什么是Layer2？Optimistic Rollup和ZK Rollup各有何优缺点？

摘要

1. 以太坊的扩容路线有两条：链上扩容和链下扩容。链上扩容主要是使用分片技术，但由于开发难度大，其发展缓慢；链下扩容方案主要指Layer2，相对而言链上扩容更易落地。伴随DeFi等应用爆发，扩容需求迫切，因而市场目前更关注Layer2。在众多Layer2解决方案中，Optimistic Rollup和ZK Rollup最被市场看好。

2.与ZK Rollup方案相比，Optimistic Rollup因其具有更强的可移植性，所以短期内更容易落地；在强烈市场需求下，这又进一步促使其会形成先发优势。从TVL锁仓量看，Optimistic系Layer2龙头Arbitrum和Optimism已位列第四名和第六名，超越很多之前知名Layer1公链。

3.相对于Optimistic Rollup提款周期长的问题，ZK Rollup通过数学可靠性证明避免了这一问题。但ZK Rollup无法完全兼容EVM导致其开发进度相对较慢，在一定程度上也丧失了先发优势。

4.Layer2龙头项目有Optimism、Arbitrum、zkSync、Polygon和StarkNet；除此之外，知名的Layer2项目还有Immutable X、Scroll、Loopring等。

什么是Layer2？

谈到Layer2，我们需要先了解以太坊的扩容问题。最初，以太坊的愿景是成为一个可编程的区块链平台，即世界计算机。然而，随着数据量的增加，以太坊网络一直面临拥堵的问题，这就要求以太坊在性能方面有很高的要求。因此，扩容成为提升以太坊性能的主要解决方案，并成为市场关注的焦点。

以太坊有两种扩容路线：链上扩容和链下扩容。链上扩容主要采用分片技术，是ETH 2.0的核心目标之一。然而，分片技术的开发非常困难。最初，以太坊计划使用1024个分片，但由于技术上的困难，决定缩减至64个分片。然而，即使如此，部署64个分片仍然需要一段时间。由于DeFi、NFT等区块链应用的爆发，扩容需求变得非常紧迫，因此市场将注意力转向了链下扩容方案——Layer 2，这是一个落地难度较低的选择。

简单来说，Layer2就是在主链旁边建立一个新的链来实现扩容。如果将Layer1类比于扩大地基面积，那么Layer2就相当于在现有建筑物上增加楼层。它们的主要目标都是增加以太坊的可扩展性，减轻网络拥堵，降低高额的Gas费用，并提高网络效率。下图展示了Layer1和Layer2的对比。

图1：Layer1扩容和Layer2扩容对比图

进一步探讨Layer2的技术解决方案，又可将以太坊 Layer2 解决方案划分为：状态通道、侧链、Plasma、Rollups、Validium 和混合方案等。下图展示了不同技术方案的主要区别：

图2：Layer2具体扩容方案对比图

在众多Layer2方案中，目前最受关注的是Rollup。Rollup在中文中释义为"归纳"或"整理"。在以太坊网络中，由于ETH网络的带宽限制，当网络交易量较大时，Gas费用通常会大幅上涨。Rollup的作用是将以太坊需要计算的内容复制并发送到连接在以太坊之外的Layer2协议进行计算。然后，将计算结果进行压缩打包整理，并重新发送回链上网络。Rollup在Layer1之外执行交易，但在Layer1上发布交易数据。由于交易数据包含在Layer1的区块中，Rollup相当于继承了以太坊的安全性。根据压缩数据的有效性（即数据正确性）不同的方案，Rollup可以分为Optimistic Rollup和ZK Rollup两种类型。

Optimistic Rollup有何优缺点

与ZK Rollup方案相比，Optimistic Rollup在短期内更容易实现落地，主要原因是它具备更强的可移植性，这也进一步促使其形成了先发优势。目前，基于Optimistic Rollup的龙头项目有Optimism和Arbitrum，这两个Layer2项目已经发行了代币，初步形成了先发优势。相比之下，基于ZK Rollup的项目如zkSync等则开发进度较慢。

据报道，2023年2月23日，Coinbase宣布推出基于Optimism OP Stack的以太坊Layer 2网络Base的测试网；6月19日，BNB Chain基于Optimism OP Stack宣布推出opBNB测试网。此外，Arbitrum也取得了巨大的成功，并得到了众多加密生态项目的支持。从总锁定价值（TVL）的角度来看，目前Arbitrum和Optimism分别位居第四和第六的位置，超过了许多以前知名的Layer1公链项目，如Solana等。

图3：主流公链和Layer2的TVL市场排名（来源：defillama）

Optimistic Rollup具有明显的优势，但也存在一个致命的缺点，即需要解决欺诈证明的问题，导致提款周期长达一周。然而，Arbitrum和Optimism正在努力通过其他方式来解决这个问题，以提升整体竞争力。

在6月初，Optimism宣布将他们的L2 Rollup迁移到Bedrock。这个发布标志着OP堆栈的首次正式上线，使OP主网成为最具成本效益的以太坊L2 Rollup代币交换解决方案。此外，Bedrock还具有以下优势：将存款时间从10分钟缩短至3分钟；通过支持故障证明和ZK证明来增强证明模块化；允许在单个Rollup "块"内执行多个交易。完成Bedrock升级后，Optimism的下一步计划是过渡到超级链。超级链是一个由L2（OP链）组成的去中心化网络，共享安全性、通信层和开源技术堆栈（OP堆栈）。

Arbitrum提供了四个核心产品：Arbitrum One是Arbitrum生态系统的第一个主网Rollup；Arbitrum Nova是一种AnyTrust解决方案，专为成本敏感和高交易量预期的项目设计；Arbitrum Nitro是一套技术软件堆栈，驱动Arbitrum L2，使Rollup更快、更便宜，并且与以太坊虚拟机（EVM）更兼容；Arbitrum Orbit是一个开发框架，允许在Arbitrum主网上创建和部署L3。L3 Rollup，也称为应用链，对于结算交易到Arbitrum链起着至关重要的作用。它们是Arbitrum扩展旅程的下一个阶段的基础，并且是实现其愿景的解决方案。

ZK Rollup有何优缺点

和Optimistic Rollup相比，ZK Rollup在保证数据可用性方面更强。这意味着任何人都可以根据链上存储的交易数据，还原出账户的整体状态，从而避免因数据不可用而引发的安全风险。与Optimistic Rollup不同，ZK Rollup通过数学可靠性证明来解决提款周期过长的问题。在技术安全性方面，它几乎与Layer1（以太坊主链）相当，并且存款和提款操作可以根据用户需求立即进行。这是ZK Rollup的最大优势。

然而，和Optimistic Rollup一样，ZK Rollup也有一些限制。目前的ZK Rollup还不能完全兼容以太坊虚拟机（EVM），因为它需要在第二层生成零知识证明，并将其传回第一层进行验证。整个交易过程必须符合零知识证明的规定。然而，在EVM设计之初，并没有考虑到支持零知识证明这一点。不过，一些Layer2项目，如Scroll、zkSync和Polygon，已经宣布计划部署ZK-EVM计算环境，允许ZK Rollup独立运行各种智能合约。一旦ZK Rollup能够完全兼容EVM，它将有机会获得更多DeFi项目的青睐。随着越来越多的DeFi项目采用ZK Rollup技术，它的发展前景将进一步扩大。

此外，由于ZK Rollup生态系统的整体开发相对缓慢，缺乏先发优势，需要追赶不断变化的加密市场。为此，zkSync团队在6月26日推出了名为ZK Stack的开源框架，用于构建自定义的zkRollup解决方案。这个框架赋予开发人员完全自主权，可以根据需要选择数据可用性模式和使用自己的去中心化排序器。ZK Stack提供了两个关键功能：自主权和无缝连接。这些zkRollup链可以独立运行，只依赖以太坊主链来确保活动性和安全性，并通过跨链桥实现各链之间的互联，实现无需信任、快速和廉价的互操作性。市场分析认为，ZK Stack是zkSync团队与OP Stack和Arbitrum Orbit竞争的杀手锏。

Layer2龙头项目还有哪些？

除了上文提到的Optimism、Arbitrum以及zkSync等，Polygon和StarkNet也是Layer2龙头项目。另外，知名的Layer2项目还有Immutable X、Scroll、Loopring等。

Polygon

Polygon采用了一种名为Plasma的技术来构建Layer2网络，并支持多种以太坊智能合约。在 6 月初，Polygon 发布了关于他们 L2 发展的下一个阶段的最新公告。Polygon 2.0 旨在创建“互联网的价值层”。该解决方案旨在通过一系列升级提高 Polygon zkEVM、PoS 和超网之间的互操作性。通过将零知识技术与现有的 PoS 机制相结合，Polygon 旨在增强安全性和隐私保护。在 Polygon 2.0 中，他们的目标是结合两种技术的优势。Polygon 团队最近的一项公告揭示了他们计划在 2024 年第一季度结束时将 Polygon PoS 转换为 zkEVM validium 的计划。

StarkNet

StarkNet 是 zkVM ZKR，由于为虚拟机设计了全新的 Cairo 语言，因此对以太坊原生开发者具备一定开发门槛。在 Cairo 1.0 的支持下，除了 Regenesis 之外，Starknet 的功能现在已经基本完成了。官方称，即将到来的 Starknet v 0.12.0 将包含显著的吞吐量和延迟改进。这个版本包括过渡到基于 Rust 的 Sequencer( 由 StarkWare 开发 ) 和新的 Rust-Cairo VM (cairo-rs，由 LambdaClass 开发 )——两个开源项目，预计很快就会有性能基准测试。到 2024 年，去中心化将成为网络运营和决策的重点。早些时候，StarkNet官方为了推进协议去中心化，已表示将在未来发布STARK Token。

图4：主流Layer2项目不同维度对比图