MoleEdu Web3 系列公開課回顧：以太坊和 Layer2 筆記_LAYER

作者：Moledao?

Moledao和OGBC聯合舉辦的Web3系列課終于在2023年1月16日正式開始啦！第一周為Web3基建之周，內容涵蓋了區塊鏈基礎，以太坊和Layer2，Layer0，存儲。

今天帶大家回顧2023年1月18日NeilHan導師的”以太坊和Layer2“課程！課程錄屏已經上傳Moledao的Bilibili：

第一周：基建之周|以太坊和Layer2

那下面我們就一起來學習”以太坊和Layer2“課程的筆記吧！

導師介紹

NeilHAN,ReddioFounder&CEO前Twilio亞太第三名員工，帶領團隊4年時間實現亞太營收30倍增速，前PingCAP/TiDB海外商業化第一名員工，亞太及歐洲區GM。

Neil導師2021年底離職創辦Reddio，Web3基礎設施公司，以新加坡為總部面向全球開發人員提供了解決以太坊擴容的PaaS服務，讓他們以更高并發、更低GasFee、更安全快速地將資產上鏈，Reddio是Paradigm投資的亞太第一家Infra公司。

Neil導師同時也是天使投資人，專注投資美國SaaS公司，是growrk.com,getbean.com,mynurse.ai和mileauto.com等公司的天使投資人。

學習收獲

在本次課，Neil導師講解了以太坊及其局限性，側鏈，Layer2擴容方案，Layer2的三難選擇，技術棧的進化等。

01?以太坊及其局限性

為什么是以太坊？即便是在2022年狀態不是特別好的情況下，以太坊在整個生態里的霸主地位依舊沒變。同時，2022年主要的NFT交易都是發生在以太坊上。以太坊是進入區塊鏈行業不得不看的鏈。但是以太坊有兩個很大的局限性限制了發展：

第一：以太坊要做任何操作，都會產生GasFee，而且GasFee很高

上圖中，GAS為計量單位。在轉賬過程中將會產生21000個GAS。根據交易發起人是否需要交易盡快處理，GAS的價格會在一個區間內波動。以一個GAS為100個GWEI為例。GWEI是一個計量單位，等于10的-9次方的ETH。所以在上圖所示的轉賬過程中，GasFee即為0.0021ETH。假設ETH的價格為$1800，這筆轉賬就花費了$3.78。

Molson Coors CEO：大部分廣告收入都將用于數字化:金色財經報道，全球第五大啤酒廠Molson Coors CEO Gavin Hattersley表示，該公司的大部分廣告收入都將用于數字化。[2023/8/2 16:12:28]

需要注意：這個GasFee不是恒定不變的，如果有交易發起方對交易的確認很急切，GasFee就會增加。這是因為礦工的競價機制，即誰出的GasFee高，就會先選誰。因此急切的交易發起方就會出更高的GasFee。在2021年曾經發生過最高GasFee到$150做了一次NFT的交易的情況，這個金額很夸張，如果所有交易都如此昂貴，整個鏈上交易系統幾乎無法使用。

第二：可擴展性

由上圖我們可以看到，以太坊的TPS大概為20筆/秒。但是相比VISA的24000TPS還是太少了。

因為有此局限性的存在，中心化交易所只有通過中心化的方式來處理交易。關于這點，Duke導師在區塊鏈基礎的課程中給大家做過詳細介紹。但是這種方式就與Web3的理念背道而馳，也發生過FTX暴雷這種惡性事件。

以太坊自己當然知道這個問題，這是以太坊的產品路線圖。以太坊去年從POW轉到POS，主要是解決了耗電的問題，礦工的工作被打消掉了。這樣的改變很大程度上節省了資源，省去了整個以太坊生態里99%的電量。并不能有效地提高TPS和有效降低GasFee。所以暫時以上兩個限制并沒有很好的改觀。而之后的DataSharding能比較好的解決這兩個問題，但在這之前僅靠以太坊本身就沒辦法解決了。

02?區塊鏈拓展

基于以上兩個局限性，業內在區塊鏈擴容方面做過各種不同嘗試，以上是羅列的各種不同方案。以下我們針對以太坊的擴容做重點解釋。

2.1?側鏈

側鏈比較有代表性的是Polygon的PoS鏈，他所做的事情是：既然以太坊的GasFee高，而且處理能力有限，那就新建立一條鏈，這條鏈里，所有節點、共識和安全都由鏈本身控制。如果以太上的資產想轉移到側鏈中，首先資產要鎖在屬于Polygon的以太坊的錢包里，然后在側鏈上生成對應的代幣到側鏈上對應的錢包。從側鏈取回代幣的流程類似。

風投公司Molten Ventures對其在Ledger和Revolut的股份價值進行減記:6月16日消息，總部位于倫敦的風險投資公司Molten Ventures對其在加密錢包提供商Ledger和提供加密交易的數字銀行Revolut Ltd.的股份價值進行了減記，這表明風險投資公司對科技初創公司和加密行業變得更加謹慎。

Molten Ventures在周四的年度報告中表示，截至2023年3月，該公司對Ledger的投資公允價值為7180萬英鎊，比2022年的9190萬英鎊下降了22%。與此同時，Revolut在同一時期的估值下降了40%，降至5450萬英鎊。總體而言，Molten總投資組合的公允價值同比下降16%至14億英鎊。

報道稱，去年，加密行業本身受到一系列引人注目的公司倒閉、價格下跌和監管反彈的影響，抑制了投資者對增長的預期。根據PitchBook今年4月的數據，今年第一季度，對加密公司的風險資本投資暴跌至24億美元，這是自2020年以來的最低水平，比去年同期123億美元的歷史最高水平下降了80%。[2023/6/16 21:41:40]

此方案中，側鏈要證明這筆錢是確實存在的，利用了一個叫做MerkleProof的證明機制。

2.1.1MerkleProof

MerkleProof包括一個數據塊，MerkleRoot，以及從數據塊到根路徑上的所有Hash組成的"分支"。閱讀證明者可以驗證給定數據塊的Hash(至少對于當前分支)以及到Root路徑上的所有節點的Hash的一致性，并最終驗證給定的數據塊是否真正在樹中的節點上。這種方式在區塊鏈被大量使用。

2.1.2優缺點

側鏈解決方案的好處在于：

因為相對比較中心，所以可以用高性能機器來提高交易吞吐量。

交易手續費是由側鏈控制，所以交易GasFee會比較低。

交易的私密性可以被保證。因為數據被側鏈控制，所以可以利用一些手段將數據隱藏掉。因此可能一些企業會選擇側鏈作為上鏈的解決方案。

MolochDAO推出基于零知識證明的“隱私池”加密混合服務:3月7日消息，為以太坊基礎設施項目提供資金支持的去中心化自治組織MolochDAO推出基于零知識證明的“隱私池”加密混合服務，旨在保護鏈上交易時的隱私，同時還允許用戶證明他們遵守當地法規。

據悉，MolochDAO的隱私池（Privacy Pools）將利用零知識證明這一隱私保護技術，使用戶能夠證明他們正在將受制裁的錢包列入黑名單，同時無需透露他們是誰，也無需披露全部交易歷史。（The Defiant）[2023/3/7 12:46:33]

但是缺點同樣突出：

最大的問題就是安全性問題，因為整個安全都是由第三方來中心化控制，比如PolygonPoS就是由Polygon控制安全。

跨鏈橋是由相對比較少的節點來驗證，這樣容易被黑客攻擊，歷史上也發生過無數次黑客攻擊事件。

Neil導師并不認為側鏈是Layer2，因為他的安全性不是借助以太坊，而是側鏈依賴于自己的安全性。因為繼承了以太坊的安全性，Layer2才能被稱為Layer2.

03?Layer2擴容方案

所有Layer2的擴容方案，都是做是將大部分交易放到Layer2上做鏈下計算，這樣只需要把整個交易狀態放到Layer1上做確權就行了。這樣Layer1的性能就被優化了。

3.1StateChannel

StateChannel是個相對早期的Layer2擴容方案，方法也比較簡單粗暴。我們可以看到上圖的上半部分，Player1和Player2之間可能發生很多筆交易。但是對于Layer1來講，過程并不重要，最終結果才是最重要的。在這兩個人的交易發生之前，這兩個人都要用私鑰登陸，然后就可以開啟這個StateChannel。Channel開啟時，兩個人都必須在線，直到所有交易完成，Channel關閉。所以整個交易在Layer1上只記錄了開始和結束的狀態，節省了大量計算資源。

但是StateChannel的缺點在于：

交易雙方都要用私鑰登陸。私鑰一直暴露在鏈上可能被攻擊。

德國球星馬里奧·格策將推特資料圖片更改為Smolverse NFT圖片:金色財經報道，德國球星馬里奧·格策(Mario Gotze)已將他的推特個人資料圖片更改為Smolverse NFT圖片。格策還效仿Shopify首席執行官Tobias Lütke、Reddit聯合創始人Alexis Ohanian和啤酒生產商Budweiser，將他的以太坊名稱服務(ENS)域名作為推特帳戶名。[2022/1/6 8:28:22]

交易雙方要一直保持登陸，否則channel將自動關閉。

交易的資產在交易開始時就要被鎖住，所以在交易期間就不能挪作他用。

不能運行智能合約。

但這種模式對比特這種沒有合約功能的鏈反而比較合適，PaymentChannel被用在比特幣的擴容，也是lightningnetwork運轉的基本原理。

3.2Layer2架構

Layer2主流方案里可以分為數據鏈上和鏈下存儲。證明也可以分為兩種，一種是有效性證明，一種是欺詐證明。這也引申出了不同的解決方案。

3.3?欺詐證明

驗證者從Layer11合約下載交易數據后，可以在本地重建merkletree。驗證者可以通過比較本地和合約的merkleroot確認是否存在作假行為。如果發現作假，驗證者需要向Layer1合約提供merkleproof，也就是圖中的綠色部分，從而發起挑戰。

3.4Plasma方案

Plasma是Layer2的一種方案，其基本原理是操作通過對應智能合約處理，然后通過操作員將交易放在子鏈上。不同的子鏈會處理不同的事情。這樣就能把很多操作放在不同子鏈上。為了確保安全，當用戶想把子鏈上的資產轉移到Layer1上，Plasma預留7~14天，讓欺詐證明節點來進行挑戰。

這種方案的好處：

可以將資產轉移給任何人

由主鏈保障安全

缺點在于：

取錢操作需要7-14天的審核，這段時間預留給欺詐證明節點進行驗證。

聲音 | 德意志銀行CFO Moltke：央行數字貨幣有其益處:德意志銀行CFO Moltke：央行數字貨幣有其益處。（金十）[2020/2/27]

不能運行任意智能合約，因為智能合約在一開始就已固定且不能更改。

只有Merkleroots被記錄在了主鏈上，所以安全性會有一定的折扣。

3.5Rollups方案

Rollups的實現

首先在Layer1上要寫一個合約，合約的目的是將Layer2上所有要打包的操作生成一個Merckleroot，然后把這個Merckleroot狀態放到Layer1中。一旦打包的操作產生變化，這個Merckleroot就會改變，需要通過Layer1中的合約對狀態進行更新。如果操作產生問題，有兩種方式來證明操作是否有效。所有Rollups操作都是基于以上邏輯來實現的。

主要派系

針對Layer2上交易的有效性證明，現在有兩個主要派系，一個是Optimisticrollups，另一個是zkRollup。目前Optimism是全球鎖倉量最大的。但是它的一個很大的問題，因為是利用欺詐證明方式，所以不能很快地將資產取出來。zK-Rollup是更好的解決方案，但是它現在可部署合約的方案還沒有完全成熟。

Optimism如果想取款，需要把數據全都下載下來然后跑Merkletree，然后驗證欺詐證明，非常費時。而且機制中有個悖論，就是跑欺詐證明的節點沒發現欺詐，那節點掙不到錢。但是有欺詐的話，這條鏈就會變的非常慢。

Arbitrum做了個小改進，就是不需要把所有涉及到交易的數據都下載下來跑，它利用二分法，只需要證明特定節點的結果有效就行。但還是會花費大量時間在欺詐證明上。

3.5.1zK-Rollup

zK-Rollup中有個非常重要的概念叫零知識證明(zero-knowledgeproof)。我們可以用餐館收據的例子來簡單理解。

餐廳收據中的具體項目其實大多數人是不在乎的，一般客戶只是簡單的把每個菜的費用做個加和跟收據中的總賬做個對比來驗證。所以可以在不知道細節的情況下證明效交易有效。這個只是對零知識證明一個非常生活化的比喻，具體原理大家可以去好好研究一下。

所以在zK-Rollup中proof的速度很快，大概只需要幾百毫秒，可以實時驗證，大概只需要幾分鐘就能在Layer1上做確權。這種革新方案被很多人看好，包括V神。這種方案可以大大提高Layer1的效率。比如StarkEx可以讓Layer1上一個區塊的NFT存儲量從150個提高到一百八十萬個，這樣在Layer2上發NFT幾乎就不用花GasFee了。

Validium方案

一些相對固化的操作，比如NFT轉移，被轉化為標準合約。再將這些操作通過zero-knowledgeproof在Layer1上證明。因為數據放在Layer1上永遠都受以太坊TPS的局限，所以一些數據放在線下或者Layer2上就是更高的方案。雖然對于安全性有一定折扣，但是對于一些安全性要求沒有那么高的項目，卻是更好的解決方案。

zkRollup方案

zkRollup則是將Validium的鏈下存儲的calldata全部放在layer1上存儲，交易放在Layer2上，再將這些操作通過zero-knowledgeproof在Layer1上作證明。

Volition方案

Volition就是將Validium的鏈下方案和zK-Rollup的鏈上方案進行一個整合。用戶可以自由選擇。

StarkEx項目

這是目前最為成熟的zkRollup/Validium解決方案。

它的Validium處理能力能達到9000個交易每秒，zK-Rollup的處理能力達到2000個交易每秒。在2022年4月，StarkEx一天處理了四百萬個交易，創下了有史以來鏈上交易日處理量最多的記錄。

3.5.2zK-RollupandzKEVM

StarkEx最大的局限性是不能寫合約。以下項目把合約功能加了進來。圖中綠色框越多說明對EVM的兼容越好，目前這些方案還沒有到可以大規模產線使用階段，最接近的可能是StarkNet，其他項目還需要幾年的時間才能接近成熟。

EVM兼容雖然能幫助很多已經寫了EVM合約的工程師很容易的遷移過來，然而越兼容EVM，性能就越打折扣，以下圖表做了詳細說明。對于完全兼容EVM的zkRollup，它的性能上線便是以太坊的上限，而從zkRollup原理出發所設計的zkRollup方案，雖然無法很好的兼容EVM，然而它的想象空間巨大。

3.5.3OptimisticRollup和zK-Rollup對比

04?Layer2的三難選擇

Layer2的三難選擇和以太坊的三難選擇并不相同。以下列出了兼顧兩種特性的項目和鏈。

性能

可組合性：即能不能寫合約。

去中心化

項目方可以根據自己的側重點來選擇相應的方案，比如對于Web3的應用或者游戲，它的邏輯和交易比較固化，在目前看StarkEx便是更好的選擇，而對于DeFi等對合約要求比較高的項目方，如果在意性能，PolygonPos可能是比較好的選擇，而對于去中心要求比較高由不在意提現時間長的場景，OptimisticRollup可能是更加方案。

05?技術棧的進化

有了zkRollup的支撐，我們看到去中心方案的技術棧發生了很大變化。我們以比較有代表性的去中心化交易所dYdX為例，用戶在交易所里相對中心化的服務器上做買單和賣單的匹配，然后所有交易都發生在zK-Rollup中。用戶使用的是監護錢包，說白了就是資產還是屬于用戶，隨時都能提款。

下面是Reddio的技術棧，我們通過開發人員熟悉的語言，以API和SDK的方式來服務開發者，讓開發者快速的部署ERC20和NFT到以太坊和Layer2zkRollup上，進而可以更高并發非常穩定的去用我們的產品和Layer2的方案，同時我們也把在Layer2專有的鏈上語言轉化為開發人員常用的API和SDK，從而大大的縮減了開發人員去集成Layer2和以太坊的時間。這樣即便不是EVM兼容的zkRollup，開發人員也能很快的使用。如果對Reddio的方案感興趣，歡迎大家到www.reddio.com來免費測試。

隨著zkRollup的完善，我們將會看到更多完全去中心的全鏈上DeFi、Web3App、游戲得以部署和爆發，而Web3的格局也會因此發生很大變化，這也為更多創業者提供了前所未有的機會，期待跟大家一起搭建這樣的未來。

06?鳴謝

感謝以下組織對本次公益課程的支持！

贊助方支持：

OneGlobalBlockchainCentre(OGBC)

https://www.ogbc.com/

OGBC是Web3.0的領先孵化器，他們與新興的加密貨幣初創公司合作，建立未來的基礎設施。通過利用OGBC在加密貨幣領域的專業知識、網絡和資源，公司和項目可以充分發揮其潛力，努力為區塊鏈行業越來越多的用戶開發創新和有價值的解決方案。

其它合作方支持:

07?關于Moledao

MoleDAO是一個區塊鏈開發者社區，供所有區塊鏈愛好者了解區塊鏈的最新動態，并在經驗豐富的區塊鏈先驅者和創新者的幫助下成長，為構建Web3生態系統貢獻更多創新想法。

我們旨在通過搭建區塊鏈愛好者交流社區、提供區塊鏈項目支持、舉辦全球黑客松系列活動、幫助項目人才匹配、提供項目贊助和指導，將區塊鏈理念帶給每個人并發展區塊鏈生態系統。

我們的愿景是成為一個精心策劃的一站式區塊鏈生態系統。無論你是區塊鏈愛好者、區塊鏈開發者、機構還是投資者，都可以在Moledao找到適合自己的定位。

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