LAYER:一文了解Layer2模型、分类、具体方案_BenjiRolls

原文标题：L2-理解和思考

Layer2是个大的话题。是否去中心化，是否安全，资金状态确认时间是Layer2的主要的讨论话题。最近有点时间，总结一下Layer2的理解和思考。

Layer2交互模型

Layer2，相对于Layer1，在Layer1的基础上提供更丰富功能，更好的用户体验。抽象一下Layer2的逻辑以及交互模型如下：

除了Layer1的交易外，其他Layer2的交易都在Layer2执行。为了Layer2在必要时恢复交易状态，所有Layer2的交易数据需要安全存储。简单起见，也为了和Layer1保持一样的安全性，所有Layer2的交易数据一般存储在Layer1。这种交易数据的随时可访问，称为"DataAvailability"。所有的Layer2交易都在Layer2执行，并同步到Layer1。如何证明Layer2同步的状态正确，不同的layer2方案有不同的实现方法。

一汽元宇宙电池监控专利公布:金色财经报道，天眼查App显示，近日，中国第一汽车股份有限公司申请的“基于元宇宙的电池监控系统、电池及车辆”专利公布。摘要显示，本发明监控系统包括：电池总成模块、元宇宙电池模块、映射模块、沉浸体验模块。其中，元宇宙电池模块包括虚拟系统层，虚拟系统层为仿真单元、游戏单元、陈列单元中的至少一个，仿真单元用于生成数字模型，游戏单元用于生成虚拟游戏，陈列单元用于生成数字陈列；映射模块用于将待监控的电池总成模块的电池信息映射至虚拟系统层中，以使虚拟系统层在元宇宙虚拟场景内对电池总成模块进行可视化显示；沉浸体验模块用于使用户通过人机接口进入元宇宙虚拟场景内对可视化显示后的电池总成模块执行预置操作。本申请的技术方案，解决了现有技术中的电池监控系统监测时直观性差的问题。[2022/12/27 22:10:39]

Layer2实现分类

从Layer2状态同步方式，Layer2分为两类：一类是侧链实现，一类是Rollup。侧链，就是通过不同于Layer1的共识进行Layer2状态向Layer1的同步。仅从这一点，整个侧链的安全性，就降低到Layer2的共识的安全性。Rollup又分为两种：一种是zkRollup，一种是OptimisticRollup。所谓OptimisticRollup，乐观性Rollup，期望绝大多数情况下Rollup正确向Layer1同步状态。同时，为了防止同步错误的状态，提供了挑战机制。乐观预计挑战的机率比较小。在需要挑战的情况下，Layer1可以判断正确状态。zkRollup是最直接的状态同步方式，通过零知识证明技术，在向Layer1提交状态的同时提供状态变化的证明。Layer实现分类如下：

以太坊开发人员就下一次升级中可以包含的内容达成一致:金色财经报道，以太坊开发人员决定考虑将八项以太坊改进提案(EIP) 纳入该网络即将推出的名为“上海”的硬分叉中。硬分叉升级将解锁Beacon Chain质押的ETH取款，并且可能包括解决可扩展性问题的提案和其他旨在改进以太坊虚拟机的提案。但具体时间，目前还没有达成共识。

让 EIP“考虑纳入”(CFI) 意味着开发人员将致力于制定这些提案，并将通过开发人员网络 (devnets) 的测试运行它们。然而，不能保证所有这些提议最终都会被纳入上海。[2022/11/25 8:06:10]

zkRollup，按照采用的零知识证明协议又分为三类：1/Groth162/PLONK3/STARK。Groth16协议需要针对每一个电路进行初始设置(TrustedSetup)。PLONK协议在一定规模下的电路只需要一次初始设置。STARK协议不需要初始设置。但是，相对另外两种算法，STARK协议，证明数据量大，验证时间长。相对来说，在Layer2的场景下，PLONK是目前广泛使用的算法。

Fly to Earn无人机平台Spexi完成550万美元种子轮融资:10月5日消息，加拿大无人机初创公司Spexi Geospatial已获得550万美元的种子资金，以推动世界上第一个由区块链技术驱动的Fly to Earn的无人机图像平台。

据该公司称，飞行员的每一次飞行任务都将有助于创建地球的超高分辨率基础层图像。为Spexigon收集数据的无人机飞行员将获得加密代币或者美元奖励。（Dronedj）[2022/10/5 18:40:07]

STARK协议和SNARK(Groth16/PLONK)协议比较：

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

总结一下，从安全性角度看，各种Layer2的排序如下：zkRollup，optimisticRollup，侧链。从提现的时间也印证了安全性，zkRollup的提现是分钟级别，其他两种方案，小时甚至是天级别。zkSync是比较完善的zkRollup开源项目，zkRollup，虽好，目前存在很大的缺陷：可编程性差。

成都世乒赛团体赛发行会徽系列数字藏品:金色财经报道，2022年第56届国际乒联世界乒乓球团体锦标赛（决赛）·成都（简称成都世乒赛团体赛）于9月30日至10月9日在成都举行。

此次成都世乒赛团体赛发行的数字藏品，由赛事特许授权专款合作商成都造趣文化创意有限公司制作发行。作品以本届赛事蕴含众多成都元素的赛事会徽及极具成都特色的大熊猫形象为设计灵感，二次创作出的5个3D立体藏品，分两期发行，每期仅发行3000个。[2022/10/1 22:44:03]

细看zkRollup

相对其他Rollup方案，zkRollup方案多了zk证明系统。也就是说，在Layer2每个交易除了“执行”外，还需要生成证明，证明执行过程的正确性。熟悉零知识证明技术的小伙伴都知道，零知识证明的安全性在于”电路“的安全性。对于Layer2，每种交易的处理”固化“为电路，电路逻辑完全公开。对应于每种电路，存在唯一的验证秘钥。验证秘钥用在Layer1验证状态证明。通过验证的状态证明，符合固化电路的逻辑。

SBF：加密熊市将因其“突然性”而有所好转:6月25日消息，FTX创始人SBF发推表示，加密熊市将因其“突然性”而有所好转; 信贷崩盘将因其持续了一年多而变得残酷，并逐渐削弱消费者信心。[2022/6/25 1:31:04]

关键就在于Layer2交易的执行和固化电路语义是否一致。公开电路就是一种共识方式，供所有人查阅电路逻辑。简单的说，为了实现zkRollup，需要实现Layer2执行对应的电路。事实上，电路的实现相对复杂，没有高级语言，很多情况下都是手写R1CS。进一步，为了利用zk证明系统，为了优化电路的实现，整个Layer2的状态经常优化为电路友好结构。所以，zkRollup的系统需要考虑电路的结构，从而约束了Layer2交易以及账户模型。细心的小伙伴可以发现，不管是zksync/zkswap/loopring，都只实现了特定交易场景。

反过来说，如果需要通过zkRollup支持EVM的交易执行，需要将EVM的交易抽象成电路友好的账户模型。这种抽象并不容易，再者，EVM的描述电路可以预见比较大。从零知识证明的性能看，这方面会限制整个zkRollup的性能。

再看看zkRollup方案在Layer1的gas消耗。整个zkRollup方案的主要gas消耗为三部分：

TransactionRawData：在zksync中称为pubdata。为了保证dataavailability，所有的Layer2的交易都会以裸数据的形式提交到Layer1。

Layer2Block管理：在Layer2提交区块状态时，Layer1维护着Layer2的区块结构和状态。

验证Layer2Block状态：在Layer2提交证明时，Layer1需要验证状态证明。

以一个区块350笔交易，每个交易的TransactionRawData的大小为20字节为例，一个区块处理的gas消耗：

虽然上述的数据不是精确值，但是足以说明交易原始数据在整个zkRollup方案中的gas消耗占比是非常高的。从这个角度看，Layer2的有些项目选择通过其他链下的方式存储交易数据。

Optimismvs.Arbitrum

OptimisticRollup兼容EVM。也就是说，Layer2支持可编程性，并且在以太坊上的程序几乎无缝迁移。为了保证链上的状态正确，这两种方案都提供一段时间内的挑战机制。挑战者提供挑战的证据，Layer1抉择正确与否。

Optimism采用OVM执行Layer2交易。取名OVM是为了区分Layer1的EVM。因为提交到Layer1的状态需要检验正确性，Layer1需要“重放”Layer2的交易，也就是说，Layer1在有些情况下需要执行OVM交易的执行。OptimisticRollup最复杂的地方也在于此，用EVM模拟OVM，并执行Layer2的交易。可想而知，在Layer1的EVM模拟OVM的执行是比较繁琐，消耗较大的操作。

Arbitrum也是采用挑战机制。为了避免挑战的gas费用低，Arbitrum引入了AVM：

相对于EVM，AVM是一个相对简单的虚拟机。Arbitrum在AVM虚拟机上模拟EVM执行环境。也就是说，所有的Layer2交易都是在AVM执行，交易的执行状态可以用AVM状态表示。在提交到Layer1的状态有分歧时，挑战双方先将状态分割，找出“分歧点”。明确分歧点后，挑战双方都可提供执行环境，Layer1执行相关操作确定之前提交的状态是否正确。在Layer1挑战的是AVM的状态，分歧点的AVM的指令执行。

简单的说，为了省挑战的gas费用，Arbitrum采用了精简的AVM，通过快速分割，在链上只需要执行一个指令，判断状态是否执行正确。Arbitrum介绍文档中提到，整个挑战需要大概500字节的数据和9w左右的gas。在AVM的基础上，Arbitrum设计了mini语言和编译器，模拟了EVM的执行环境，从而兼容EVM。

总结：

Layer2，相对于Layer1，在Layer1的基础上提供更丰富功能，更好的用户体验。资金状态确定性时长，安全性，可编程性是目前讨论的焦点。zkRollup是资金状态确定性最快的方案。optimisticRollup/侧链具有可编程性。zkRollup支持EVM的证明是个期待的方向。

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