V神新文：以太坊L2與執行層分片到底有何不同？

2024-05-24 00:05:11

How do layer 2s really differ from execution sharding?

兩年半前，我在 " 終局 "的文章中提出的一個觀點是： 至少在技術上，區塊鏈未來的不同發展路徑看起來驚人地相似。

在這兩種情況下，鏈上都有大量的交易，處理這些交易需要：(i) 大量的計算；(ii) 大量的數據帶寬。普通的以太坊節點，比如用來寫這篇文章的筆記本電腦上運行的 2 TB reth 歸檔節點，即使有出色的軟件工程工作和 Verkle 樹，也不足以直接驗證如此巨大的數據量和計算量。相反，在 "L1 分片 "和以 rollup 為中心的世界中， ZK-SNARK 用於驗證計算， DAS 用於驗證數據可用性。兩種情況下的 DAS 都是一樣的、ZK-SNARKs 都是相同的技術，只是在一種情況下它們是智能合約代碼，而在另一種情況下它們是協議的一個神聖功能。 從真正的技術意義上講，以太坊正在做分片，而 rollups 就是分片。

這自然會引出一個問題：這兩個世界有什么區別？答案之一是代碼錯誤的後果不同：在 rollup 世界中，幣會丟失，而在分片的世界中，你會遇到共識失敗。

但預計，隨着協議的固化和形式驗證技術的改進，錯誤的重要性將會降低。那么，這兩種愿景之間有哪些不同之處，我們可以預期它們將長期存在嗎？

執行環境的多樣性

2019 年，在以太坊中簡單討論過的一個想法是執行環境。從本質上講，以太坊將擁有不同的 "區"，這些 "區 "可以對账戶如何工作（包括完全不同的方法，如 UTXO）、虛擬機如何工作以及其他功能制定不同的規則。

這樣就能在堆棧的各個部分實現方法的多樣性，而如果以太坊試圖獨自完成所有事情，就很難實現這一點。

最後，放棄了一些更雄心勃勃的計劃，只保留了 EVM。不過，以太坊 L2（包括 rollups、valdiums 和 Plasmas）可以說最終起到了執行環境的作用。

如今，通常關注等效於 EVM 的 L2，但這忽略了許多替代方法的多樣性：

Arbitrum Stylus ：在 EVM 的基礎上增加了第二個基於 WASM 的虛擬機；
Fuel ：使用類似比特幣（但功能更全面）的基於 UTXO 的架構；
Aztec ：引入了一種圍繞基於 ZK-SNARK 的隱私保護智能合約設計的新語言和編程範式。

基於 UTXO 的架構資料來源：Fuel 文件

嘗試將 EVM 打造成一個涵蓋所有可能範例的超級虛擬機，但這樣做對每個概念的實現效果都會大打折扣，還不如讓這些平臺實現專業化。

安全權衡：規模與速度

以太坊 L1 提供了真正強大的安全保障。如果某些數據位於 L1 上最終確定的區塊內，整個共識（包括在極端情況下的社會共識）都會努力確保這些數據不會被編輯，從而違反將這些數據放在區塊內的應用程序的規則，確保由這些數據觸發的任何執行都不會被撤銷，並確保這些數據仍可訪問。

為了實現這些保證，以太坊 L1 愿意接受高昂的成本。在撰寫本文時，交易費用相對較低： L2 每筆交易費用不到 1 美分，即使是 L1，基本的 ETH 傳輸費用也不到 1 美元。如果技術進步足夠快，可用區塊空間的增長能跟上需求的增長，那么這些費用在未來可能會保持在較低水平，但也可能不會。

而對於許多非金融應用（如社交媒體或遊戲）來說，即使每筆交易 0.01 美元也太高了。但社交媒體和遊戲並不需要與 L1 相同的安全模式。如果有人花一百萬美元就能還原他們輸掉一盤棋的記錄，或者讓你的一條微博看起來像是在實際發布三天後發布的，那也沒關系。

因此，這些應用不應支付相同的安全成本。以 L2 為中心的方法支持從 rollup 、 plasma 到 validiums 的一系列數據可用性方法，從而實現了這一點。

不同的 L2 類型適用於不同的使用情況（點擊在此閱讀更多內容）

另一個安全權衡是圍繞 從 L2 到 L2 的資產傳遞問題 產生的。預計在未來（5-10 年），所有 rollups 都將是 ZK rollups，而 Binius 和 Circle STARKs 等帶有查找功能的超高效證明系統，再加上證明聚合層，將使 L2 在每個時隙提供最終狀態根成為可能。但目前還只能在各種證明時間窗口下，將 optimistic rollups 和 ZK rollups 復雜地混合在一起。

如果在 2021 年實施了執行層分片，那么保持分片誠實的安全模式就會是 optimistic rollups，而不是 ZK——因此 L1 將不得不在鏈上管理系統性復雜的欺詐證明邏輯，並在分片之間移動資產時有一個長達一周的撤出期。但和代碼錯誤一樣，這個問題最終也是暫時的。

交易速度是安全權衡的第三個方面，也是更持久的一個方面。以太坊每 12 秒就有一個區塊，而且不愿意更快，因為這會過度集中網絡。然而，許多 L2 正在探索幾百毫秒的區塊時間。

12 秒已經不算太差：提交交易的用戶平均需要等待約 6-7 秒才能被納入一個區塊（不只是 6 秒，因為下一個區塊可能不會納入他們）。這相當於用信用卡付款時需要等待的時間。但許多應用需要更高的速度，而 L2 可以提供。

為了提供這種更高的速度，L2 依賴於預先確認機制：L2 自身的驗證者以數字籤名的方式承諾在特定時間包含交易，如果交易未被包含，他們會受到懲罰。一種名為 StakeSure 的機制將此進一步推廣。

L2 預確認

現在可以嘗試在 L1 實現所有這些功能。L1 可以包含一個 "快速預確認 "和 "慢速最終確認 "系統。它可以包含具有不同安全級別的不同分片。不過，這會增加協議的復雜性。此外， 在 L1 完成所有工作會有使共識超載的風險 ，因為很多更大規模或更快吞吐量的方法都有更高的中心化風險或需要更強的 "治理 "形式，如果在 L1 完成，這些更強需求的影響會波及協議的其他部分。通過第 2 層提供這些權衡，以太坊在很大程度上可以避免這些風險。

以太坊以 L2 為中心的生態系統面臨哪些挑战

以太坊以 L2 為中心的方法面臨着一個關鍵挑战，而以 L1 為中心的生態系統幾乎不用面對同樣的問題：協調。換句話說，雖然以太坊有很多分支，但面臨的挑战是如何保持其基本屬性，即所有的以太坊都感覺像是 "以太坊"，並具有以太坊的網絡效應，而不是 N 個獨立的鏈。如今，這種情況在很多方面都不盡如人意：

將代幣從第二層轉移到另一層 通常需要中心化的橋接平臺，對於普通用戶來說非常復雜。如果你有 Optimism 上的代幣，你就不能把別人的 Arbitrum 地址粘貼到你的錢包裏，然後向他們發送資金。
對於個人智能合約錢包和組織錢包（包括 DAO）來說， 跨鏈智能合約錢包支持 都不是很好。如果你更換了一個 L2 上的密鑰，你還需要去更換其他每個 L2 上的密鑰。
去中心化驗證基礎設施通常比較缺乏。 以太坊終於开始有了像樣的輕客戶端，比如 Helios 。但是，如果所有活動都發生在 L2，都需要自己的中心化 RPC，那就沒有意義了。原則上，一旦有了以太坊頭鏈，為 L2 制作輕客戶端並不難；但在實踐中，對這一點的重視太少了。

人們正在努力改進這三者。對於跨鏈代幣交換， ERC-7683 標准是一種新興的選擇，與現有的 "中心化橋梁 "不同，它沒有任何固定的中心運營商、代幣或管理機構。

對於跨鏈账戶，大多數錢包採取的方法是使用跨鏈可重放信息，短期更新密鑰、長期更新密鑰庫。針對 L2 的輕型客戶端开始出現，例如針對 Starknet 網絡的 Beerus 。此外，最近通過下一代錢包改善用戶體驗已經解決了一些更基本的問題，比如用戶不再需要手動切換到正確的網絡來訪問 dapp。

Rabby 顯示多個鏈條上資產余額的綜合視圖（在不久前錢包並不具備這種功能）

但必須認識到，以 L2 為中心的生態系統在試圖協調時，在某種程度上確實會逆流而上。

單個 L2 機構並沒有建立基礎設施來進行協調的天然經濟動機：小的 L2 機構沒有，因為它們只能從自己的貢獻中獲得一小部分利益；大的 L2 機構沒有，因為它們可以從加強自己的本地網絡效應中獲得同樣多甚至更多的利益。

並不是有神奇的完美解決方案來解決這個問題。只能說，生態系統需要更充分地認識到，跨 L2 基礎設施與 L1 客戶端、开發工具和編程語言一樣，都是以太坊基礎設施的一種類型，因此應該得到重視和資助。目前，有協議公會（Protocol Guild），也許還需要基礎架構公會（Basic Infrastructure Guild）。