KRO:對Layer2的理解與思考：是否去中心化，是否安全？

特別鳴謝本文原作者TrapdoorTech創始人Star.LI的支持！

本文摘自:IOSG

原標題：《L2的理解與思考》

Layer2是個大的話題。是否去中心化，是否安全，資金狀態確認時間是Layer2的主要的討論話題。最近有點時間，總結一下Layer2的理解和思考。

Layer2交互模型

Layer2，相對于Layer1，在Layer1的基礎上提供更豐富功能，更好的用戶體驗。抽象一下Layer2的邏輯以及交互模型如下：

除了Layer1的交易外，其他Layer2的交易都在Layer2執行。為了Layer2在必要時恢復交易狀態，所有Layer2的交易數據需要安全存儲。簡單起見，也為了和Layer1保持一樣的安全性，所有Layer2的交易數據一般存儲在Layer1。這種交易數據的隨時可訪問，稱為"DataAvailability"。所有的Layer2交易都在Layer2執行，并同步到Layer1。如何證明Layer2同步的狀態正確，不同的layer2方案有不同的實現方法。

Tari Labs就Taro協議贏得了針對Lightning Labs的限制令:金色財經報道，區塊鏈初創公司 Tari Labs 就其 Taro 協議和平臺贏得了針對比特幣開發商 Lightning Labs 的臨時限制令。該裁決意味著 Lightning Labs 將無法對 Taro 協議進行更新或宣布協議的進一步發展。

Tari Labs 于 2020 年創立了 Tari 協議，該協議能夠將數字資產從門票轉移到虛擬商品。Tari 擁有 Tari 在美國的注冊商標，用于各種加密貨幣交易和兌換服務。區塊鏈平臺去年在加利福尼亞州北部地區對 Lightning Labs提起侵犯版權的投訴。它聲稱其 Taro 協議和平臺的名稱與自己的商標相似，并提供類似的服務。[2023/3/15 13:06:01]

Layer2實現分類

從Layer2狀態同步方式，Layer2分為兩類：一類是側鏈實現，一類是Rollup。側鏈，就是通過不同于Layer1的共識進行Layer2狀態向Layer1的同步。僅從這一點，整個側鏈的安全性，就降低到Layer2的共識的安全性。Rollup又分為兩種：一種是zkRollup，一種是OptimisticRollup。所謂OptimisticRollup，樂觀性Rollup，期望絕大多數情況下Rollup正確向Layer1同步狀態。同時，為了防止同步錯誤的狀態，提供了挑戰機制。樂觀預計挑戰的機率比較小。在需要挑戰的情況下，Layer1可以判斷正確狀態。zkRollup是最直接的狀態同步方式，通過零知識證明技術，在向Layer1提交狀態的同時提供狀態變化的證明。Layer實現分類如下：

民意調查：85%的美國受訪者對Libra不感興趣:盡管一些投資者將即將推出的Libra視為數字貨幣被主流接受的標志，但絕大多數美國人對此并不熱衷。一項新的IBD/TIPP民意調查發現，85%的人對Libra不感興趣。與此同時，56%的受訪者表示，他們認為未來10年不太可能購買或使用加密貨幣。值得注意的是，57%自稱投資者的人不希望在未來10年內購買或使用加密貨幣。這一比例在非投資者中為53%。（Investors）[2020/9/11]

zkRollup，按照采用的零知識證明協議又分為三類：1/Groth162/PLONK3/STARK。Groth16協議需要針對每一個電路進行初始設置(TrustedSetup)。PLONK協議在一定規模下的電路只需要一次初始設置。STARK協議不需要初始設置。但是，相對另外兩種算法，STARK協議，證明數據量大，驗證時間長。相對來說，在Layer2的場景下，PLONK是目前廣泛使用的算法。

動態 | 歐盟繼續對Libra持否定態度:11月6日消息，自臉書（Facebook）去年夏天宣布推出數字貨幣Libra以來，已引起全球各方關注。本周五（11月8日），歐盟財長們將開會討論如何有效地應對這種所謂“穩定幣”（由主權貨幣支持的數字貨幣）所帶來的眾多挑戰。據最新透露的會議文本草案顯示，Libra和類似項目在明確解決所有挑戰和風險前，不建議在歐盟內開啟運作。歐盟官員預計不久將會就基于區塊鏈技術的數字貨幣制定新的立法。此前七國集團曾就金融和貨幣秩序所面臨的嚴重風險發出警告，監管機構擔心數字貨幣會對消費者隱私保護、稅收、網絡安全等帶來嚴重風險，尤其涉及洗錢、恐怖分子融資、市場誠信、治理及法律確定性等問題。Facebook已表示，除非所有監管問題得到解決，否則不會啟動Libra項目。（中國商務部）[2019/11/15]

STARK協議和SNARK(Groth16/PLONK)協議比較：

https://github.com/matter-labs/awesome-zero-knowledge-proofs

聲音 | 瑞士央行行長：因缺乏細節，對Libra尚無明確的看法:瑞士央行行長Thomas Jordan表示，由于缺乏細節，央行對Facebook的Libra還沒有明確的看法。基本上來說，監管機構希望在對Libra的可行性做出任何決定之前獲得更多有關該項目的信息。（Fxstreet）[2019/9/3]

總結一下，從安全性角度看，各種Layer2的排序如下：zkRollup，optimisticRollup，側鏈。從提現的時間也印證了安全性，zkRollup的提現是分鐘級別，其他兩種方案，小時甚至是天級別。zkSync是比較完善的zkRollup開源項目，感興趣的小伙伴可以查看之前的分析文章：

zkRollup，雖好，目前存在很大的缺陷：可編程性差。

細看zkRollup

相對其他Rollup方案，zkRollup方案多了zk證明系統。也就是說，在Layer2每個交易除了“執行”外，還需要生成證明，證明執行過程的正確性。熟悉零知識證明技術的小伙伴都知道，零知識證明的安全性在于”電路“的安全性。對于Layer2，每種交易的處理”固化“為電路，電路邏輯完全公開。對應于每種電路，存在唯一的驗證秘鑰。驗證秘鑰用在Layer1驗證狀態證明。通過驗證的狀態證明，符合固化電路的邏輯。

聲音 | 國際貨幣基金組織首席經濟學家：監管機構必須應對Libra可能帶來的風險:路透社消息，國際貨幣基金組織(IMF)首席經濟學家Gita Gopinath表示，Facebook計劃推出的加密貨幣Libra可能有助于促進金融包容，但也引發了對消費者保護、數據隱私和潛在\"后門美元化\"的擔憂。Gopinath表示，國際貨幣基金組織(IMF)正在淡化Facebook計劃的風險和擔憂，并稱監管機構密切關注此類事態發展非常重要。[2019/7/18]

關鍵就在于Layer2交易的執行和固化電路語義是否一致。公開電路就是一種共識方式，供所有人查閱電路邏輯。簡單的說，為了實現zkRollup，需要實現Layer2執行對應的電路。事實上，電路的實現相對復雜，沒有高級語言，很多情況下都是手寫R1CS。進一步，為了利用zk證明系統，為了優化電路的實現，整個Layer2的狀態經常優化為電路友好結構。所以，zkRollup的系統需要考慮電路的結構，從而約束了Layer2交易以及賬戶模型。細心的小伙伴可以發現，不管是zksync/zkswap/loopring，都只實現了特定交易場景。

反過來說，如果需要通過zkRollup支持EVM的交易執行，需要將EVM的交易抽象成電路友好的賬戶模型。這種抽象并不容易，再者，EVM的描述電路可以預見比較大。從零知識證明的性能看，這方面會限制整個zkRollup的性能。

再看看zkRollup方案在Layer1的gas消耗。整個zkRollup方案的主要gas消耗為三部分：

TransactionRawData：在zksync中稱為pubdata。為了保證dataavailability，所有的Layer2的交易都會以裸數據的形式提交到Layer1。Layer2Block管理：在Layer2提交區塊狀態時，Layer1維護著Layer2的區塊結構和狀態。驗證Layer2Block狀態：在Layer2提交證明時，Layer1需要驗證狀態證明。以一個區塊350筆交易，每個交易的TransactionRawData的大小為20字節為例，一個區塊處理的gas消耗：

雖然上述的數據不是精確值，但是足以說明交易原始數據在整個zkRollup方案中的gas消耗占比是非常高的。從這個角度看，Layer2的有些項目選擇通過其他鏈下的方式存儲交易數據。

Optimismvs.Arbitrum

OptimisticRollup兼容EVM。也就是說，Layer2支持可編程性，并且在以太坊上的程序幾乎無縫遷移。為了保證鏈上的狀態正確，這兩種方案都提供一段時間內的挑戰機制。挑戰者提供挑戰的證據，Layer1抉擇正確與否。深入理解Optimism和Arbitrum可以查看之前的文章。

Optimism采用OVM執行Layer2交易。取名OVM是為了區分Layer1的EVM。因為提交到Layer1的狀態需要檢驗正確性，Layer1需要“重放”Layer2的交易，也就是說，Layer1在有些情況下需要執行OVM交易的執行。OptimisticRollup最復雜的地方也在于此，用EVM模擬OVM，并執行Layer2的交易。可想而知，在Layer1的EVM模擬OVM的執行是比較繁瑣，消耗較大的操作。

Arbitrum也是采用挑戰機制。為了避免挑戰的gas費用低，Arbitrum引入了AVM：

相對于EVM，AVM是一個相對簡單的虛擬機。Arbitrum在AVM虛擬機上模擬EVM執行環境。也就是說，所有的Layer2交易都是在AVM執行，交易的執行狀態可以用AVM狀態表示。在提交到Layer1的狀態有分歧時，挑戰雙方先將狀態分割，找出“分歧點”。明確分歧點后，挑戰雙方都可提供執行環境，Layer1執行相關操作確定之前提交的狀態是否正確。在Layer1挑戰的是AVM的狀態，分歧點的AVM的指令執行。

簡單的說，為了省挑戰的gas費用，Arbitrum采用了精簡的AVM，通過快速分割，在鏈上只需要執行一個指令，判斷狀態是否執行正確。Arbitrum介紹文檔中提到，整個挑戰需要大概500字節的數據和9w左右的gas。在AVM的基礎上，Arbitrum設計了mini語言和編譯器，模擬了EVM的執行環境，從而兼容EVM。

總結

Layer2，相對于Layer1，在Layer1的基礎上提供更豐富功能，更好的用戶體驗。資金狀態確定性時長，安全性，可編程性是目前討論的焦點。zkRollup是資金狀態確定性最快的方案。optimisticRollup/側鏈具有可編程性。zkRollup支持EVM的證明是個期待的方向。

Tags：LAYERROLROLLKROShinji the Zombie SlayerBankRollTROLLBNBKryptokrona

DOT