不同Layer 2路徑的比較研究及Raydius介紹_LAYER

隨著使用需求的不斷擴大，以太坊的性能瓶頸逐漸凸顯，底層擴展性不足的問題極大的限制了應用程序并同時影響了用戶體驗。近年來，許多研究和工作都致力于解決這一矛盾，包括對以太坊核心協議進行升級的第一層擴展技術和構建于基礎以太坊協議之上的第二層擴展技術。雖然Layer?1和Layer?2解決方案并不互斥，兩者共同作用才能為以太坊社區提供更好的發展前景，但在以太坊主網的架構限制和Eth?2.0仍未上線的情況下，Layer?2在現階段被投入了更多的關注，同時也取得了巨大的進展。

相比于Layer?1升級核心協議的直接解決方案，Layer?2采用了迂回的方式來解決當前吞吐量和交易速度掣肘的問題，核心思想是將本應在主網上處理的交易轉移到Layer?2上進行，只在必要時才使用Layer?1來保證交易的順利進行。雖然這種技術理念使得大部分Layer?2是在犧牲掉一定安全性和通用性的情況下才換來吞吐量和成本的改善，但由于其很好的平衡了交易成本、交易速度、用戶體驗等方面，因此Layer?2擴容技術對很多安全性和確定性要求相對不高的應用具有很強的吸引力。

經過幾年的努力，以太坊社區中涌現了多種采用了不同技術路徑的Layer?2方案，隨著時間的推移和越來越多的技術路徑加入競爭，不同方案的優勢和缺點也逐步暴露在了使用者和投資者的面前。

周小川：數字貨幣有幾個不同的賽道:金色財經報道，在4月16日清華大學五道口金融學院成立十周年上，前中國人民銀行行長周小川發表《關于數字貨幣的幾點問題及回應》演講，其中提到數字貨幣有幾個不同的賽道。一種是Token-based以代幣為基礎的賽道，另一種是account-based以賬戶為基礎的賽道，像我說的支付指令為基礎的也可以是一個賽道。實際上有的錢包里裝的是Token（代幣），有的錢包里面裝的是現金，有的錢包是連著銀行賬戶，有的錢包里裝的支票，也可以有混合的錢包。數字貨幣發展到現在，錢包的概念用得比較多。真正不同的產品是在不同的賽道上競爭。

還有一個賽道就是消費信貸。消費的時候先打白條，等于給消費者發了一個貨幣。以消費信貸為基礎的產品也是一個賽道，但是爭議比較多，容易出問題，也有不少已經出問題的例子。在Token-Based的賽道上，其中比較熱點的問題就是以區塊鏈或者分布式賬本技術為基礎的賽道。[2022/4/17 14:28:48]

作為初代Layer?2方案的狀態通道技術，非常適合參與人數確定且需要在一段時間內多次交換更新狀態的應用，它采用了“挑戰期”這一設定來滿足安全性的需要，同時由于交易發生在通道內部，可以為用戶提供很好的私密性。但由于“挑戰期”的存在而引入的活性假設，使得用戶或其受委托方需要一直監控Layer?1以便防止交易的對方在提交狀態更新時作惡，而長時間在線對于用戶來說是很不友好的。同時，由于每次在交易成員變動時需要對狀態通道的法官合約進行修改，這非常不適用于存在大量一次性交易和短時交易的應用。

現場 | 真格基金國際合伙人歐陽默：區塊鏈是價值轉移的創新 與互聯網不同:金色財經現場報道，在2019網易未來大會“原點·共生”分論壇區塊鏈+實體經濟論壇上，真格基金國際合伙人歐陽默表示，區塊鏈與互聯網不同，互聯網是信息轉移的創新，應用的領域為視頻和音樂流，數據共享，云計算，殺手級應用是郵件，網絡為ISPs，協議為HTTP/DNS/FTP等。區塊鏈則是價值轉移創新，其應用領域為智能合約、分布式計算、代幣化，其殺手級應用為比特幣，網絡為礦工、節點、權益等，協議為比特幣、以太坊、IPFS、BLOCKSTACK。

未來更多的監管、更多合規意味著更多的機構資金和更高的估值。美國區塊鏈將進入春天，中國目前正在起到領導作用，區塊鏈和加密貨幣可能成為新的“太空競賽”。[2019/11/23]

與狀態通道一樣，Plasma也是一種管理鏈下交易的技術，同時依靠底層的以太坊區塊鏈來實現其安全性。但不同的是，Plasma提供了一個可擴展性框架，可創建依附于以太坊“主”區塊鏈的“子”區塊鏈，使得可以在子鏈上執行許多復雜的操作，在與主鏈保持最低限度交互的情況下，運行擁有數千名用戶的整個應用程序。但Plasma仍然引入了與狀態通道相同的活性假設，同時還引入了數據可用性假設，即用戶需要相信運營者會提供所有交易數據，以便在需要時使用這些數據來驗證交易的正確性，這要求Layer?1與Layer?2?之間需要經過檢查點溝通數據，因此使得退出時間非常長。此外，狀態通道和Plasma都不支持智能合約，這嚴重限制了需要具備EVM兼容性的應用。

金色相對論 | 朱江：央行數字貨幣的發行和運行模式和比特幣等傳統數字貨幣有著諸多的不同:在今日舉行的金色相對論中，關于“央行數字貨幣即將發行，但DC/EP的定位是對M0的取代，能否理解為是現金的數字化”的問題，金山云區塊鏈部門總經理朱江表示，我認為M0 的替代，首先還是要考慮支付的可觸達性，先讓其流行起來比監管工具更重要。央行數字貨幣的發行和運行模式和比特幣等傳統數字貨幣有著諸多的不同：1，初始幣產生：比特幣的初始幣由礦工以POW挖礦的方式產生；數字貨幣的初始幣只能由央行生成，每當有銀行要求以傳統人民幣（紙鈔或電子化人民幣）兌換數字貨幣時，央行就注銷傳統人民幣，將新生成的等額數字貨幣交予銀行，反之亦然。在數字貨幣得到廣泛使用，并在線上交易占據主要地位后，央行可能將改變傳統人民幣和數字貨幣的主次關系，將數字貨幣作為主要基礎幣種。例如增發貨幣將直接在數字貨幣上進行，而不是在傳統人民幣上增發后，再兌換為數字貨幣。2，總幣量：比特幣挖到2100萬個時就不再產生新初始幣，總幣量永遠不增不減；數字貨幣根據銀行兌換、央行增發需求，總量有可能增加或減少。3，區塊產生與交易打包：比特幣的區塊產生和交易打包由礦工以POW挖礦的方式產生，人人都可參與挖礦；數字貨幣只有央行能產生區塊并打包交易。[2019/8/15]

由于狀態通道和Plasma存在的原生缺陷和在應用場景中的限制，采用這兩種技術路徑的項目目前基本處于停滯期，少數的團隊還在堅持推進，整體來說活力不強。在這種情況下，亟需另一種可以兼顧容量、速度、安全、可用等方面的全新Layer?2技術路徑來解決狀態通道和Plasma存在的問題。Rollup是繼兩者之后最新一代擴容方案的概念統稱，核心思想是將多比交易批量打包處理，以實現與Layer?1盡量少的交互以顯著降低gas成本。同時，由于Rollup采用以太坊中的calldata來匯總Layer?2上的交易，這使得任何用戶在任何時候都能從Layer?1中獲取Layer?2的交易信息，因此避免了數據可用性假設這一掣肘Plasma應用的缺陷。

聲音 | Dan Nathan：Facebook的穩定幣或推動其以完全不同的方式進入中國，而不依賴于社交網絡:據AMBCrypto消息，CNBC Fast Money小組成員Dan Nathan引用了RBC資本市場關于Facebook進軍加密貨幣世界的觀點，他表示，社交媒體巨頭Facebook有兩個動機：支付和商業。在商業方面，Nathan解釋，在亞洲，Facebook已經擁有該地區每月約10億活躍用戶，是北美用戶群的4倍，因此有巨大的資金流入潛力。他表示，這不是關于手機上的硬件，而是關于應用程序的可操作性；并補充說中國已經成功地將支付和商業整合到其本土社交網絡微信中。因此，他推測，新的穩定幣可能會創造一種情景，推動Facebook以完全不同的方式進入中國，而不依賴于社交網絡。 注：加拿大皇家銀行資本市場（RBC Capital Markets）在給投資者的報告中解釋，Facebook擁有一個“加密機遇”，該公司對這家科技巨頭即將發布的加密貨幣聲明寄予厚望。分析師Mark Mahaney在報告中表示，“我們認為，這可能是Facebook歷史上最重要的舉措之一，其目的是開啟新的業務和收入來源。我們相信Facebook將通過加密來促進一個支付、商業、應用及游戲平臺。[2019/6/16]

目前的Rollup項目從具體實現方案上又可以分為ZKRollup?(ZKR)?和OptimisticRollup?(OR)兩類，分別利用密碼學中的零知識證明和博弈機制中的欺詐證明來確保網絡和數據的安全性，而安全性對于擴容技術至關重要，這也是Rollup成為目前最被看好的Layer?2技術的最重要原因之一。ZKR的理念很簡單，是利用將計算和驗證分開進行，即所有資金由主鏈上的智能合約持有，而計算和存儲則在鏈下執行，每個?Rollup區塊都會生成一個狀態轉換零知識證明，并通過主鏈合約進行驗證，以此來提高吞吐量并降低交易成本。OR則同時借鑒了Plasma和ZKR的設計，它基于Layer2的數據對Layer1的狀態進行了“樂觀”的預測，將交易不斷的向前推進，除非有人發布了不正確的狀態轉換，其它運營者或者用戶則可以指出不合法的交易并回滾不正確的區塊、懲罰惡意驗證者。

韓國政府表示區塊鏈和虛擬貨幣是不同概念，將要發展區塊鏈:韓國科學技術信息通訊部企劃調整室室長馬昌寬（???）23號宣稱目前正在制定明確區分區塊鏈和虛擬貨幣的政策。科學技術信息通訊部在四次工業革命與創新發展的主題報告中表示“區塊鏈將成為未來的新興產業，將會把今年作為擴散區塊鏈的第一年。”并且提出“把區塊鏈和虛擬貨幣視為兩個不同的概念，將會把區塊鏈將作為未來的新興產業被激活，正在制定明確區分區塊鏈和數字貨幣的政策。”[2018/1/24]

雖然Rollup技術目前已被公認為最優秀的Layer?2解決方案，甚至被稱為“短期內唯一的選擇”，但ZKR和OR也具有各自的局限性。ZKR雖然速度很快，安全性也很高，但是在實現與智能合約的兼容方面還存在技術難關。而OR雖然可以實現與智能合約的兼容，但仍存在“挑戰期”的問題，挑戰期設置的太短影響安全性，而過長則會影響交易效率。但總的來說，從安全性、可實現性等方面來說，Rollup技術仍是目前的最優解決方案，未來也極有可能出現利用該技術路徑在Layer?2生態系統中占據較大優勢的項目。

除了以上三種技術路徑之外，側鏈解決方案也被寄予了一定的期望。側鏈的本質是在基礎層上再搭建一條鏈，在這條鏈上用采用另外一套驗證方式，因此這項技術的安全性是分開的，即主鏈有主鏈的安全策略，側鏈有側鏈的安全策略。因此，這也就成為了目前側鏈技術路徑存在的最大原生缺陷，即安全性非常依靠側鏈本身采用的安全策略，被認為是在一定程度上犧牲了安全性而獲取的擴容方案。但是如果能通過改善側鏈安全策略將安全損傷控制在一定范圍內，憑借其較高的交易效率和與智能合約兼容的特性，有機會成為Rollup之后較優的Layer?2方案。

通過以上分析不難看出，在考察各個Layer?2方案時，主要的衡量指標有安全性、通用性/兼容性、成本、交易時間、吞吐量、用戶體驗等方面，而現有的技術路徑在以上不同的性能方面都多少存在缺陷。在這種情況下，不僅Layer?2的技術路徑在不斷更新和升級，同一個Layer?2技術路徑中也存在多個項目的競爭，因此目前的Layer?2賽道上“百花齊放”，使得不同的Layer?2解決方案被自然的分割成了很多差異化的生態系統，出現了流動性割裂的局面，這似乎與Layer?2起初拓展和連接以太坊社區的初衷背道而馳。在這種情況下，有兩種解決方案：

1.利用Layer?1進行跨Layer?2的交易，即將Layer?1作為中轉以實現兩個Layer?2項目中的資產交互；

2.搭建跨不同Layer?2項目的流動性解決方案，包括利用狀態通道、中間代幣橋等的項目。

第一種解決方案會面臨較高的Gas費以及較長的結算時間，對于大多數用戶和較頻繁的交易很不友好，也沒有從根本上解決以太坊社區擴展性不足的問題，因此跨Layer?2項目的流動性解決方案就成為了必然選擇。

優秀的流動性解決方案除了能夠搭建不同Layer?2項目間的連接橋梁外，同樣也需要滿足安全性、通用性、低成本、低耗時以及較好的用戶體驗等要求，以使得以太坊的Layer?1、Layer?2以及流動性解決方案共同形成一個安全、高效、用戶友好的生態整體。在以上目標驅動下，團隊開發了基于Substrate的流動性解決方案——Raydius，在滿足不同Layer?2生態系統及Layer?1間可以安全、高效、快捷、便宜連接的基礎上，還支持可定制、可兼容、可開發的通用流動性方案的實現。

對于Layer?2的流動性解決方案來說，安全性是非常重要的衡量指標。由于引入基于去中心化協議技術的Substrate作為框架，Raydius避免了存在于中心化流動性解決方案中的潛在交易風險，同時由于交易數據都是被記錄在以太坊上的，因此在區塊頻繁同步的情況下可以實現更高的系統安全水平。在鏈橋設計方面，驗證Raydius與其他區塊鏈的交易或同步數據時需要驗證者繳納一定的安全保證金，通過動態控制保證金的閾值從而為Raydius增加了另一層的安全性。

此外，通用性和兼容性對于流動性解決方案的推廣和擴大應用范圍也至關重要。Raydius提供了可開發、可擴展的接口，利用與EVM、eWasm可兼容特性和支持通用智能合約的通用特性，它夠支持開發者自主構建應用程序，解決了目前很多流動性解決方案只能實現資產轉移的困境。同時，Raydius還能夠支持多種編程語言，使得熟悉不同編程語言的開發者都能夠很方便的拓展應用邊界，實現更多樣的功能。

目前的Layer?2流動性解決方案總是存在成本與安全性的權衡和取舍，而Raydius在面對這個問題時將選擇權交給了用戶，通過允許用戶根據交易需求和應用的特點自主選擇快速通道或標準通道，這能夠為具有不同需求的dApp提供更大的靈活性。

通過以上對安全性、通用性、高效性等方面的分析，可以明確Raydius在設計和開發時是將安全性放在首位，同時非常重視通用性和兼容性，此外還兼顧了成本和用戶需求等方面，為促進形成一個安全、高效、用戶友好的生態整體提供了一個優秀的流動性解決方案。Raydius期待未來隨著Layer?2技術的不斷進步，可以實現與更多優秀Layer?2項目的合作，共同建立豐富多樣、方便快捷的生態。

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