少優秀的解決方案團隊,本文著重介紹了其中四個——Matter Labs、Optimism、Offchain Labs以及Starkware。他們在ZK Rollup、Optimistic Rollup以及混合Rollup上做出了諸多嘗試,成為Rollup技術體系在不同方向上落地的主要推動團隊。除了技術解決方案團隊之外,也有不少團隊在摸索具有Rollup特色的應用,如Layer2世界的公交車Layer2.finance、減緩Layer2帶來的流動性分割問題的Caspian以及幫助Optimistic Rollup用戶實現快速提款的Dai Bridge等,本文也將對這些應用方案做探討。

                  從數據表現來看,由于Layer2(數據統計不包括側鏈)方案應用場景尚未鋪開,目前整體Layer2上的鎖倉資金不到Defi整體鎖倉的3%,而Rollup占據了其中的近1/3。目前,Optimistic Rollup的落地已經近在咫尺,通用的ZK Rollup系方案還需要一段時間。Op系的技術有望將以太坊TPS提升至500上下,ZK系則能有100倍左右的提升,也有一些混合Rollup方案其理論TPS能達到2萬。

                  總體而言,Layer2是公鏈發展的必由之路,而Rollup技術則是目前為止Layer2技術中將易用性、安全性、擴展性、通用型等的平衡做的最好的技術。未來幾個月,我們也將看到Rollup的解決方案和應用大規模落地,值得期待!

                一、 Rollup概述

                  1.1 什么是Rollup?

                  在鏈下的世界中,人們習慣了高速的交易、即時的確認、海量的存儲,集中和信任帶來效率。進入鏈上,基于代碼控制和博弈機制的運轉的分布式系統實現了分散和去信任,存儲冗余和計算冗余成為保障系統安全性的重要手段。但冗余不可避免地帶來成本提升和效率降低,鏈上應用的體驗讓用戶產生時代倒退的感覺。為此,也誕生了各類提升區塊鏈運轉效率的改進方案。

                  鏈上改進方案中包括了擴展區塊大小、改變共識算法、分片等等。雖然鏈上的改進方案在當前的區塊鏈技術發展階段還沒有完全展現出在提升效率上的實力(如ETH2.0的分片還在開發中),但其都無法改變在區塊鏈上為了安全性必須要承受冗余存儲和計算的約束的現狀。而這一約束可以被鏈下的改進方案打破。將存儲和計算轉移到鏈下,并設計機制保障鏈下存儲和計算的可信與安全是鏈下擴展方案的核心。Rollup就是鏈下方案中的一類。

                  那么,Rollup是什么?國內通常把它翻譯成“卷疊”,讀起來有點怪但是還是十分形象,打包為卷、壓縮為疊,鏈下的交易數據打包壓縮后傳到鏈上存儲,Rollup就是對符合這一特征的一類Layer2技術的總稱。與此相關的一個趣事是Matter Labs公開稱ZKSwap并不是Rollup,只是一個Validium ,因為當時的ZKSwap未滿足這一特征。

                  1.2 如何演進出Rollup?

                  在Rollup之前,Layer2已經有了幾代技術。但是由于去信任化、安全性、易用性或者通用性方面的問題,都沒有成為被廣為接受的方案。Rollup技術的出現成為打破這一局面的關鍵。

                  來源:火幣研究院

                  最早的Layer2是側鏈技術,其發展一直不溫不火,最近由于Polygon的崛起引來了很多討論。但,如Polygon一類的側鏈的運行基礎是信任 一組驗證者,這類有強信任假設的方案,在沒有易用的無信任假設的方案誕生前,可以被作為一種折中方案應用,但絕不是最終的最優方案。另外,業界對于將側鏈歸類于Layer2是持懷疑甚至是質疑態度的,原因在于側鏈不會保持向主鏈同步狀態變更,更接近一條獨立的鏈,一個新的Layer1。

                  閃電網絡是最早的嘗試無信任假設的Layer2解決方案之一。他通過RSMC和HTLC技術分別解除了對交易對手方的信任依賴和對資金路由節點的信任依賴。即,用戶無需假定交易對手方和轉發資金的中間節點是不會作惡的。但是這種方案在安全性、易用性、通用性上都付出了代價 ,限制了該項技術的應用推廣。

                  Plasma是閃電網絡之后出現的技術。其模型兼有側鏈和閃電網絡的特點。Plasma與閃電網絡的不同在于鏈下交易的傳遞、組織和提交形式。閃電網絡鏈下交易的傳遞基于以狀態通道連接而成的網絡,交易存儲在交易雙方的狀態通道中,通道中的交易對手方均可自行提交通道中的交易帶來的狀態變更。但Plasma選擇了與側鏈更為接近的交易傳遞和組織形式,會有Layer2的運營者負責接收交易、組織存儲(在Plasma Cash方案中,需要用戶自己存儲一部分交易信息)和將狀態變更提交上鏈。然而,側鏈是基于信任的模式,用戶側鏈上的運營者(或者說礦工)不作惡。在去信任化上,Plasma沿襲了閃電網絡使用欺詐證明的思想,通過設置挑戰期和激勵博弈來防止作惡。但是,Plasma同樣存在安全性、易用性、通用性上的問題,現今基本是一條已經被放棄作為獨立Layer2的技術路線。

                  Rollup方案仍然保留了Plasma借用二層的運營者來接收、存儲和提交狀態變更的思想,但考慮到此前方案中將數據存儲在鏈下的思路衍生出了安全性和易用性問題,而直接將數據存儲在鏈上無法實現效率提升,因此誕生了將數據壓縮上鏈的思路。交易數據上鏈后最直接解決的是用戶易用性的問題,鏈上的數據是公開透明的,意味不再需要為了防欺詐而要求用戶做出一些十分傷害體驗的行為,如保持一定的上線頻率以及自行保存用于自證清白的數據(閃電網絡和Plasma都有此要求)。同時,數據上鏈也間能接解決了一些可能衍生的安全問題,如閃電網絡瞭望塔隱私泄露、Plasma上的批量退出等在Rollup的場景下是不需要被考慮的。

                  因此,演進至今,Rollup其實是借鑒吸收了過往眾多方案思想并融合了其特有的鏈上壓縮存儲思路。在當前來看,Rollup無疑是Layer2方案中最受期待的。在其即將落地之時,希望通過本文梳理Rollup當下的技術、應用與數據。

                二、 Rollup技術核心要點

                  在上一章中,我們介紹了什么是Rollup以及Layer2的思想如何演進傳承直至誕生了Rollup。在本章,我們將深入介紹Rollup技術的核心要點。不同Rollup技術路線、同一技術路線下的不同團隊在將Rollup具體落地時會各有差異,因此本小節主要針對Rollup共性的思想進行介紹。

                  2.1. Rollup如何運轉?

                  如下圖2-1所示,是Rollup運轉原理的示意圖。在Layer2上,用戶的各種交易會被發送給二層的運營者。運營者會將一批交易進行壓縮。壓縮成為一筆交易后,調用鏈上的處理合約進行處理。這筆調用交易就會像其他的Layer1的交易一樣進入交易內存池。在Layer1上,礦工會接收一層網絡中所有的交易并打包成區塊發布,這其中就會包含由二層打包上來的交易。

                  雖然不同Rollup的具體實現會不一樣,但均需要解決三個共性的問題:如何實現交易壓縮、如何將二層的狀態轉換同步到一層以及如何保證二層運營者如實提交了二層的所有狀態轉換。我們將在下面三個小節分別討論。

                  2.2. 如何實現交易壓縮?

                  關于為什么要將數據上鏈,在上一章中已經有闡述。上鏈后,二層交易數據在鏈上的數據可用性(或者說數據有效性、數據可獲得性)能得到保障。但數據如果原樣上鏈,是難以達到通過二層提升效率的目的的,所以會進行壓縮。講到壓縮,大家通常的理解是對占用字節數的壓縮,也就是體積上的壓縮,其實不然。壓縮主要是對交易消耗Gas數的壓縮,因為以太坊上的區塊限制是以Gas為限制而不是字節數,更小的字節數對應著更小的存儲占用,但不等同于更小的Gas消耗。Rollup中的壓縮,一方面確實壓縮了交易占用的字節數,另一方面也會減少交易執行的計算量以降低Gas消耗。

                  交易字節數的壓縮的方式主要包括使用效率更高的編碼方式、縮減交易占用字節數、減少需要上傳的數據等。

                  圖2-2 是Vitalik歸納的交易在以太坊一層和在Rollup上占用的字節數。雖然各團隊在最終實現時與Vitalik歸納的并不完全相同,但思路是一致的,因此我們在本文中仍然引用Vitalik的歸納。

                  首先,在二層的交易中,Nonce可以在交易中被省略;Gas相關的Gasprice和Gas也不必出現在每筆二層交易中;To和From地址不需要使用以太坊的地址,而是使用其在狀態樹中的索引(如圖2-3所示,二層的賬戶可以由一棵Merkle樹來組織);Value可以使用科學技術法存儲節省位數;對于簽名,可以將一個批次中的交易簽名進行聚合,降低每個交易的簽名存儲消耗。同時,這些交易數據會被存儲在鏈上gas成本比較低的字段Calldata中。

                  值得說明的是,上傳的一層的數據不僅僅是上述的交易內容,還會包含批次交易發生前后的狀態根(圖2-3中的State Root),以及用于證明(或用于備查)狀態轉換合法性的數據。ZK Rollup系的技術能比Optimistic Rollup系技術取得更好的壓縮效果,一個重要的原因就是ZK需要上傳的交易數據比Op少,Op為了方便驗證者挑戰需要上傳一些中間狀態信息,但ZK只需要針對批次的交易上傳證明信息。

                  除了壓縮交易占用字節數以外,Rollup中交易的計算量也會比直接在一層上執行要少,因為交易不必在一層上重新執行,只需要驗證二層運營者提交的狀態轉換是否正確。對于ZK來說,主要來自于驗證狀態轉換證明(零知識證明)是否合法;而對于Op來說,主要來自于欺詐交易的挑戰消耗。

                  目前,經過壓縮后,在理論上,ZK系技術能帶來的吞吐量提升在100倍上下,而Op在30倍左右。

                  2.3. 如何將二層的狀態轉換同步到一層?

                  上一小節在講交易壓縮時提到二層運營者除了提交交易信息外,還會提交批次交易發生前后的狀態根。這個狀態根與以太坊一層的狀態樹的狀態根類似,是賬戶狀態的歸集。

                  如圖2-3所示,Rollup的狀態可以用Merkle樹來組織,葉子節點為賬戶狀態,中間節點存放層層向上進行哈希計算的信息,根節點是最終的哈希值,是二層所有賬戶狀態的摘要。

                  如圖2-4所示,是批次交易發生前后的狀態轉移示意圖。二層的交易會改變交易相關的賬戶的狀態,引起葉子節點的信息變動,最終導致根哈希值的變動。二層的運營者會在本地維護二層賬戶的狀態樹,記錄批次交易發生前后的根哈希值,在上傳批次交易時將此二哈希值一并上傳。

                  2.4. 如何防止二層運營者欺詐?

                  既然,交易信息、狀態轉換信息都由二層運營者上傳,如何阻止運營者上傳虛假信息呢?這個問題對于所有要和主鏈進行狀態同步的Layer2來說都存在。

                  Rollup誕生之前的閃電網絡和Plasma采用的均是欺詐證明的方式,而Op系技術承襲二者思想同樣使用了該方式。即,在運營者提交信息時不做關于狀態轉換合法性的校驗,但是會為該批次的交易的提交預留挑戰期。如果在挑戰期內,無人對其合法性做出挑戰則交易被確認;若有,則挑戰者需提供欺詐證明,證明運營者作惡。

                  欺詐證明是相對容易的實現方式(相比后面要提到的有效性證明),但帶來的代價是用戶體驗和資金效率的犧牲。在沒有保證鏈上數據有效性的閃電網絡和Plasma的方案中,需要用戶保證一定的在線頻率(也叫做用戶活性)來防止欺詐,同時,用戶資金無法及時取出需要等待挑戰期結束。在Optimistic Rollup下,雖然也是使用欺詐證明,但對用戶體驗和資金效率傷害的情況有所改善。由于數據上鏈,挑戰者可以由除用戶外的第三方提交,降低了對用戶活性的假設大幅改善體驗。另外,Op方案下,雖然仍然存在挑戰期,但是對于非欺詐的交易,交易的最終性是可以預期的,Op的使用者可以自行搭建驗證節點快速驗證交易合法性而不必等到挑戰期結束,雖然交易仍然要等到挑戰期結束后才能被主鏈確認,但其最終性可以被快速確認,利用這一點流動性提供商可以提前為用戶釋放資金流動性。不過,這種解決方案并不是內嵌在Op之中,需要依賴應用解決方案。

                  相比于欺詐證明,更有技術挑戰性的防欺詐方式是要求二層運營者提供有效性證明,即,二層運營者直接證明其提交的狀態轉換是有效的(正確的),自證清白。這也是ZK Rollup系方案使用的方式。在該種方式下,提交即正確,用戶不必擔心欺詐,提取資金也不會有凍結期。方案近乎完美,美中不足是太難,以致于在很長一段時間內,ZK系解決方案只能針對一些特定的操作生成證明,無法通用。但隨著密碼學技術理論和實踐的突破(PLONK、多項式承諾等),通用的ZK解決方案已經近在眼前了。

                三、 主要技術團隊分析

                  上一章我們介紹了Rollup技術的核心要點,這一章,我們將對數個代表性的Rollup團隊及他們的解決方案進行梳理。同時,對于每一個方案,我們也將從Rollup所關注的安全性、退出時間、用戶活性假設、通用性、計算量、復雜度、吞吐量提升等方面進行分析,以進一步理解Rollup技術。

                  3.1 MatterLabs

                  Matter Labs的二層解決方案zkSync是ZK Rollup技術路線的頭部項目。當前的主網版本承載的資金量超過9百萬美元,二層的單筆交易手續費可以低至$0.001(但目前在$0.1級別)。不過雖然其理論吞吐量可達數千,由于需求不足,實際運行的TPS小于0.1。同時,提現時間現在仍在小時級別。

                  這些數據一定程度上反映了ZK系解決方案在當前表現并不良好,但這種不良好更多是由于當前整個二層的發展階段和ZK系技術尚有瓶頸待突破造成的。Matter Labs在ZK Rollup技術路線上處于絕對領先的地位,其兼容EVM的虛擬機也將是ZK系技術邁向下一個階段的里程碑。

                  3.1.1. 項目進展

                  Matter Labs基于密碼學證明開發出zkSync解決方案,該方案于2020年7月上線主網,2021年5月份將上線zkSync1.x版本,并且將在2021年5月份上線2.0版本的公開測試網,8月份上線主網。

                  1.0版本支持資產轉賬,不支持通用智能合約;1.x版本支持NFT原子交換和鑄造等功能;2.0版本將使用ZK Rollup和zkPorter混合賬戶架構,該架構支持兩種賬戶的完全互操作,支持圖靈完備的ZincVM,可移植現有的Solidity源代碼,原生支持所有以太坊錢包,并且其開發中的zkPorter,通過放棄鏈上數據可用性,帶來TPS的大幅提升,遠超ZK Rollup 2000的理論值,可達到20,000筆以上。

                  3.1.2. 技術方案

                  當前zkSync的主網版本是以ZK Rollup技術為核心的,其解決方案思路和前兩章介紹的ZK Rollup的思路基本一致我們不再贅述。但Matter Labs官方在四月中旬發文再次著重介紹的zkPorter的解決方案值得關注。

                  純Rollup的技術解決方案最重要的特點是保證了鏈上的數據可用性,而鏈上數據可用性能免除對用戶活性的要求,大幅提升用戶體驗和可用性,但隨之帶來的是有限的擴展性。因為鏈上每個區塊有gas上限,所以理論上,所有保證鏈上數據可用性的技術方案都會有擴展性的上限,只能帶來線性的提升。

                  為了同時免除對用戶活性的假設并大幅提升擴展性,zkPorter將數據存放在鏈下以繞開gas limit導致的十分有限的吞吐量的上限,同時,對于所有交易,其狀態轉換的證明仍舊會提交到鏈上,由鏈下的守護者進行驗證。zkPorter中還有一個重要的點是引進了分片,ZK Rollup所在的分片是基礎分片,其余所有的分片可以由用戶自行決定數據可用性方案,這些分片的可用性可以由zkSync的守護者來維護,也可以由該分片上的協議自行維護。在該種架構下,TPS可以提升至2w,手續費也可再降低十倍(如圖3-1)。

                  3.1.3. 特點

                  ? 安全性高,沒有資金體量上限。Rollup部分具備與Layer1同等的安全性,同時二層的承載資金量的增加不會降低二層的安全性。Layer1上的數據有效性和零知識證明是zkSync解決方案的關鍵。智能合約可基于Layer1上的狀態、數據和證明自動化驗證交易的有效性,沒有其他安全性假設。

                  ? 退出時間相對較短。當前zkSync實際退出時間最長需要數小時,但理論退出時間是在15分鐘左右的。主要原因是當前二層的交易數量不多,延長推出時間可以降低每筆交易需要平攤的手續費。即便如此,相比使用欺詐證明類型的技術方案(如Op Rollup、Plasma、閃電網絡等)數周的推出時間,仍然是相對較短的。

                  ? 無用戶活性假設。由于該技術方案保證了Layer1上的數據可用性,并且所有交易都有有效性證明,因此不需要用戶保證一定的上線頻率來防欺詐。

                  ? 通用性差,暫不支持通用的智能合約。當前版本的zkSync僅支持充提和轉賬,能力過于有限導致當前zkSync沒有太多應用場景,整體的鎖倉量在zk系的方案中表現并不亮眼。這是整個ZK Rollup技術路線當前面臨的共性問題,即僅支持專用型的操作。但是,zkSync團隊當前正在研究EVM兼容以及實現通用的智能合約,并且團隊預計在今年即可上線支持通用智能合約和EVM的2.0版本。

                  ? 計算量大。對每筆交易,除了要計算每筆交易本身帶來的狀態轉換之外,還需要生成相應的狀態轉換證明,生成證明的過程需要消耗大量的計算資源。相較而言,其他如閃電網絡、Plasma、Op Rollup省去了這部分的計算資源消耗。同樣的交易,zksync的二層運營商成本會高于op系列解決方案的成本,但在當前二層利用率并不高的情況下該資源消耗并未成為zksync發展的重要挑戰。如果基于ZK Rollup的二層應用場景增長,專用的證明器或者定制化的硬件也可以緩解該問題對資源消耗和用戶體驗帶來的影響。另外,zkPorter的方案也為低計算量和更高的tps提供了解決方案。

                  ? 復雜度高。由于零知識證明技術的復雜性,普通的應用開發團隊幾乎不能應用ZK Rollup的方案去遷移和開發應用。兼容EVM的ZK Rollup方案會大大改善這一問題,但是其代碼的復雜度也會大幅上升,代碼的審計會比OVM的難度高很多,對該ZincVM的安全性和魯棒性的驗證可能需要經數年的考驗。

                  ? Rollup部分吞吐量提升有限,但zkPorter部分吞吐量有望巨幅提升。由于一層區塊gas limit的上限限制,Rollup技術的吞吐量提升無法與其他不保證鏈上數據有效性的Layer2方案相比。但Matter Labs團隊也意識到了這個問題,提出了新的zkPorter的方案以巨幅提升TPS。

                  3.1.4. 應用

                  目前,zkSync作為ZK Rollup技術的頭部解決方案受到許多生態應用方的關注,如Curve已經在以太坊測試網上集成zkSync,imToken與zkSync達成深度合作并將在錢包中支持zkSync,SushiSwap和Argent已選擇將zkSync作為最終落地的擴容方案。但由于當前zkSync支持的操作有限,實際完成集成和應用的還很少,主要集中在支付領域。如Gitcoin、Storj、Golem等均集成zkSync作為支付方式之一。這些應用場景相比繁榮的一層的生態在實用性和資金回報上都相去甚遠,也這就導致了zkSync實際的吞吐量僅在0.05 tx/s左右。

                  3.2 Optimism

                  如同Matter Labs是ZK Rollup技術的頭部團隊,Optimism是Optimistic Rollup技術路線的頭部團隊。該團隊脫胎于原本研究Plasma技術的Plasma Group團隊,后放棄Plasma轉向Optimistic Rollup。

                  其提出的OVM為降低一層到二層的代碼遷移成本提供了重要的思路,便捷的代碼遷移是生態快速融合的基礎。雖然其主網還未上線,但是Synthetix已經在其基礎上運行,目前承載資金量超過1億美金,單筆交易的費用可以低至$0.07左右。吞吐量方面,Optimistic Rollup技術方案的理論值在500左右。

                  數據表現尚不強勁的主要原因是Optimism目前還處于有限訪問的階段,只針對部分已授權的應用開放少許功能測試,但其對于通用智能合約較好的兼容性仍然受眾多項目方的青睞。從短期看,它的應用場景會更加廣闊。

                  3.2.1 項目進展

                  Optimism基于Optimistic Rollup的技術提出了OVM并且構建了Optimistic Ethereum。其在2021年1月開啟Optimistic Ethereum主網的軟啟動(試運行)。隨后在3月份,Synthetix開始了向OE的遷移,目前已經能在Synthetix上進行Layer2上的staking,但其更核心的合成資產和交易的業務尚未部署到主網上。預計在2021年7月,OE會上線公共主網。

                  3.2.2 技術方案

                  Optimism的Optimistic Ethereum是對Optimistic Rollup的代表性實現,其技術核心思想在前兩章有過深入討論這里不再重復,但需要針對其OVM做特別說明。

                  Optimism支持在二層擴容網絡上使用OVM,一方面兼容以太坊虛擬機最大程度保障通用性,另一方面做了一些適應性調整保障OVM可以實現Optimistic Rollup的機制。這些調整主要包括三個方面,第一方面是調整虛擬機中的一些操作碼,來保證程序在一層和二層執行的時能得到相同的結果,例如對TIMESTAMP、ADDRESS等操作碼的調整;第二方面是調整了編譯器,保證Solidity編寫的程序能被正確編譯成OVM支持的操作碼;第三方面是修改Geth客戶端,讓其兼容OVM對交易的處理方式。

                  3.2.3 特點

                  ? 安全性弱于一層。欺詐證明路線的方案,依賴于一層的抗審查性。如果二層交易的資金量很大,可能會誘使一層的礦工發起51%攻擊,審查挑戰交易,導致二層作惡的排序者提交的虛假交易無法被成功挑戰。

                  ? 退出期長,資金效率低。Op Rollup基于經濟激勵的博弈模型使得交易在挑戰期結束以前不具有確定性,并且無法運行全節點的終端用戶無法提前驗證交易的確定性。因此Op Rollup相較ZK Rollup的驗證時間長,PoW共識機制下的挑戰窗口期約為2周,PoS共識機制下的挑戰窗口期為1周。

                  ? 無用戶活性假設,但需要驗證者。Optimism 團隊的解決方案保一層上數據的可用性,雖然仍然需要監控一二層狀態防止欺詐,但不需要用戶自行監測,可由第三方的驗證者代替。

                  ? 靈活性高,支持通用智能合約。Optimistic Ethereum是第一個無需大規模重寫智能合約即具有完整跨層移植功能的Rollup解決方案,即以太坊上的應用的合約代碼遷移成本非常低。因此,在短期成為了眾多應用團隊關注和選擇的解決方案。

                  ? 計算開銷較低、一層gas消耗較低。該解決方案中的的狀態轉換的有效性不需要在一層主動驗證,相比于ZK系的解決方案能節省大量的驗證的gas消耗。并且省去了在二層生成證明的計算開銷。

                  ? 吞吐量提升十分有限。純Rollup系的技術,對吞吐量的提升由于受限于一層區塊的gas limit,本身就十分有限,加之Op需要提供更多的中間狀態數據便于挑戰,所以只能帶來幾十倍的吞吐量提升,是各類二層技術中提升最為有限的方案。

                  3.2.4 應用

                  雖然基于Optimistic Rollup的Optimistic Ethereum在安全性和資金效率上都不如ZK系的技術,但由于其兼容EVM的解決方案有望成為Rollup系技術中最先落地的,許多團隊采用其作為下一個階段的擴容解決方案。當前,Synthetix已在Optimistic Ethereum上實現質押服務,Uniswap也一直在與其合作推進二層的落地,在近期也宣布了將在其上推出alpha版本。。Volmex在Optimism本地測試網上開發應用并進行OVM部署,IDEX上線低延遲、高TPS的2.0版本, MakerDAO為Optimism提供二層DAI快速提款方案以縮短提款時間至幾分鐘,Compound預計選擇Optimistic Rollup,Saddle未來將智能合約遷移至Optimism上。

                  3.3 Offchain Labs

                  Arbitrum方案是由Offchain Labs提出并創建的,最早是一個純粹的研究型學術項目,后經過不斷優化和改進,逐漸轉入實踐。

                  該方案也是基于Optimistic Rollup的解決方案,通過經濟激勵的博弈模型維護安全性并通過欺詐證明來維護交易有效性,主要區別在于挑戰機制和實現形式。目前,Arbitrum主網還未上線,但已經在以太坊的主要測試網中運行了一段時間,性能表現良好。測試案例的數據顯示,其最優吞吐量在幾百左右,挑戰期只有數十分鐘。只不過,挑戰時間設置的較短可能會帶來一些安全問題,還有待技術團隊來進一步解決和完善。

                  3.3.1. 項目進展

                  截至目前,Arbitrum測試網已經平穩運行了約六個月。2021年3月,Offchain Labs團隊更新了第四個測試網版本,并將其選定為主網的候選版本。5月28日,其主網測試版Arbitrum One已經向開發者開放。如果不出意外,其公共主網將于2021年內上線。根據Arbitrum的路線圖,團隊下一步的工作是主網的正式上線。為此,團隊正在和多個項目方積極合作,共同進行網絡的集成、審計和壓力測試。

                  按照目前的進展來看,Arbitrum有可能反超Optimistic Ethereum成為以太坊上第一個落地的通用型Rollup,這對于整個以太坊生態和Rollup來說都是重大的突破。

                  3.3.2. 技術方案

                  Arbitrum技術方案的設計與Optimism類似,與可兼容以太坊智能合約,并可通過欺詐證明和經濟博弈的方式維護交易有效性,二者的主要區別在于挑戰機制。Optimism只需要排序者和驗證者執行一次欺詐證明交互即可判斷出結果,而Arbitrum認為一次交互可能導致欺詐證明需要包含大量的交易從而超出gas限制,并且提出欺詐證明是由于單條指令執行異常導致,無需執行全部的指令。因此,Arbitrum將欺詐證明分為多輪步驟,只需要證明排序者在執行某條指令時出現異常,即可證明排序者作惡,節省成本。

                  3.3.3. 特點

                  Arbitrum的方案與Optimism Rollup的主要特點是一致的,我們不再贅述,主要可以關注欺詐證明機制的變化帶來的改變。

                  ? 多輪欺詐證明交互。Arbitrum采用多輪欺詐證明驗證交易的有效性,降低單次挑戰需要消耗的gas,不必擔心gas費用超出限制。

                  ? 對EVM的兼容性更強。雖然Optimism團隊的OVM對EVM兼容,但其實不是100%兼容,已有的項目從一層遷移過來仍然需要修改代碼,Arbitrun團隊的方案則是幾乎100%兼容。

                  ? 多步交易可能存在安全性問題。Arbitrum交易的有效性驗證需要多輪交互,內置虛擬機需要支持異步機制,該機制更加復雜,代碼量更大,可能存在安全問題。

                  3.3.4. 應用

                  由于Arbitrum落地預期強烈,當前已經有眾多應用都宣布支持Arbitrum的生態。包括Uniswap、Sushiswap、MCDEX、Bancor、ImToken等。其中,Uniswap社區已經投票通過將V3部署在Arbitrum上;去中心化永續合約交易所MCDEX推出的無需許可即可創建合約V3版本已登錄Arbitrum測試網中,與開發團隊協同推進方案的測試和應用;同時,MCDEX V3也計劃在Arbitrum主網上線后立刻完成部署,并對用戶開放;另外, OKEX也宣布將支持Arbitrum網絡的充值和提現。用戶無需再與以太坊一層交互,降低交易手續費。

                  3.4 Starkware

                  StarkWare是一個來自以色列的零知識證明研發機構,專注于研究以太坊二層擴容技術。該團隊在二層的技術積淀也非常深厚,二層技術路線、二層網絡網絡、零知識證明協議、編程語言、二層應用均有涉獵。幾乎覆蓋了二層所有的技術核心點。

                  其提出的Layer2底層的技術為Validium,后又進一步推出了Volition。StarkWare團隊推出了一個去中心化的二層擴容網絡StarkNet,支持以太坊上的通用計算,具備一定的免許可性和抗審查性。根據StarkWare在今年1月底公布的StarkNet路線圖來看,該方案分為四個階段,以逐步實現去中心化和生態集成。目前,團隊已完成階段0的構建,主要完善了三個重要組件,即證明協議zk-STARK、編程語言Cairo和交易所擴容方案StarkEx。

                  3.4.1. 項目進展

                  StarkWare對目前流行的SNARK算法做了改進,自主研發出新一代零知識證明協議STARK。該協議于2020年6月上線主網,能夠大幅提高運行效率,并可以提供抗量子計算的零知識簽名,是整個StarkNet去中心化證明層的基石。

                  另外,StarkWare還創造了獨有的編程框架Cairo,以生成通用計算的STARK證明。Cairo于2020年10月在主網上線,面向所有開發者。該框架不僅是圖靈完備的,還能避免零知識證明中復雜的電路設計,將證明的生成與驗證分開進行。StarkWare團隊不斷改進Cairo,為其引入了眾多新的功能、語法和內部插件,最近正在探索投票場景下的應用。

                  StarkWare也在階段0中推出了第一個基于STARK的ZK Rollup應用StarkEx。StarkEx既是StarkNet第一批具體應用,也是專注于交易所場景的二層擴容引擎。StarkEx最早于2020年6月上線以太坊主網,隨后在2020年12月上線了2.0版本。2.0版本是完全建立在Cairo框架上,支持一二層交互以及ERC721、鏈下鑄幣、智能合約密鑰恢復等功能。目前,StarkEx仍處于迭代更新的狀態,團隊計劃于2021年5月推出StarkEx 3.0,該版本將包含 L1限價單和批量長效的閃電貸功能。

                  按照團隊計劃,后續三個階段分別對應單運營者單應用Rollup、單運營者多應用Rollup以及去中心化運營多應用Rollup,最終將在2022年底前逐步完成部署(圖3-2)。

                  3.4.2. 技術方案

                  Starkware最早提出的二層解決方案是Validium,這個方案將數據保存在鏈下,但同時結合了ZK的思想對狀態轉換做有效性證明。具體來說,數據在鏈下的有效性由鏈下的公證人保證,同時公證人會將鏈下交易的狀態轉換生成SNARK證明上傳到鏈上。SNARK證明避免了公證人上傳錯誤的狀態轉換到鏈上。但由于數據存儲在鏈下,公證人可以合謀不提交數據,將用戶的資產凍結。因此,其實Validium方案并不是Rollup系的技術,但是在Validium方案中用戶資產也被凍結的問題被討論之后,Starkware推出了一個新的方案,Volition。Volition其實是ZK Rollup方案和Validium方案的結合(圖3-3),用戶可以根據自己的需求選擇將數據可用性的保證放在鏈上還是鏈下。因此,我們還是將Starkware團隊的工作放進了本篇Rollup的文章中。

                  在前面的章節中我們介紹過Matter Labs的zkPorter的方案,這個方案的思想就是源自于Validium,但是在zkPorter中,鏈下的守護者無法凍結用戶的資產,且在zkPorter中有一個分片是ZK Rollup的分片,數據可用性由鏈上保證,用戶可以選擇將自己的資產放在ZK Rollup的分片中或者可用性在鏈下的其他zkPorter的分片中。所以其實zkPorter的方案和Volition的方案是更為相似的。

                  3.4.3. 特點

                  ? 安全性弱于一層,公證人有權凍結資金。Validium將數據保存在鏈下,二層的公證人只會向鏈上提供狀態轉換的證明,不會提交細節的交易信息,導致如果二層的公證人不將最新的狀態公布給用戶,用戶無法自行構造證明來證明賬戶狀態。因此存在二層公證人凍結用戶資金敲詐的可能。

                  ? 退出時間相對較短。因為Validium方案下公證人為狀態轉換提供了有效性證明,不需要挑戰期,因此退出時間相對較短。

                  ? 無用戶活性假設。雖然該方案沒有保證鏈上數據的有效性,存在欺詐的可能,但是SNARK證明能避免公證人提交虛假交易,因此不需要用戶保持在線頻率來防欺詐。另外,即便發生前述的公證人凍結資金的情況,也不能通過用戶保持在線解決。

                  ? 通用性強于zkSync,但不兼容EVM。Starkware團隊開發了Cairo語言,應用團隊使用該語言開發應用可以省去自行編寫生成證明的工作。但是由于不兼容EVM,現有以太坊的生態應用遷移過來需要額外的開發工作,這也是Starkware團隊的方案沒有獲得廣泛采納的重要原因之一。

                  ? 吞吐量大幅提升。由于數據放在了鏈下,Validium的吞吐量提升比ZK Rollup還要再高一個數量級。

                  3.4.4. 應用

                  當前已有多個應用宣布集成StarkWare的二層擴容方案。去中心化自治組織BadgerDAO于2月份在StarkNet上啟動;Celer也計劃利用Cairo編程語言,為自身擴容方案Layer2.finance開發基于零知識證明的版本;現貨交易所dYdX、衍生品交易所DeversiFi和NFT交易市場Immutable 均上線支持了StarkEx方案,截至目前共產生超過10億美元的交易量。其中,DeversiFi最早采用StarkEx擴容引擎,提供代幣兌換功能,用戶從Layer 1進入該網絡無需支付任何Gas費;dYdX的二層網絡版本于4月正式上線以太坊主網,提供十種代幣的永續合約交易;而Immutable交易市場則與StarkEx在NFT領域開展合作,發布了二層解決方案ImmutableX的Alpha版本,支持區塊鏈卡牌游戲玩家進行交易。

                四、 應用方案解讀

                  在前面的章節中,絕大部分的內容都圍繞Rollup技術的思想和其主要技術團隊的落地情況進行了分析,但除此之外,應用也是Rollup生態中不可忽視的一環。除了一些本身已經在以太坊一層上長期運行的項目會落地到Rollup上,還有一些針對Rollup的特點或者說是缺點(如,帶來流動性割裂、有挑戰期等)而特別設計的應用。本節也將針對其中3個代表性的應用方案進行解讀,帶讀者一窺Rollup特色的應用是如何設計的。

                  4.1. Celer:Layer2.finance

                  Celer Network于2021年2月發布最新的解決方案Layer2.finance,以降低DeFi的使用門檻,通過聚合需求來分攤單個用戶承擔的交易手續費。2021年4月底,Layer2.finance v0.1主網正式上線,目前支持AAVE,Compound和Curve三種DeFi協議。根據團隊披露的數據來看,該方案上線一周后鎖倉總量已超過140萬美元,為900多筆交易節省了近3.4萬美元的Gas手續費,性能表現良好。

                  4.1.1. 解決的問題

                  當前在談Layer2時,大家更多想到的是把Layer1上的應用搬到Layer2上去,以實現把計算和存儲部分轉移到Layer2降低主鏈的負荷。但這種方案在落地時,往往涉及到代碼、資金、生態的遷移,在當前的Layer2的發展階段下,這些遷移都并非易事。Celer的layer2.finance反其道而行之,不轉移鏈上原本的應用,將交易的指令在Layer2上聚合,然后在Layer1上統一執行,繞過前述問題,實現交易成本的降低。

                  4.1.2. 方案

                  Celer提出基于原地擴容的全新Layer2解決方案Layer2.finance。該方案包含以下幾個部分:

                  首先,用戶要將以太坊鏈上的資金存入到Layer2.finance的一層Rollup基金池合約中,這些資金會劃分為閑置、已承諾和已分配三種不同的狀態。其中,已承諾資金代表了交易從提交到實際執行的中間狀態;已分配資金代表了交易執行完成后,用戶收到的流動性憑證stToken,未來可用于贖回流動性,并將收益轉換為閑置資金。

                  然后,用戶就可以在layer.finance的二層網絡中進行資金分配,即將資金投入不同DeFi協議以獲取收益或從協議中撤出。

                  隨后,Layer2.finance的出塊節點會在Rollup鏈上收集交易并根據目的DeFi協議地址進行聚合分類。當匯總了足夠多的交易或固定時段結束后,出塊節點會把這些交易打包成塊,向主鏈提供每個用戶的狀態根以及資金分配的具體方案。

                  最后,Layer2.finance的鏈上合約根據接收到的指令執行相應的資金分配操作。同時,出塊節點也會根據一層交易結果更新二層用戶的資金狀態,確認資金分配無誤后,返回用戶相應的流動性憑證。

                  由于Layer2.finance目前使用的是Optimistic Rollup框架,所以Rollup區塊在與一層交互時會存在挑戰期。在該挑戰期內,如果Layer2.finance協議進行了錯誤的資金分配,任何人都可以提交欺詐證明來回滾交易。未來,Layer2.finance將采用ZK Rollup路線來適配高并發聚合交易場景,不再需要設置挑戰期來保證狀態轉換的有效性。

                  4.1.3. 優勢

                  ? 低成本。如果把DeFi比作地鐵站,那Layer 2.finance就是穿梭在各個DeFi協議中的地鐵。用戶一改以往高消費的“專車”,只需購買便宜的“地鐵票”,通過“多人拼單”的形式,來降低個體與DeFi的交互成本。

                  ? 無需遷移DeFi協議。對于用戶來說,自身持有的資金仍可以像之前一樣在鏈上的多個DeFi協議中使用,降低Layer2帶來的流動性割裂的問題;對于各個DeFi協議來說,不僅可以省去開發專用二層網絡版本的工作,還可以通過連接Layer2.finance實現自身二層用戶的積累。

                  ? 可疊加的可擴展性。從短期看,單條Layer 2.finance受限于鏈上容量,可能會隨著交易規模的增大而無法維護;但長期來看,一旦ETH2.0落地,系統可以增加多條Layer 2.finance Rollup鏈到對應的流動性系統中,打破擴展性的上限。

                  4.1.4. 局限

                  Layer2.finance目前同樣存在一定的局限性。首先是打包聚合交易導致的延遲問題,用戶在表達資金分配的意圖到實際的資金分配中存在固定延遲,需要在成本和時效性上做出抉擇;其次,該方案存在高級操作的局限性,用戶無法執行多個DeFi協議的高級定制化組合;最后,用戶在該方案上的可選擇性是有限的。目前Layer2.finance只上線了三個DeFi協議,雖然未來會慢慢整合更多的策略協議,相對穩定且收益率較保守的項目可能是會被優先考慮的。

                  4.2. Starkware:Caspian

                  StarkWare于2021年4月發布L2 AMM流動性聚合方案Caspian,可以有效應對Layer 1流動性被分流到二層導致的流動性碎片化問題。根據團隊預估,該方案在6月即將上線的StarkEx3.0升級中有望得以實現,但目前看來有所推遲。

                  4.2.1. 解決的問題

                  隨著鏈下擴容逐漸成為以太坊網絡2021年發展建設的主旋律,Layer2上會誕生新的AMM項目,已有的一層的AMM項目也會遷移部分流動性到二層,導致一層流動性被分流,加重資金碎片化問題。對于AMM應用來說,它們的資金聚集效應十分顯著,往往需要較大的資金體量才能提供好的交易體驗。所以,妥善解決流動性碎片化問題并提高資金效率,是十分有必要的。

                  4.2.2. 方案

                  StarkWare提出由二層驅動的AMM設計方案Caspian,把交易放在二層進行,再從一層的AMM池中向各個交易地址調配資金。Caspian分為鏈下和鏈上兩部分,鏈下包含運營商、交易者和流動性提供者,其中,運營商是一個可以處理二層網絡交易的做市商,它可以按批次處理多筆交易,當一個批次交易結束時,會生成STARK有效性證明,并且根據狀態變更來結算批次里的交易;交易者指的是各個二層應用上的用戶;而流動性提供者則是以太坊鏈上的各個流動性提供者。鏈上是一個由Layer 2驅動的AMM智能合約以及StarkEx合約,前者是一個標準的AMM合約,但稍有不同的是,它的唯一對手方是鏈下的運營者且提款要等待前一批次的交易處理完成才能進行;后者即為支撐運營者服務的StarkEx系統。該方案的具體過程如下:

                  首先,運營商聚合起一批二層用戶發來的交易,并自行撮合接受到的報價訂單;然后,運營商可以在鏈上的AMM合約中生成一個限價單,并將該批次里產生的交易凈差額與該訂單撮合,完成用戶剩余的資金分配;最后,運營商將該批次的交易發送給StarkEx系統,生成批量STARK證明,在經過verifier驗證后完成該批次交易的結算以及狀態的更新。在整個過程中,AMM合約池中的代幣流動性是通過一層流動性提供者提供的,其本質還是保持代幣的流動性在L1,根據L2交易指令來進行資金調配。

                  另外,在Caspian的設計中,還新增了閃電貸的功能。通過將貸款期限延長至整個交易批次的流程,運營者可以提前在鏈下鑄幣發送給交易者,但前提是必須在該批交易結束時銷毀它們。這樣一來,可以大大提高運營商作為中間方撮合訂單的效率。

                  4.2.3. 優勢

                  目前眾多應用只能靠多個做市商實現在不同網絡中部署資金,執行做市策略。Caspian方案可以實現在二層進行指令調配以及交易的聚合,在一層的流動性池中將資金發送到用戶地址,完成跨L1和L2的AMM,緩解二層分流一層資金帶來的流動性碎片化問題。

                  4.2.4. 局限

                  從該方案的設計機制上看,Caspian是存在中心化風險的。因為運營商既是AMM智能合約的對手方,也是與一層交互的唯一對象,可以決定部分交易需求的去留,一旦出現作惡行為,很可能導致用戶資金的損失;另外,該方案還處于概念性階段,還有一些組件待補充,例如L1限價單和批量閃電貸,這些功能的具體實現要等到6月StarkEx3.0網絡升級后才有可能;最后,Caspian的設計思路與Celer的Layer2.finance類似,后者已于4月上線,占據一定的先發優勢。

                  4.3. MakerDAO:Dai Bridge

                  3月初,MakerDao智能合約團隊在其官方論壇上發布了一種新的解決方案Optimism Dai Bridge來支持快速提款,用于解決Optimistic Rollup需要一周提款時間的問題。據團隊表示,該功能將在今年第三或第四季度正式上線。

                  4.3.1. 解決的問題

                  由于Optimism在設計中借鑒了Plasma的欺詐證明機制,從一層到二層網絡的代幣轉移可以很快完成,但反向移動則需要用戶等待一周左右的爭議期,用于驗證狀態是否正確更新。Maker團隊認為,資金提取時間過長會成為制約Optimistic Rollup發展和影響用戶體驗的重要因素。

                  圖5-4 Optimism存款和取款時間對比

                  4.3.2. 方案

                  Optimism Dai Bridge引入預言機快速驗證排序者提交的交易,驗證無誤后,提前將用戶在二層要提取的DAI借由中間代幣fdai的橋接鑄造出等量的一層上的DAI,避免了漫長的等待帶來的資金利用率和可組合性下降的問題。

                  該方案的具體過程如下:首先,二層上所有有關oDai(二層上的DAI在該方案中被稱作oDAI)的交易請求會被鏈上的CTC(Canonical Transaction Chain,是Optimism團隊的解決方案中的一個組成部分)合約記錄下來;然后,交易提款請求會經過Maker的預言機驗證,確認交易的有效性和金額;通過驗證的提款交易會映射到一層上鑄造出相應數量的fDai,這些fDai可以看作是用戶對原先鎖定在一層上DAI的取款憑證;最后,用戶將手中的fDai質押可以在一層鑄造出新的DAI給用戶提走。等到該交易的挑戰期結束,抵押的fDai和鎖在一層合約中的DAI會被清算,用戶只需要支付一定的利息即可。這樣一來,用戶無需等待DAI的一周鎖定期,近乎即刻就能實現提款。

                  不僅如此,Maker團隊還提出可以將這項服務擴展到任何二層代幣的快速兌換。除了穩定幣DAI之外,用戶可以首先在二層上將資產兌換成oDAI,再利用Optimism Dai Bridge交換oDAI為DAI,最后按照比率兌換回原先的資產。這個過程需要集成L2上的AMM以及與L1上AMM的協作,如果成功實現,可以很大程度提高二層資產到一層的快速流動。

                  整個方案的核心是相信了預言機對交易狀態的提前驗證,因此相信了提款交易的最終性,提前將資金釋放給用戶。

                  4.3.3. 優勢

                  ? 提款時間快。解決了Optimism的用戶痛點,將提款時間由一周縮短至幾分鐘。

                  ? 無需對手方。Maker本身具有Dai的發行能力,這里只是利用fDai作為連接橋梁,實現Dai的發行。并且,該方案與現有抵押借貸的協議邏輯銜接,提供資產保障,用戶只需要和Maker協議本身交互,無需對手方參與交易過程。

                  ? 靈活性強、流動性高。系統設立了Maker協議的fDAI庫,用戶不僅可以按照上述方案獲取fDAI,也能從其它用戶手中交易fDAI從而鑄造出DAI,完成提款。

                  ? 保證二層用戶利益。即便預言機失靈,造成了DAI的超發,但并不會影響二層用戶的利益。原因是,增加的DAI相當于Maker協議的負債,這時會觸發Maker里的債務拍賣機制,系統增加流通中的MKR量,用于清償債務,將損失轉移給了MRK持有者。鎖定在一層合約中的DAI和二層中的oDAI價值仍然是相等的。

                  4.3.4. 局限

                  在該方案中,假定了預言機是正常運行、可以信任的,但原方案中未闡述這種預言機更細致的工作原理,不排除出現預言機與二層排序者串謀的機攻擊或者預言機宕機等情況。

                  五、 數據表現

                  上文詳細介紹了目前主流的Rollup代表項目及應用方向,盡管目前其中多數仍處于剛上線或上線前期,但已有一些數據值得關注。本章將從資金承載、開發進度和實際性能上對主流項目進行對比分析。

                  截止6月25日,超11.8億美元的價值由以太坊Layer2(本小節統計的Layer2數據不包含側鏈)項目承載,約占以太坊DeFi近459億美元總鎖倉量的2.57%。其中,Rollup占據Layer2方案32.77%的資金量。各個方案中頭部項目的承載資金量數據顯示,其中ZK Rollup占比29.23%,其次分別是Optimistic Rollup(3.54%)和Validium(1.73%)。

                  由于Rollup系落地速度不快,項目遷入也存在一定開發難度,因此整體資金承載量自先鋒項目如ZKSwap和Loopring上線后尚未出現第二個爆發點。同時,隨著近2個月Polygon生態的崛起,打亂了整個Layer 2賽道的格局,讓Rollup分支資金承載占比自4月末超50%下降,近2個月占比下降超17個百分點。

                  ZK系憑借著ZK Swap和Loopring對以太坊二層交易所的早期快速布局,目前仍承載著Rollup方向下近85%的資金;OP系基于頭部項目Synthetix的早期布局承載著分支近10%資金;Validium以StarkWare為代表,上線較晚且應用場景限定在幾個去中心化交易所上,僅承載了近5%的分支資金。

                  整體看,ZKSwap和Loopring作為ZK系先鋒先行落地,分別承載了約1.23億美元和1.40億美元的資金,目前在本文研究的四個技術路線中獨占鰲頭。值得一提的是,作為新萌生的L2 DEX,ZKSwap近兩個月自超13億美元大幅縮水超90%至目前的1.23億美元,這或許是獨立研發ZK Rollup路徑的DEX共同面臨的困境:在早期挖礦紅利消失后,不支持EVM的技術如何突破L2資產孤島的封鎖。從解決思路上,我們看到ZKSwap作出了2類嘗試:通過加碼挖礦、回購銷毀生態通證ZKS以持續刺激用戶進入;通過開發NFT協議試圖增加玩法,此功能尚未上線。在現階段,前者是針對存量用戶的策略,后者則可能打開新的增量市場。此外,作為早期項目的dYdX雖然也采用了StarkEx的方案,但使用的是其ZK Rollup版本,依托其一層TVL轉化也為ZK系承載資金提供了加成。

                  OP方案受限于Optimism團隊的延期發布,目前承載資金基本靠Synthetix的質押功能支撐。未來隨著Synthetix核心的合成資產鑄造、Uniswap V3的二層版本接入,以及其他頭部Defi應用的遷移,其承載資金或可大幅提升。與目前的ZK路徑不同,OP天然對EVM及智能合約開發友好,或更易復制、創造生態熱度;但同時,OP在機制上較長的退出周期會在另一維度上加劇資產孤島的問題,用戶在進入生態前或需反復思考,這對每個項目的在安全和收益上的穩定性提出了更高的要求,推測早期或只有足夠成熟的項目可吸引到大量資金。

                  最后,Validium由于接入的項目如DeversiFi、ImmutableX等則本身生態較小,因此整體承載資金較少。而Arbitrum剛進入開發者測試階段,出現一定規模的資金量仍待其主網正式上線、接入用戶后觀察。

                  5.3 實際性能

                  實際性能方面,我們主要觀察吞吐量(tps)、提現/退出至一層的時間以及整體費率較以太坊的提升和變化。

                  我們在圖5-2中已列出統計范圍內各項目近期實際吞吐量(tps)的對比??梢钥吹?,雖然各項目理論tps均較以太坊15 tx/s的數值有了較大增長。ZK系支持以太坊100倍以上的理論吞吐量峰值,OP系則在以太坊33倍(500 tps)左右,但由于各項目整體還都在上線之初,交易活躍度仍不高,且功能尚未完全開放,因此實測的吞吐量數值仍很低。

                  從提取資金至一層的時間來看,Rollup方案目前整體仍較慢。盡管理論上ZK Rollup在一二層之間的資金轉移可以實現數分鐘內提取資金,但由于交易活躍度仍不夠高,出于降低單筆交易費用的考量,目前提款時間還只能做到數小時內級別;最快的如ZKSwap和Hermez也需要20分鐘。而Optimistic Rollup由于設置了欺詐證明機制,資金提取時間常需要1周左右。

                  從費用上看,目前已上線或測試中的項目,在二層內執行基本功能如轉賬、清算等的費用已大幅降低,折美元計價均低于1美元;交易行為則取決于各項目的盈利模型有較大差異。而在一二層充值、提現中,由于涉及到和以太坊一層的合約的交互,仍需基于以太坊費率進行收費,整體小于等于以太坊普通交易費用。其中,充值部分費用因交易自動執行,因此一般將取決于項目代碼復雜程度。根據調研,目前項目整體充值費用約為以太坊一筆普通轉賬費用的0.5-1倍。提現方面項目方則略有不同,如ZKSwap固定收取價值5美元的L1網絡費用;測試中的Optimism團隊決定在前期減免費用;路印實際提取費用約為以太坊交易的1/4,前期進行減免;zkSync則基本等同于以太坊轉賬交易。

                  結合資金數據和性能看,目前Layer 2方案下的生態還在相當早期,尚待頭部DeFi項目匯聚在同一二層項目下,靠可組合性吸引大量用戶遷移,帶領浪潮。目前的難點主要在獲得大量DeFi頭部項目站臺的zkSync和Optimism成熟度較低,支持全部功能的正式版本分別擬于8月和7月上線。頭部項目包括Curve、Sushi、Uniswap、Compound等也均未推出可讓用戶測試的版本。

                  未來,隨著兩個項目順利落地,而上述頭部項目也紛紛推出二層版本,用戶可以在一個Layer 2生態內體驗較完整的鏈上活動,且速度和費用均可以“多快好省”,則將逐漸形成良性的循環。同時,Uniswap v3上線至今,盡管資金效率大幅提升,但對應的費用也持續上升,這在二層版本中可以得到極大緩解,或將獲得更多中小流動性提供者的支持,進而衍生出基于其NFT開發的新項目,這也令人期待。

                  整體看,各Rollup項目2020年以來進度加速,開發進度及承載資金量均由較明顯進步,但仍處于較早期的狀態;ZK系因ZKSwap、Loopring的早期入局落地較快,而OP系呼之欲出。性能上看,由于生態及活躍度尚不成熟,各項目的實測性能仍據其理論峰值有較大差距,但已基本實現對高昂費用的降低。但由于技術研發及實現的難度、項目方基于安全性及生態的考慮、用戶基于習慣的選擇等因素,整體仍處于早期,生態尚不完整。

                六、 總結與展望

                  Rollup作為以太坊二層新一代技術,相比閃電網絡、Plasma、側鏈等等被寄托了更高的期待。目前Rollup還主要在前期的技術積累和難點攻克的階段,尚未大面積鋪開應用生態。

                  從技術落地上,可以預見的是,Optimistic Rollup路線的方案因為可以率先實現兼容EVM的通用二層網絡,通用方案會先于ZK系技術落地。而對于Layer 2,不管是何種類型的Rollup,對EVM的兼容會是決定生態能否快速成長的重要因素,這一點不僅表現在Rollup上,在側鏈領域,我們也能看到兼容EVM的Polygon和不兼容的xDai在發展上的巨大差異。同時,由于技術本身的限制,預計ZK系和OP系將在此后分別針對EVM兼容和退出時間縮短上努力,以克服由此帶來的障礙。此外,跨Layer 2的交互會是長期來看另一各重要的問題,該領域的解決方案大概率是基于場景的基于信任的解決方案會先誕生。

                  從生態上看,Rollup方向下各分支目前均處于早期,生態不完善,盡管我們觀察到各頭部項目在ZK、OP和Arbitrum上已在部署中,但整體仍是以DEX類為主。而隨著Rollup技術在去年下半年至今的推進,今年下半年我們將會看到Rollup各個頭部團隊的重要更新和落地。由此,我們也推測,第一批落地的仍將是頭部DEX、錢包、預言機和一些數據類中間件項目;隨著第一批基礎設施的不斷完善、各Rollup項目在技術上持續優化,頭部defi應用將開始大規模推進在Layer2上的落地;隨著吞吐量的提升和交易手續費的數量級級別的下降會解開束縛在一層應用身上的枷鎖,跨Layer 2交互及跨以太坊交互的技術同步跟進,新的defi場景定會誕生。

                  Rollup未來是否已來,我們共同期待。

                  參考文獻

                  [1] https://zksync.io/faq/

                  [2] https://community.optimism.io/docs/

                  [3] https://offchainlabs.com/Arbitrum-USENIX.pdf

                  [4] https://www.chainnews.com/articles/996131059338.htm

                  [5] https://ethfans.org/posts/the-why-s-of-optimistic-rollup

                  [6] https://ethfans.org/posts/whats-up-with-rollup

                  [7] https://medium.com/offchainlabs/whats-up-with-rollup-db8cd93b314e

                  [8] https://blog.godsunchained.com/2021/04/07/immutable-x-marketplace-early-access/

                  [9] https://www.theblockcrypto.com/linked/100653/dydxs-layer-2-live-ethereum-scaling-solution-starkware

                  [10] https://medium.com/starkware/starks-over-mainnet-b83e63db04c0

                  [11] https://mp.weixin.qq.com/s/fGX1vZ9ylp3QAzBK0GIjVw

                  [12] https://mp.weixin.qq.com/s/oRSnb0EyCGfUdj5f3GlpUQ

                  [13] https://mp.weixin.qq.com/s/ogqwq4oSa2D9SVKaF1w1sg

                  [14] https://www.sohu.com/a/445659790_100217347

                  [15] https://medium.com/starkware/caspian-an-l2-powered-amm-f20e93b5421

                  [16] https://www.youtube.com/watch?v=vDiMYP8vc60&list=PLcIyXLwiPilUFGw7r2uyWerOkbx4GFMXq&index=18&t=1s

                  [17] https://www.chainnews.com/articles/908635230658.htm

                  [18] https://www.chainnews.com/articles/021738991995.htm

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