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2023-08-27
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Layer2的概念
Layer2的原理
Layer2的分类
Layer2的优缺点
Layer2有哪些项目
Layer2的应用场景
总结

之前带大家了解了Web3中的Layer1,Layer1可以简单理解成区块链技术中的基层网络,也就是第一层网络,随着Web3应用的不断发展壮大,它暴露出了很多客观缺点,有些缺点是致命的,比如它的可扩展性。为了Web3应用能更良好的发展,推出了Layer2,即在Layer1之前构建的第二层网络,帮助解决一些Layer1单层网络存在的问题。今天继续了解Layer2,Layer2是Web3应用继续发展不可或缺的一环。

Web3的一个核心技术是智能合约,它是一种在区块链上运行的自动执行的代码,可以实现各种复杂的逻辑和交易。智能合约可以用来创建各种去中心化的应用(DApp),例如去中心化金融(DeFi)、非同质化代币(NFT)、去中心化自治组织(DAO)等。这些应用都是基于区块链的共识机制和密码学保证的,因此具有不可篡改、透明、可信任等特点。

然而,区块链技术也面临着一些挑战和局限性,其中最突出的就是可扩展性问题。由于区块链需要所有节点同步验证每笔交易,这就限制了其吞吐量和速度,导致网络拥堵和费用上涨。例如,以太坊网络目前每秒只能处理大约15笔交易,而且每笔交易需要支付高昂的Gas费用。这对于Web3的发展和普及是一个很大的障碍,因为用户需要一个快速、便宜、流畅的体验。

为了解决这个问题,一种被称为Layer2的技术应运而生。Layer2是一种在区块链之上构建的第二层网络,它可以实现更高效、更低成本、更灵活的交易和计算。Layer2并不改变底层区块链的规则和安全性,而是利用了一些技术手段,将部分或全部交易从主链转移到侧链或状态通道等结构上进行处理,并最终将结果提交到主链上。这样就可以大大提高区块链的性能和可用性,同时保持其去中心化和安全性。

本文将介绍Layer2的概念、原理、分类、优缺点、头部项目和应用场景,帮助你了解这个Web3中重要且有趣的技术。

Layer2的概念

Layer2是一个泛指区块链上层网络的术语,它包括了多种不同的技术方案和实现方式。Layer2并不是一个单一或统一的标准或协议,而是一个广泛的范畴或范式。Layer2的基本思想是,在区块链之上构建一个或多个第二层网络(Second Layer Network),并将部分或全部交易从主链(Main Chain)转移到第二层网络上进行处理,并最终将结果提交到主链上。

Layer2与主链之间的关系可以类比为高速公路与普通道路之间的关系。高速公路是一种快速、高效、便捷的交通方式,但是它也有一些限制和成本,例如收费、车辆限制、出入口等。普通道路是一种慢速、低效、拥堵的交通方式,但是它也有一些优势和灵活性,例如免费、无限制、多样化等。如果我们想要在两个地点之间进行交通,我们可以选择使用高速公路或普通道路,或者结合使用两者。例如,我们可以先开车到高速公路的入口,然后上高速公路行驶一段距离,再下高速公路到达目的地附近的出口,最后再开车到目的地。这样就可以利用高速公路的优势,同时避免其缺点。

类似地,Layer2是一种快速、高效、便捷的交易方式,但是它也有一些限制和成本,例如信任假设、复杂性、互操作性等。主链是一种慢速、低效、拥堵的交易方式,但是它也有一些优势和安全性,例如去中心化、不可篡改、共识机制等。如果我们想要在区块链上进行交易,我们可以选择使用主链或Layer2,或者结合使用两者。例如,我们可以先在主链上创建一个智能合约,然后通过该智能合约将资产或状态转移到Layer2上进行交易,再通过该智能合约将结果提交到主链上。这样就可以利用Layer2的优势,同时保持主链的安全性。

Layer2的原理

Layer2的核心原理是利用了区块链的可编程性和可验证性。区块链的可编程性是指区块链上可以运行智能合约,实现各种复杂的逻辑和功能。区块链的可验证性是指区块链上的数据和状态都是公开和透明的,任何人都可以验证其正确性和有效性。

利用这两个特点,Layer2可以实现以下几个步骤:

  • 在主链上部署一个智能合约,作为Layer2与主链之间的桥梁。
  • 用户通过该智能合约将自己的资产或状态锁定在主链上,并生成一个证明,表明他们已经将资产或状态转移到Layer2上。
  • 用户在Layer2上进行交易或计算,并生成一个证据,表明他们已经在Layer2上完成了交易或计算,并且遵守了Layer2的规则。
  • 用户通过该智能合约将证据提交到主链上,并解锁自己的资产或状态,并根据证据更新自己在主链上的资产或状态。

这样,用户就可以在Layer2上进行快速、低成本、灵活的交易或计算,而不需要在主链上等待区块确认或支付高昂的费用。同时,用户也不需要完全信任Layer2或其他用户,因为他们可以随时将自己的资产或状态从Layer2提取回主链,并且可以通过证明和证据来保护自己的权益。

Layer2的分类

根据不同的技术方案和实现方式,Layer2可以分为以下几类:

  • 侧链(Sidechain):侧链是一种与主链平行运行的区块链网络,它有自己的共识机制和规则,可以实现更高的吞吐量和速度。用户可以通过智能合约或其他方式将资产或状态从主链转移到侧链上,然后在侧链上进行交易或计算,再将结果转回主链上。侧链的优点是可以实现更高的性能和灵活性,缺点是需要一定程度的信任假设,因为侧链的安全性取决于其共识机制和验证者的诚信。例如,Plasma、Liquid、xDai等都是侧链的实现。
  • 状态通道(State Channel):状态通道是一种在主链之外建立的双方或多方之间的通信通道,它可以实现即时、零费用、私密的交易或计算。用户可以通过智能合约将资产或状态锁定在主链上,并在状态通道内部进行交易或计算,只有在通道关闭或发生争议时才需要将结果提交到主链上。状态通道的优点是可以实现无限制的交易或计算,缺点是需要双方或多方之间的协作和信任,因为状态通道的安全性取决于其参与者的合作和诚信。例如,Lightning Network、Raiden Network、Connext等都是状态通道的实现。
  • 零知识证明(Zero-Knowledge Proof):零知识证明是一种密码学技术,它可以让一个人向另一个人证明一个陈述是真实的,而不需要透露任何其他信息。利用这种技术,Layer2可以实现高效、低成本、隐私保护的交易或计算。用户可以在Layer2上进行交易或计算,并生成一个零知识证明,然后将该证明提交到主链上,以证明他们已经遵守了Layer2的规则。零知识证明的优点是可以实现高度的安全性和隐私性,缺点是需要较高的计算能力和复杂性,因为零知识证明的生成和验证都需要较多的时间和资源。例如,zk-SNARKs、zk-STARKs、ZK Rollup等都是零知识证明的实现。
  • 优化式归约(Optimistic Rollup):优化式归约是一种利用了交易聚合和欺诈证明(Fraud Proof)的技术方案,它可以实现高效、低成本、兼容性强的交易或计算。用户可以在Layer2上进行交易或计算,并将多笔交易打包成一个归约(Rollup),然后将该归约提交到主链上,并假设该归约是有效的。如果有人发现该归约是无效的,他们可以提供一个欺诈证明来挑战该归约,并获得奖励。优化式归约的优点是可以实现较高的性能和兼容性,缺点是需要一定程度的信任假设和延迟时间,因为优化式归约的安全性取决于其挑战者和仲裁者的存在和及时性。例如,Optimism、Arbitrum、Fuel Labs等都是优化式归约的实现。

Layer2的优缺点

Layer2的优点主要有以下几点:

  • 提高了区块链的性能和可用性,使得更多的用户和应用可以使用区块链技术,促进了Web3的发展和普及。
  • 降低了区块链的成本和拥堵,使得更多的交易和计算可以在区块链上进行,增加了区块链的效率和效益。
  • 增加了区块链的灵活性和多样性,使得更多的功能和创新可以在区块链上实现,丰富了区块链的生态和价值。
  • 保持了区块链的安全性和去中心化,使得用户可以在享受Layer2的优势的同时,不失去主链的保障和信任。

Layer2的缺点主要有以下几点:

  • 增加了区块链的复杂性和难度,使得用户需要了解和使用更多的技术和工具,降低了区块链的易用性和友好性。
  • 引入了区块链的信任假设和风险,使得用户需要依赖和信任一些第三方或其他用户,增加了区块链的不确定性和攻击面。
  • 限制了区块链的互操作性和一致性,使得用户需要在不同的层次和网络之间进行转换和协调,减少了区块链的协同性和连贯性。

Layer2有哪些项目

Layer2的概念其实很早就提出了,目前已经有孵化出了很多优秀的项目。

  • Polygon:Polygon是一个基于以太坊的多链网络,它支持多种Layer2技术方案,例如Plasma、ZK Rollup、Optimistic Rollup等。Polygon旨在为以太坊提供一个完整的可扩展性框架,让开发者可以轻松地创建和部署各种去中心化应用。Polygon的原生代币是MATIC,它用于支付网络费用、参与治理和保障安全。Polygon目前已经吸引了众多优秀的DApp项目,包括Aave、Sushiswap、Decentraland等。
  • Loopring:Loopring是一个基于以太坊的ZK Rollup协议,它专注于提供高性能和低成本的去中心化交易和支付服务。Loopring利用零知识证明技术,将每笔交易压缩成一个小的证明,并将其提交到以太坊主链上,从而实现每秒2000笔交易和零Gas费用。Loopring的原生代币是LRC,它用于支付网络费用、参与治理和保障安全。Loopring目前已经推出了自己的去中心化交易所和支付应用。
  • OMG Network:OMG Network是一个基于以太坊的Plasma协议,它专注于提供高效和低成本的跨链价值转移服务。OMG Network利用Plasma技术,将多笔交易打包成一个区块,并将其提交到以太坊主链上,从而实现每秒4000笔交易和低Gas费用。OMG Network的原生代币是OMG,它用于支付网络费用、参与治理和保障安全。OMG Network目前已经与多个合作伙伴进行了集成,包括Tether、Bitfinex、Enya等。
  • Optimism:Optimism是一个基于以太坊的Optimistic Rollup协议,它专注于提供高兼容性和低成本的智能合约扩展服务。Optimism利用Optimistic Rollup技术,将每笔交易打包成一个归约,并将其提交到以太坊主链上,并假设该归约是有效的,除非有人提供欺诈证明来挑战该归约。Optimism的优势是可以支持任何以太坊上的智能合约,并且可以实现较低的Gas费用和较快的确认时间。Optimism目前已经与多个重要项目进行了合作,包括Synthetix、Uniswap、Chainlink等。
  • Arbitrum:Arbitrum是一个基于以太坊的Optimistic Rollup协议,它专注于提供高性能和低成本的智能合约扩展服务。Arbitrum利用Optimistic Rollup技术,将每笔交易打包成一个归约,并将其提交到以太坊主链上,并假设该归约是有效的,除非有人提供欺诈证明来挑战该归约。Arbitrum的优势是可以支持任何以太坊上的智能合约,并且可以实现较低的Gas费用和较快的确认时间。Arbitrum目前已经与多个重要项目进行了合作,包括Reddit、MakerDAO、Aave等。

Layer2的应用场景

Layer2可以应用于各种场景,例如:

  • 去中心化金融(DeFi):DeFi是一种利用智能合约实现各种金融服务和产品的应用领域,例如借贷、交易、保险、预测市场等。DeFi需要高效、低成本、灵活、安全、隐私的交易或计算,因此Layer2可以为DeFi提供一个理想的解决方案。例如,Synthetix是一个基于以太坊的合成资产平台,它利用Optimism来提高其交易速度和降低其Gas费用。Uniswap是一个基于以太坊的去中心化交易所,它利用Arbitrum来提高其吞吐量和兼容性。
  • 非同质化代币(NFT):NFT是一种利用智能合约创建独一无二且不可替代的数字资产或证明的应用领域,例如艺术品、收藏品、游戏道具等。NFT需要快速、便捷、创新、安全、可验证的交易或计算,因此Layer2可以为NFT提供一个理想的解决方案。例如,Immutable X是一个基于以太坊的NFT市场平台,它利用ZK Rollup来实现零Gas费用和即时交易。Matic Network是一个基于以太坊的侧链网络,它利用Plasma来实现高性能和低成本的NFT创建和交易。
  • 优化式归约(Optimistic Rollup):优化式归约是一种利用了交易聚合和欺诈证明(FraudProof)的技术方案,它可以实现高效、低成本、兼容性强的交易或计算。用户可以在Layer2上进行交易或计算,并将多笔交易打包成一个归约(Rollup),然后将该归约提交到主链上,并假设该归约是有效的。如果有人发现该归约是无效的,他们可以提供一个欺诈证明来挑战该归约,并获得奖励。优化式归约的优点是可以实现较高的性能和兼容性,缺点是需要一定程度的信任假设和延迟时间,因为优化式归约的安全性取决于其挑战者和仲裁者的存在和及时性。例如,Optimism、Arbitrum、Fuel Labs等都是优化式归约的实现。
  • 去中心化自治组织(DAO):DAO是一种利用智能合约实现自我管理和协作的组织形式,例如社区、协会、公司等。DAO需要高效、低成本、灵活、安全、透明的交易或计算,因此Layer2可以为DAO提供一个理想的解决方案。例如,Gnosis Safe是一个基于以太坊的多签名钱包平台,它利用Optimistic Rollup来提高其交易速度和降低其Gas费用。DAOstack是一个基于以太坊的DAO创建和管理平台,它利用Sidechain来提高其治理效率和灵活性。

总结

Layer2是一种在区块链之上构建的第二层网络,它可以实现更高效、更低成本、更灵活的交易和计算。Layer2并不改变底层区块链的规则和安全性,而是利用了一些技术手段,将部分或全部交易从主链转移到侧链或状态通道等结构上进行处理,并最终将结果提交到主链上。这样就可以大大提高区块链的性能和可用性,同时保持其去中心化和安全性。

Layer2有多种不同的技术方案和实现方式,例如侧链、状态通道、零知识证明、优化式归约等。每种方案都有其优缺点和适用场景,用户需要根据自己的需求和偏好来选择合适的Layer2解决方案。

Layer2可以应用于各种场景,例如去中心化金融、非同质化代币、去中心化自治组织等。Layer2可以为这些场景提供一个快速、便捷、创新、安全、可验证的交易或计算环境,促进了Web3的发展和普及。

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本文作者:CreatorRay

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