layer2流行的背后：是defi的终结吗？

一方面是DeFi需求的快速发展，另一方面是性能问题一直没有得到解决。两者之间的矛盾导致了最近的热层2解决方案。

随着DeFi的如火如荼发展，区块链（特别是以太坊）的性能问题再次Convex显，导致许多大规模应用无法实现。比如，在今年的去化浪潮中，手续费往往高达几十元，不利于项目的推广；另外，由于TPS的限制，去化交易所难以普及，甚至衍生产品业务也无法进一步拓展。

一方面是DeFi需求的快速发展，另一方面是性能问题一直没有得到解决。二者之间的矛盾催生了近期炙手可热的layer2解决方案，每一个layer2项目都再次引起大家的关注，这或将成为下一阶段更大规模爆发DeFi的导火索。

1Layer2是什么

Layer2是提高区块链底层网络（第1层）性能的整体解决方案。

假设DeFi业务流程中存在多个状态转换，那么这些状态转换需要通过链上的契约事务来完成。如果有几个状态，它们需要经过几个块，块时间将成为一个限制因素。以以太坊为例，生成一个块大约需要12秒，这是必须花费的。对于二级甚至毫秒级的金融业务，阻塞时间将是有限的，他说等待是无法忍受的。

Layer2就是要解决这个问题。简而言之，扩展layer2的容量的想法是用一个证明替换多个事务，以节省layer1的资源。相应地，这应该能够证明相应的多次交易的有效性。

layer2有几种解决方案，包括rollups、state channels、sidechains、plaa、validium、hybrid SOLutions等。

下表显示了第2层方案的主要项目：

2欺诈证明和有效性证明

我们将Layer2方案分为欺诈证明和有效性证明

欺诈证明是提供证据证明链条上的状态转换不正确；

有效性证明是为证明链上状态转移的正确性提供证据。

与欺诈证明相对应的Layer2扩展方案乐观地假设链下的交易是真实有效的，直到一方提供证据证明其是错误的。它包括状态通道、等离子体、**上卷等。这个方案非常有效，因为它节省了大量的成本来证明这些事务的有效性。

但是，必须为欺诈证明预留足够的容错时间，否则将错过恶意交易。虽然节省了大量成本，但欺诈证明可能存在漏洞，攻击者可以阻止相关方在欺诈时间内提交欺诈证明，从而完成攻击

相对而言，有效性的证明更加健壮，例如ZK rollup和validium。系统每次在第1层进行状态转换时，都会提交足够的证据证明转换是真实有效的，用于第1层节点验证。

零知识证明是一种巧妙的证明有效性的方法，它使得第一层的验证节点不需要获取链下事务的全部信息并进行重复计算来证明其有效性。目前，零知识证明属于密码学研究的前沿，其应用还存在一些瓶颈。目前，实用的零知识证明算法需要1~10分钟的时间来生成证明，这是一种无法消除的额外事务确认延迟。

根据这种分类方法，我们可以列出一个象限，如下图所示：

3各种Layer2方案的示例

等离子体溶液

Plaa由Joseph PON（闪电网络创始人）和vitalik buterin（以太坊创始人）于2017年提出。等离子不过是一条链中的一条，每条链可以有自己的链，而自己的链也可以有另一条链。

Plaa将有一个操作员，负责生成子链的块。通常，操作员将处于服务器模式，子链的信息将记录在数据库中。每次生成plaa链的块时，必须将其写入到主链中，这样才能视为已确认。如果想进入plaa，需要通过主链的押金合同，如下图所示：

我们可以看到，等离子的问题是，它更中心化，更容易犯罪。因此，我们需要对上述欺诈证据提起上诉，并设立一个抗辩期。同时，如果plaa的运营商拒绝公开主链上的数据，用户将无法获得构建错误承诺的错误数据，也无法提供错误证明。因此，plaa面临的**问题是事务数据的可用性。由于缺乏数据可用性，很难立即保留许多功能，例如支持任意定价和支付、最小化用户身份验证/存储需求、避免大规模退出以及支持智能合约逻辑。尽管这些问题可以得到缓解，但解决一个障碍的代价往往是加重另一个障碍。

等离子的代表性项目是OMG网络。Omisego是一款基于以太坊的等离子扩展技术解决方案，用于主流数字钱包。它可以用于跨国家管辖区和组织的实时、点对点价值交易和使用法定货币或加密数字货币的支付服务

Omisego Tesuji是plaa上的早期实现示例。它使用了权威证明（POA）作为协商机制，omisego作为操作符。OMG的最终目标是一个完全可扩展的兴趣证明（POS）区块链和去中心化交换。在POS模式下，利益相关者将作为区块链的验证者，对去中心化交易所的交易进行验证，并向网络用户收取一定的交易验证费用。

侧链方案

Plaa也被称为侧链，但我们这里讨论的是侧链实际上是一个独立的链，它有很多节点共识出块，而不是通过中心化式的操作符出块。主侧链需要通过一定的跨链协议进行通信，而不是通过存取款合同。通过此解决方案，数字资产可以从第一区块链转移到第二区块链，并且可以在稍后安全地从第二区块链返回到第一区块链。

实现侧链的技术基础是双向销钉。通过双向peg技术，可以将数字资产暂时锁定在主链中，将等价的数字资产释放在副链中。同样，当对等的数字资产锁定在侧链中时，主链中的数字资产也可以释放。

更**的侧链包括基于比特币网络的liquid、以太坊的skale和国内团队开发的mov协议

Liquid是blockstream的开源侧链项目，采用比特币双向锚定技术。liquid的目的是使比特币能够在主链和副链之间进行转移，旨在提高隐私性，降低成本，加速交易所和券商之间的价值转移和结算过程。

与原链团队的mov协议相比。Mov是基于主链体系结构的下一代去中心化跨链Layer2价值交换协议。它由三个核心模块组成：价值交换引擎磁铁、去中心化交叉链**（ofmf）和Layer2高速侧链（vapor）。它致力于构建一个由不同资产组成的异构、集成的价值交换协作生态系统。

与Bytom主链相比，mov采用的侧链Layer2解决方案大大提高了性能，侧链封锁速度为0.5s。理论上估计可以达到16000 TPS。侧链使用dpos共识和10个正式共识节点来验证交易的有效性

考虑到侧链的速度得到了提高，但去中心化程度不够，MOV基于主侧链的集成架构。主端架构通常用于层次化系统。例如，plaa是一种针对主链扩展场景的单主多侧面设计，其交互信任方案是基于主链抵押的。主链和侧链是一种逻辑区别。公链作为主链，也可以作为测绘资产的侧链和交易合作平台。主体逻辑是合理的业务架构设计，为多元化资产的价值交换与合作提供了更大的自由和效率空间。

4**汇总与ZK汇总

Rollup是一个类似于plaa的Layer2扩展方案：它在主链上使用一个单一的契约来保存所有的资金，并保持一个指向“侧链”状态的简单加密承诺（一般来说，它是一个由账户、账户余额和其他状态组成的Merkel树）。侧链的状态由链下的用户和操作员维护，不会占用第1层的存储空间（这种存储空间的节省是可扩展性优势的**来源）。

与plaa不同，rollup面临事务数据可用性的问题（plaa面临的**问题）。Rollup通过在第1层网络上为每个事务发布一些数据来解决这个问题。

V神也在不同渠道肯定了这一计划

其中，ZK-rollup是一种较早的rollup方案。在ZK汇总系统中，操作员必须为每个状态转换提供一个简明的零知识证明（snark），该证明将由主链上的汇总契约进行验证。这样的snark证明存在一些事务，这些事务由发起方正确地签名，并且正确地更新了相关帐户的余额，并且将旧的Merkel根值更改为表示新状态的新值。这可以防止操作员提交无效状态或篡改状态。

然而，ZK rollup是一种更为复杂的技术，它可以用于代币传输和定制应用。然而，由于通用契约的支持比较困难，因此要将EVM有效地封装到零知识证明中还需要进一步的研究工作。

优化汇总是2019年提出的一项技术，旨在扩大以太坊智能合约的通用吞吐量。如果开发速度比较快，可以为现有dapp和服务的迁移提供一个简单的解决方案，安全性/可伸缩性的牺牲不会太大。

在**汇总系统中，操作员不需要每次发出新的状态根时都接受汇总智能合约。相反，每个人都认为国家过渡是正确的。然而。如果有人发布不正确的状态转换，其他操作员或用户可以指出非法事务，回滚不正确的块并惩罚恶意验证器。

在支持通用计算方面，**汇总可以有OVM。如果它与EVM一起使用，则可以编写稳定的代码。因此，大多数现有的代码库可以很容易地移植到或。到目前为止，所有现有的ZK rollup实现都只支持特定的操作，比如代币传输或原子交换。

在性能方面，TPS可以提升到100个左右，如果只包含代币传输事务，可以达到500个，而ZK rollup更快，可以超过2000个。

在服务费用方面，**汇总只需要每笔交易4K gas，而ZK汇总需要272 gas（但验证成本需要平均分摊）。目前估计为30万英镑（天然气）。与原来的以太坊21k气体交易相比，节省了不少费用。

在安全性方面，**汇总由单个智能合约来保证。一旦价值数百万（甚至数十亿）美元的资产得到保护，这样的汇总合同将成为一个有潜在安全风险的蜜罐。在ZK rollup侧链中，每个状态转换都必须经过rollup智能合约的验证才能生效。所以操作员不可能伪造身份。zkr的安全性不需要依赖于Layer-1。

在时延方面，由于挑战周期的存在，**上卷需要很长时间才能确定，而ZK上卷速度更快。

ZK汇总的代表性项目是道路打印。道路打印协议围绕高安全性和高性能而设计，为用户提取自己的充值资产提供各种保障。这种担保允许用户在极端情况下仅通过提供默克尔的证明就可以收回所有资产。鲁银发布了基于订单簿的分布式交换的AMM协议，账户间的转账只需几秒钟。

ZK rollup的另一个代表性项目是zksync，这是matter labs基于ZK rollup技术开发的一个无信任的可扩展性和隐私解决方案。除了高安全性之外，这个项目还关注低延迟。

**汇总的代表项目optimization是plaa group前研究员于2019年成立的一家新的营利性公司，专注于以太坊扩展解决方案**汇总的实施。9月推出测试网，synthetix、Uniswap、chainlink成为他们的早期测试者，利用synthetix it大大提高了预言机的报价频率，解决了第一层网络中交易暂时停滞的问题。

5DeFi需要什么样的图层2

Defi应用一般都是以资产为中心的应用，合同中锁定的资产高达数亿甚至几十亿美元，因此资产的安全性非常重要。从安全性角度看，侧链和等离子对验证者的依赖性强，具有很高的邪恶风险，需要一个完整的监管机制，而状态通道、侧链和validium热钱包的脆弱性风险较高。因此，在安全性方面，rollup方案仍然占主导地位。

复杂的DeFi业务需要复杂的智能合约支持，状态通道和plaa的智能合约支持较差，智能合约的智能使用有限。Validum和ZK rollup与EVM字节码不兼容，需要独立的系统。总体而言，对于智能合约的支持，侧链和**汇总支持更好。

另外，layer2的使用更加注重性能的提高。在退市时间上，状态通道和侧链优势明显，而等离子和优派由于采用欺诈证明，需要较长的质疑期。

目前，rollup方案仍有许多优点。当然，DeFi选择什么样的Layer2方案还需要各项目方根据自己的需要进行选择。鱼和熊掌不能兼得。

6DeFi在Layer2的应用现状

随着DeFi的不断创新和发展，以DeFi为首的Uniswap、AAVE和synthetix等厂商开始探索layer2+DeFi的可行性。

2020年8月3日，maticnetwork启动了500万孵化基金，以鼓励DeFi和layer2协议上的其他应用。到目前为止，它已经吸引了80多个dapp，包括18个DeFi项目，并且还与AAVE达成了合作。

2021年1月12日，synthetix发布了其**的2021年路线图，其中指出，优先事项包括转向**状态

尽管Uniswap没有透露具体计划，但作为Uniswap layer2的示例演示，unipig的解决方案于2019年10月推出，展示Uniswap+layer2的基本操作。与synthetix一样，unipig也采用**的上卷方案进行扩容。

然而，曲线倾向于选择ZK汇总。

以以太坊生态为例，碧源链的mov在Layer2率先部署并稳定运行了多个DeFi协议，包括基于订单簿的磁协议、基于AMM的超导协议、lightning exchange等。它在运行速度、处理费用等方面都有很好的表现。

总的来说，DeFi应用程序的负责人已经开始或选择一些layer2方案进行尝试，一些小的DeFi应用程序已经开始在layer2上运行来开展业务。

因此，2021年很可能是第2层广泛应用的开始。

7Layer2的未来

DeFi、NFT等业务的兴起，将极大地拓展区块链的需求。随着以太坊2.0的成熟仍需数年时间，layer2将迎来更大的发展机遇。

此外，随着交叉链接的普及和layer2技术的融合，非以太坊独立的公共公链也将迎来非常好的机会。在以DeFi为代表的去中心化应用快速发展的趋势下，不同类的应用将在不同的方向下重新划分。

虽然扩展方案很多，但不同的扩展技术各有优缺点，导致了不同的应用场景。未来，不同的扩展技术将相互合作。我们也看到了一些融合的趋势。

对于大多数开发人员来说，他们希望在不更改原始代码的情况下将应用程序迁移到第2层，因为对代码的任何更改都将涉及相当大的审核和维护成本。对于用户来说，很难选择是使用以太坊主链还是layer2应用程序。layer2项目是否可以直接让用户与layer2进行无感觉的交互。

除了性能和安全性之外，layer2的未来发展必须朝着兼容性和用户体验的方向发展，这样才能得到许多开发人员、用户和项目方的支持。它将筑起一条足够深的护城河，最终探索出一个能够容纳数千万、数亿用户的扩容技术方案。