混合层2协议深度指南

目前的Layer2扩展方法基本上是等离子体和状态通道，正逐渐从理论转向实践。但与此同时，将这些技术视为完全成熟的以太坊扩展解决方案的内在挑战也变得越来越容易。

以太坊的成功很大程度上归功于它非常简单的开发经验：你编写一个程序，发布一个程序，任何人都可以与之交互。另一方面，设计状态通道或plaa应用程序依赖于大量关于特定应用程序的激励和开发复杂性的明确推理。

国家频道在某些情况下工作得很好，例如同一个双向和两人游戏之间的重复支付（正如它在celer中成功实现的那样），但是它的广泛使用是有挑战性的。Plaa，尤其是Plaa现金，可以很好地用于支付，但推广也会带来挑战：即使实施去中心化交易，客户也需要存储更多的历史数据，在Plaa上推广以太坊风格的智能合约似乎非常困难。

但与此同时，被遗忘的“半层2”协议范畴再次出现，这一范畴承诺在扩展方面不会有太大进展，但具有更易于推广和更有利的安全模的优点。

一篇早在2014年就被遗忘的博客文章引入了“影子链”的概念，这是一种在链上发布块数据的架构，但默认情况下，块不会被验证。取而代之的是，该区块暂时被接受，并且只有在一段时间后（例如，2周）才最终确定。在这两周内，可以对临时接受的区块提出质疑。只有这样才能验证块。如果区块被证明无效，将恢复从区块开始的链，并处罚原出版商的押金。

契约不跟踪系统的完整状态；它只跟踪状态根，用户可以通过处理从头到尾提交给链的数据来计算状态。最近的一个提议ZK rollup使用ZK snarks来验证块的有效性，并且在没有挑战周期的情况下实现相同的功能。

分析链上发布的ZK聚合包。数百个影响状态的“内部事务”（如ZK rollup系统的账户余额）被压缩到一个包中。指定状态转换的每个内部事务包含大约10个字节，外加大约100-300字节的snark，这证明了这些转换是有效的。

在这两种情况下，主链都用于验证数据的可用性，但不会（直接）验证数据块的有效性或执行任何重要的计算，除非存在挑战。因此，这项技术并不是一个惊人的巨大可扩展性增益，因为链上的数据开销最终是一个瓶颈，但它仍然是一个非常重要的瓶颈。

数据比计算更便宜，而且有许多方法可以显著地压缩事务数据，特别是因为事务中的大多数数据都是签名，并且可以通过各种形式的聚合将许多签名压缩为一个签名。

zk rollup承诺将每个事务压缩到10字节，相当于500tx/sec，是以太坊链本身的30倍；签名不需要包含在内，因为它们的有效性是通过零知识证明来验证的。

使用BLS聚合签名可以在影子链中获得相似的吞吐量（最近称为lt；optimal rollupgt；，以强调其与ZK聚合的相似性）。即将推出的伊斯坦布尔硬fork将把数据成本从68/字节降低到16/字节，并将这些技术的吞吐量再提高四倍（即每秒超过2000个事务）。

那么，像ZK/optimal rollup这样的链上数据技术和像plaa这样的链下数据技术有什么优势呢？首先，不需要半信任的操作员。在ZK rollup中，由于有效性是通过加密证明来验证的，所以提交的包不能是恶意的（根据设置，恶意提交的包可能会导致系统暂停几秒钟，但这是可能造成的**危害）。

在**汇总中，恶意提交者可以发布坏块，但下一个提交者将在发布自己的块之前立即质询该块。在ZK和optimal rollup中，链上发布了足够的数据，任何人都可以计算出完整的内部状态。它们只需要按顺序处理所有提交的增量，并且不存在剥夺此属性的“数据延迟攻击”。因此，作为一名运营商可能根本不需要许可；所需要的只是一笔反垃圾邮件押金（例如，10 ETH）。

第二，**汇总特别容易推广；**汇总系统中的状态转移函数可以是在单个块的气体极限内可以计算的任何函数（包括提供验证转移所需的状态部分的Merkle分支）。

从理论上讲，ZK rollup也可以用同样的方法来提升，但是在实践中，ZK很难在通用计算（比如EVM执行）中遇到麻烦，至少目前是这样。第三，优化汇总更容易构建客户机，因为对Layer2网络基础设施的需求较少；只需扫描区块链就可以完成更多的工作。

但这些优势从何而来？答案在于一个称为数据可用性的高技术性问题。基本上，在Layer2系统中有两种作弊方式。第一种方法是向区块链发布无效数据。

第二是根本不发布数据（比如在plaa中，新plaa块的根哈希值发布到主链上，但块的内容不向任何人透露），发布但无效的数据非常容易处理，因为一旦数据发布到主链上，就有很多方法可以清楚地判断它是否存在是有效的。无效投稿显然是无效的，因此投稿者将受到严惩。

另一方面，不可用的数据更难处理，因为即使受到质疑，仍然可以检测到不可用的数据，但确定不披露的过错者是不可靠的，尤其是在数据默认情况下仍然是按需提供的情况下，只有当一些验证机制试图验证其可用性时。

这反映在“渔民困境”中。游戏展示了挑战-响应游戏如何区分恶意提交者和恶意挑战者

渔民的困境。如果你只是在T3开始观察一个给定的块，你不知道它是在案例1还是案例2中，或者它是谁的错。

plaa和status channel都可以通过将问题推给用户来解决渔民的困境：如果您决定与之交互的其他用户（status channel中的对手和plaa链中的运营商）没有发布他们应该发布给您的数据，则您有责任退出并转移到其他对手/运营商。

作为一个用户，您拥有所有以前的数据，以及有关您签署的所有事务的数据，这一事实允许您向链证明您在第2层协议中拥有哪些资产，从而安全地将它们从系统中取出。您已经证明存在一个操作（先前约定）将资产提供给您，而其他人无法证明存在一个您批准将资产发送给其他人的操作，因此您获得了资产。

技术非常优雅。然而，它依赖于一个关键的假设：每个state对象都有一个逻辑上的“所有者”，未经所有者同意，对象的状态不能更改。这适用于基于utxo的支付（但不是基于账户的支付，在这种情况下，您可以在未经他人同意的情况下编辑其他人的余额；这就是基于账户的plaa如此困难的原因），甚至允许它适用于去中心化的交易所，但这种“所有权”属性远未普及。

有些应用程序（如Uniswap）没有自然所有者。即使在那些拥有所有者的应用程序中，也常常有许多人可以合法地编辑对象。此外，如果不引入拒绝服务（DOS）攻击的可能性，就不可能允许任何第三方退出资产，因为人们无法证明发布者或提交者是错误的。

还有其他等离子体和状态通道特有的问题。state通道不允许对不属于该通道的用户进行链外事务（参数：假设有一个方法从通道向任何新用户发送$1）。然后，这项技术可以并行多次使用，向用户发送的1美元比系统中的金额还多，这就打破了系统的安全保障）。

Plaa需要用户存储大量的历史数据。当不同的资产交织在一起时，历史数据会变得更大。当一种资产的转移以另一种资产的转移为条件时，它就像单阶段订货簿机制中的去中心化交易一样。

因为第2层没有数据可用性问题，所以它们没有这些弱点。ZK和optimal rollup非常小心地在链上放置足够的数据，允许用户计算第2层系统的完整状态，确保如果任何参与者消失，新的参与者可以轻松地替换它们。

他们唯一的问题是验证计算而不进行链上计算，这是一个容易得多的问题。在ZK rollup中，每个事务可以实现约10字节的可伸缩性，而在**rollup中，通过使用BLS聚合来聚合签名可以实现类似的可伸缩性。这相当于理论上的每秒最多500个事务，伊斯坦布尔会议后每秒超过2000个事务。

但是如果你想要更多的可伸缩性呢？然后，在链上数据层2协议和链下数据层2协议之间有一个很大的中间地带。使用多种混合方法，可以同时获得两种协议的一些优点。举个简单的例子，在plaa cash上实现的去中心化交换中，可以通过在链上发布订单匹配的映射（每个订单少于4字节）来防止历史存储崩溃

左图：如果plaa cash用户拥有币代，他们需要存储历史数据。中间：等离子现金用户需要存储的历史数据，如果他们有一代币和另一代币与原子交换。正确：如果订单匹配在链上发布，plaa cash用户需要存储历史数据。

即使在去中心化的交换环境之外，用户需要存储在plaa中的历史数据量也可以通过让plaa链定期在链上发布每个用户的数据来减少。您还可以想象这样一个平台：当某些状态下有逻辑所有者时，它的工作方式类似于plaa；当没有逻辑所有者时，它的工作方式类似于ZK或optimal rollup。Plaa开发人员已经在进行这些优化。

因此，对于Layer2可扩展性解决方案的开发人员来说，至少在某些情况下，他们更愿意在链上发布每个用户的数据：这大大提高了开发的方便性、通用性和安全性，减少了每个用户的负载（例如，用户不需要存储历史数据）。

这样做的效率损失也被夸大了：即使在Layer2架构中，用户在不同的交易对手和提供商之间存取和转移资金也是不可避免和频繁的，因此无论如何每个用户链上都会有大量的数据。混合路由为在准第2层架构中相对快速地部署完全通用的以太坊样式的智能合约打开了大门。