以太坊二层协议 深入探索 Polkadot 能为 Layer2 带来哪些惊喜？

Polkadot生态观察是我们从不同生态位的角度观察和分析Polkadot生态中的项目的专题栏目。 Polkadot 是一个高度可扩展的项目，可以容纳大量的生态位。 通过观察生态位，我们不仅可以感知全局，清楚地了解波卡的整个发展； 处于激烈竞争的状态还是一片蓝海。 只有对波卡生态发展有更清晰的认识，作为投资者、参与者或开发者，才能更好地把握波卡生态发展的红利。 （本文难免涉及项目，仅作为文中观点表达，不作为任何其他建议。）

背景

如果不是因为最近加密市场的下滑，大多数人都很难在以太坊上转移一个 ETH。 毕竟市场下滑导致转会变少，转会费也相应降低。 现在一笔转账手续费不到2USDT，这在几个月前是不可想象的。

虽然现在的 gas 费看起来很友好，但这只是环境变化的结果。 要知道ETH的拥堵问题已经成为一个“大问题”。 链条之所以号称要毁掉以太坊，毕竟拥堵问题和高额的转账手续费看似饱受诟病，但这些年来，那些曾在以太坊面前大展拳脚的公链几乎都销声匿迹了，唯有另外一批剩下的新兴玩家——Layer2团队。

可能几年前Layer2还不被业界看好。 一些当时自称是Layer2赛道的队伍，居然换了一个组。 毕竟，这个故事听起来没有《超越以太坊》那么精彩，但事情正在发展。 今年，一些变化正在发生。 许多Layer 2项目如雨后春笋般涌现，甚至在前一两个月成为行业热点。 融资金额也在不断攀升，多个项目的天使轮已超过100万美元。 筹款。

因此，作为波卡这样的大生态，我们也有必要去了解其生态中Layer 2的发展情况。 有人可能会说Polkadot不需要Layer 2，但Layer 2是一个新兴的技术方案，我们不能过早下结论。 从波卡生态中Layer2项目的发展来看，Layer2的潜力不容小觑。 这是一个值得我们关注和研究的方向。

Layer2到底是什么？

一、Layer2的定义

Layer 2，又称双层网络，顾名思义，是相对Layer 1扩展的新一层网络。按照目前比较通俗的定义，我们不能只从Layer2本身来描述Layer2，而是也讨论Layer1。 这就好比描述什么是鸡蛋，又不得不提到什么是鸡。

比特币诞生之初，对于小规模的价值传输绰绰有余，不会出现网络拥堵的问题。 但是，当几年后越来越多的用户进入比特币网络时，自然会出现拥堵。 这类似于以太坊的问题。 如果不是CryptoKitties和以太坊上大量应用的出现，或许大家不会批评以太坊的拥堵，但事实是以太坊的发展随着随后DeFi的爆发呈现出快速的增长，并且其网络上的应用程序也迅速增长。 越来越多的拥堵自然成为一种普遍现象。

几年前（2016年左右），我们习惯把比特币和以太坊的主链称为Layer1，它可以承载网络的所有功能，包括交易信息、智能合约或计算工作。 ，当所有功能都在一个“盒子”中完成时，拥塞问题就不可避免了。

因此，有人想到了通过扩展来提高Layer 1的性能，分为两类。 一是扩展Layer 1层级，以分片为代表。 我们可以这样理解，原来的Layer 1就像一个会计师事务所A，有10000个会计在计算记录账本，但是每计算出一页新的账本，就需要每个会计计算记录并传递给下一个人。 但是如果需要记账的交易太多，他们处理不了，就会出现延迟，也就是链上拥塞。 而分片就像把10000个会计分成50组，每组只有200人，计算新一页书的速度要快几十倍。 这是在 Layer1 完成的扩展。

但是还有另外一种思路，就是把一些需要在链上计算的交易拆分出来，把一些交易放在另外一条链上，通过智能合约和机制来完成。 这是第 2 层级别的解决方案。 这个方案，按照刚才A会计师事务所的类比，相当于把很多需要计算的交易交给另外一家B会计师事务所计算，然后B会计师事务所计算结果，返回给A，这样完成所有交易的记录。 这个就是找外援，也就是二级网络，辅助计算，达到扩容的效果。

经过各种尝试，我们现在习惯性的将比特币、以太坊等主链称为Layer 1，将其作为功能补充或减轻主链负担提供效率的部分称为Layer 2。当然，从共识的角度来看，Layer 2 只是部分共识，其决定性意义仍在 Layer 1。至此，我们已经大致说明了 Layer 1 和 Layer 2 的关系。

如果非要用另一个比喻来形容Layer1和Layer2的关系，那大概就是总公司和分公司的状态。 因此，在如今总公司已成定局的情况下，分公司的发展必然成为资本追逐的赛道。 毕竟最好的分公司（Layer 2）还没有出现。

值得注意的是，Polkadot本身不是Layer1，也不是Layer2，它更接近Layer0，或者叫meta-protocol（我们在科普知识里面有详细介绍），它的parachain起到Layer1的作用，这就是为什么Polkadot 之所以具有无限的可扩展性。

2、Layer2的意义是什么？

前面我们提到，Layer 2的发展是业界的一个重点和热点方向，那么其背后隐藏着怎样的魔力，使其成为目前业界的“香momo”，我们尝试从两个角度来探讨一下这层意思，大家都懂的。

2.1 性能扩展

首先，Layer 2最直观的意义在于它为Layer 1带来了性能扩展，即直击核心痛点，解决主链拥堵问题或者交易手续费高的问题，而这现在的二层网络似乎发生了很好的化学反应。

例如目前流行的以太坊二层网络Polygon，可以将交易速度降低到几秒内完成，实现真正丝滑的体验，其成本约为0.00002美元，比以太坊可谓指数级降低，所以Layer2 网络确实可以在很大程度上提升主链的性能，甚至可以彻底改变主链的刻板印象。

这应该是目前Layer 2项目带来的最直接的改变，也是最广为人知的方向，而Layer 2项目也确实起到了一个有资格分担压力的“跟随者”的作用主链。

2.2 功能扩展

除了上面提到的在性能方面改变主链的状态，还有很多Layer2网络承载了Layer1的升级功能。 它们的存在不仅是为了完善Layer2的功能，也是为了增加主链的功能，比如给比特币这样没有智能合约的主链增加智能合约，使其具备一些像以太坊那样的功能。 我们之前提到的Polkadot生态项目ChainX和几年前流行的RSK（Rootstock）都扮演了这样的角色。

随着DeFi的普及以及更多资金进入加密货币领域，交易和资产的隐私保护逐渐成为大家关注的方向。 但是，比特币和以太坊等 Layer 1 在设计之初并没有考虑隐私功能。 总的来说，通过Layer 2加入隐私计算的功能也是很多团队努力的方向。

当然，这样的 Layer 2 项目并不是目前最主流的赛道。 毕竟，增加功能的效果跟不上处理痛点的现实。 即使在波卡生态中，这些功能都可以通过平行链来实现，自然不会受到如此多的关注，但也有一些优质的项目以太坊二层协议，不仅可以提升主链的性能，还可以带来其他功能交给主链，起到锦上添花的作用。

综上所述，不难发现Layer2确实改变了目前的一些行业格局，甚至可能带来一些意想不到的惊喜，这也是它成为当下热门赛道的原因。

当前流行的Layer2技术的基本情况

Layer2技术作为当下的热门赛道，在蓬勃发展的过程中也分化出几个方向。 我们只讨论当前流行的Layer2技术方向。

状态通道

状态通道的本质是主链充当法官。 交易双方通过在主链上建立去中心化制衡机制开启状态通道，在链下进行交易并确认状态的变化，最后上传交易的最终结果并关闭状态通道。 主链创建智能合约作为判断者，确保交易的真实性。

由于瞬时交易在通道内部进行，不会在主链上广播或记录，因此状态通道具有良好的隐私性。 它也是即时确定性的，非常适合需要在很长一段时间内进行多次状态更新的参与者。 然而，状态通道更适合具有特定参与者集合的应用程序，并且要求参与者始终保持在线。 状态通道的每次打开或关闭都需要链上交易。 因此，它具有一定的局限性。 因此，状态通道往往适用于小额交易，不能承载交易所这么大的交易量，而且通道的搭建也需要一定的时间。

Lighting Network、Celer Network 和 Radien Network 都应用了状态通道。

侧链技术

侧链技术是一种实现主链和侧链之间价值交互的技术。 侧链可以和主链一对一连接，就像共生一样。 其本质在于主链和侧链的双向锚定。 当主链的资产要转移到侧链上时，需要锁定相应数量的代币，然后释放等值的侧链代币。 反之，如果要将代币转回主链，则锁定侧链代币数量，释放对应的主链代币。

它的好处是当主链上的交易无法处理时，可以将一部分转移到侧链上。 增加了主链的吞吐量。 而当应用主链的用户过多，增加功能困难时，我们可以通过改变侧链来增加相应的功能，具有很高的灵活性。 同时，侧链架构本质上是一种分片机制。 其代码和数据是独立的，不会增加主链的负担，避免数据过度膨胀。

然而，侧链技术本身也存在诸多缺陷，如复杂性高、可能存在欺诈转账、中心化挖矿风险、软分叉风险等。 目前的典型应用有ConsenSys的BTC Relay、Rootstock、Injective、BlockStream推出的Element Chain，以及非比特币侧链Lisk。

等离子体

Plasma其实是一种侧链，是一种具有非持股属性的侧链。 Plasma最早由V神和以太坊的Joseph Poon于2017年提出，本质上是一个独立的区块链，适用于任何用户之间的交易。 它锚定在以太坊主链上，使用欺诈证明来解决仲裁纠纷。 .

简单来说，与通常的profile相比，Plasma将主链（Layer 1）的交易吞吐量传递给Plasma（Layer 2），Plasma（Layer 2）将交易顺序的数据转换成哈希值并存储它在主链（Layer1）中，并增加了欺诈证明的退出机制，人们可以通过发送链下消息来转移链上资产，这也利用了主链（Layer1）的计算能力来确保Plasma (Layer2) 的安全性。

Plasma 大大提高了交易的吞吐量。 但由于 Plasma 只是将链外数据放在主链上进行公证，因此在数据可用性方面存在一定的缺陷。 同时，Plasma 本身不支持低延迟交易，有时会导致交易延迟。

Plasma 的诸多创新吸引了众多项目的关注，Polygon（原 Matic）、OMG 等都部署了 Plasma。 但新技术也在不断迭代。 一项技术的成熟也启发了 Plasma 团队提出了一种更新颖的 Layer 2 解决方案，这就是 Rollup 技术。

Rollup 竟然带来了新的 layer2 track

Rollup的概念最早可以追溯到2014年，被以太坊联合创始人Vitalik Buterin称为“Shadow Chain”，即影子链。 Rollup 建立在“影子链”的思想之上，通过强制执行链下状态和仅使用以太坊区块链来实现数据可用性。 Rollup的区块发布或者状态更新只是通过tx CALLDATA向主链发布每笔交易的部分数据，提高了吞吐量，克服了侧链的数据扣留攻击问题。

Rollup 的出现激发了很多团队对 Layer 2 赛道的关注。 然后，根据不同的思路，Layer 2 开始演化出两条不同的路由。 一种是使用零知识证明的路线。 比较有代表性的有 ZK Rollup 和 Validium ； 另一种是使用fraud proofs的路由，比较有代表性的是Optimistic Rollup。

ZK Rollup

ZK Rollup 是 Barry Whitehat 和 Vitalik 在 2018 年下半年提出的针对 Optimistic Rollup 的改进计划，其本质是将链上用户状态的变化压缩存储在 Merkle 树中，使用零知识证明来确保变更过程的正确性，并将经过证明的 Proof 提交给链上。

其优点是主链不需要单独验证每笔交易的合法性，而只需要验证Proof的有效性，大大提高了主链的吞吐量。 它的状态转换严格依赖于密码学证明以确保安全。 同时，数据的可用性使得任何人都可以根据链上存储的交易数据还原账户的整体情况，从而消除数据可用性带来的安全风险。 而在简单的支付、交易等具体应用场景中，ZK Rollup 可以大大降低链上成本。

但是，由于零知识证明的计算成本很高，运行复杂的智能合约需要支付高昂的gas费用。 同时，ZK Rollup 的语言相对复杂，在与 EVM 的兼容性方面也不是特别友好，这在一定程度上阻碍了其应用。 目前 StarkWare、Lien 和 Tether 都部署在 ZK Rollup 中。

效期

Validium 是以太坊的第 2 层可扩展性解决方案，其中使用零知识证明强制执行所有交易的有效性。 特定用户账户的每一次价值转移都需要用户授权，从而提高了用户资产的安全性。

我们可以看到 Validium 和 ZK Rollup 有很多相似之处。 不同的是，ZK Rollup 有链上数据的可用性，而 Validium 只有链下数据的可用性。 因此，Validium 的吞吐量会高很多，但由于其数据可用性是链下的，没有实现完全的去中心化，这将导致其运营商能够支配用户的资产，抗攻击能力差。 因此，Validium会更适合游戏类DApp，但无法承接支付、交易等安全性要求高的金融场景。

目前的NFT交易平台Immutable X、StarkEx、Zk-porter都部署了Validium。

乐观汇总

Optimistic Rollup 是 Plasma 团队从一个研究组转型为一家名为 Optimism 的盈利初创公司后推出的 Layer 2 解决方案。

该团队为 Optimistic Virtual Machine (OVM) 启动了内部测试环境。 OVM 建立在 EVM 之上，旨在为 Optimism 的 Layer 2 解决方案提供与底层区块链相同的智能合约服务。

OVM 可以汇集所有不同的第 2 层解决方案。 Plasma、状态通道和 Optimistic Rollup 等第 2 层解决方案已经在 OVM 上进行了概念验证。 Optimistic Rollup 在结构上也大量借鉴了 Plasma 和 ZK Rollup 的设计。

Optimistic Rollup 本质上默认了交易的有效性，是一种基于防欺诈计算的兼容 EVM 的 Layer 2 可扩展性解决方案。 Optimistic Rollup 具有免信任、免托管、免许可、表达力强等诸多优势。 但交易确实耗时较长，资金提取延迟，存在一定风险。

Optimistic Rollup 部署在当前的区块链文件传输解决方案 CargoX、Celer 和 Metamask 中。

仲裁汇总

Arbitrum Rollup 由 OffchainLabs 团队开发，是以太坊的 Layer 2 扩展解决方案。 它本质上是一种链下协议，由以太坊链上的合约使用 Rollup 技术进行管理。 简单来说，Arbitrum将实际的计算和存储放在链下，将交易数据优化压缩后记录在以太坊上，保证安全性，从而提高吞吐量，降低交易成本。

基于此，Arbitrum Rollup 的安全性得到保障，并且与以太坊 EVM 完全兼容。 任何人都可以在 Arbitrum 上部署智能合约，它具有非常高的可扩展性和低成本。 但是，由于Arbitrum的所有交易数据都会在以太坊上公布，所以单位时间内能够发布的交易数量仍然受到以太坊的限制，无法达到全面扩容的效果。

目前，Uniswap、SushiSwap、去中心化交易平台DODO、去中心化交易所Bancor、去中心化衍生品交易平台MonteCarloDEX均已部署在Arbitrum。

Polkadot 上的 Layer2 生态

相对于以太坊、BSC、Solana等作为综合性公链的Layer 1，波卡生态中作为Layer 1的平行链更加专业，而对于Layer 2，波卡本身也有惊喜。 我们先来看看Polkadot生态中涉及Layer2的项目情况。

链X

ChainX是第一个基于Substrate框架开发上线的项目，致力于比特币Layer 2扩容、数字资产网关和Polkadot二级中继链的研究和应用。

早在2019年，ChainX就已经成功将BTC跨链到ChainX，并生成了跨链资产XBTC。 XBTC转账仅需6秒（因为出块时间为6秒），转账手续费仅为0.00015pcx，不到1美分。 随后在 2019 年 11 月 16 日，ChainX 发布了比特币智能合约平台。 ChainX利用其在Substrate领域的开发经验，将新型智能合约接入比特币，从而实现比特币的新功能。

ChainX通过跨链的方式将BTC与ChainX连接起来，为BTC带来交易吞吐量的大幅提升和转账手续费的大幅降低。 也赋予了BTC智能合约的功能，带来性能扩展和功能扩展。

赛勒网络

Celer Network 是一个第 2 层平台，旨在为公众带来以太坊、Polkadot 和其他区块链上的快速、安全和低成本的 DApp。

Celer Network最早做state channel的方向，然后推出了世界上第一个通用状态通道网络，并且随着Layer 2的各种新兴技术解决方案Rollups（Optimisitc Rollup，ZK Rollup等）的出现，Celer网络也在使用先进的 Rollup 技术推动 Layer2 扩容技术的前沿发展。

2021 年 2 月 19 日，Celer Network 推出了基于 Optimistic Rollup 的 DeFi 扩容加速解决方案 Layer2.finance，旨在以不同的方式使用 Layer2 的 Rollup 解决方案。 与其他 Rollup 方案类似，用户可以通过在 Layer 1 上对 Rollup 合约进行存款交易，将资金存入 Layer 2.finance 的 Rollup 链中，但 Layer 2.finance 不会将 DeFi 协议本身迁移到 Layer 2。

目前，基于Celer Network构建的CelerX、cBridge、Layer2.finance等应用和中间件在游戏、DeFi、区块链互通等领域已经吸引了超过百万用户。

阿斯塔尔网络

Astar Network是Plasm Network品牌升级后的新名称。 原来的 Plasm Network 更定位于在 Polkadot 上实现 Layer 2 技术。 如今随着品牌升级，亚星网络有了新的定位。 Astar Network目前的定位是成为Polkadot上的dApp中心，将支持以太坊、ZK Rollups等Layer2解决方案。 Astar 旨在成为一个多链智能合约平台，将支持多个区块链和虚拟机，如 EVM 和 WASM。

不过需要注意的是以太坊二层协议，Astar的新定位并不是赛道的改变，而是在原有基础上进行了更广阔前景的定位。 其实Astar升级品牌无可厚非，因为根据其之前的定位，它想在波卡上实现各种Layer 2解决方案，但实际上它已经基本完成了这个目标。

成立之初，Astar 考虑到 Layer 2 潜力巨大，所以一开始选择采用以太坊基金会支持的 Plasma 团队，之后转型为 Optimism 团队开发的 OVM。 这也意味着Astar也将支持所有Layer2协议的虚拟机。

今年3月，Astar完成了另一个重要的Layer 2解决方案ZK Rollup在Astar上的功能实现。 基本上，他们已经完成了之前的定位目标，那么Astar自然要转型，重新定位更高更广的目标。

对于 Layer2，Polkadot 本身有什么惊喜？

可以看出，由于Polkadot本身可以全面支持EVM和Solidity（毕竟Polkadot的创始人最了解以太坊），所以Polkadot生态中的很多项目都可以快速集成现有成熟的Layer2技术。 进入Polkadot生态，然后通过转接桥或者其他方式，让其他平行链也可以享受Layer2功能。 然而，这并不是 Polkadot 对于 Layer2 的最大优势。

前面我们提到，对于 Layer2，Polkadot 本身就有惊喜。

这里需要提前给技术要求非常严格的朋友接种。 让我们抛开一点偏见，从广义上理解Layer 2的定义。 Layer 2技术其实就是先把资产转移到另外一个地方（Layer2），然后处理后再把数据传回去，实现一些在Layer1上无法实现的功能（不仅仅是扩展）。

好吧，如果我们仔细看看 Layer 2 的技术实现和 Polkadot 的转接桥的逻辑，我们会发现两者在某些方面是相似的。

以官方和Interlay团队目前正在做的BTC转接桥为例。 如果BTC通过转接桥连接到Polkadot，跨链过来的PolkaBTC可以在Polkadot生态中以更快的速度进行交易。 较低的交易成本实现了BTC的性能扩展。 另一方面，通过PolkaBTC与众多支持智能合约的Polkadot生态平行链的跨链交互，可以赋予BTC智能合约的功能扩展。 然而？

这样我们就可以理解，如果某条链通过转接桥连接到波卡生态，就相当于把整个波卡生态看成是这条链的Layer 2。 （注意，这里的Layer2是指整个波卡生态，与我们之前文章中提到的波卡中继链是Layer0，平行链是Layer1并不冲突。）

这能做什么？ 比如波卡生态庞大，很多项目的发展方向与波卡创始人Gavin的思路不谋而合。 Gavin 提出，未来的区块链应该是一个多链的生态系统，没有一条链可以包办一切。 这意味着未来不是一条包含所有功能的链，而是一条不同功能的公链，通过Polkadot与其他公链相连，可以互操作，互补。 比如在波卡生态中，有专注于隐私计算的项目，有专注于NFT协议的项目，有专注于DeFi的项目，这些项目可以为波卡生态提供一个非常容易接入的模块。 其他平行链已经获得了隐私、DeFi的一些模块等功能。

像BTC这种除了转账什么都可以的公链，可以通过波卡生态中很多项目提供的模块，像拼乐高一样给它添加各种功能。 这是 Polkadot 对于 Layer2 的最大优势。 惊讶。

后记

在 DeFi 最火爆的时期，以太坊的高 gas 费和低吞吐量在各大 DeFi 项目中依然记忆犹新。 如果不考虑B计划，必然会导致用户流失。 因此，很多DeFi项目纷纷逃往以太坊，选择在各大公链上部署自己的应用，或者转移到Layer2位置。

Polygon（原 Matic）作为知名的 Layer2 项目，近几个月大放异彩。 Aave、Sushiswap、Curve、1inch等知名DeFi项目，以及OpenSea、Decentraland等主流应用均已集成到Polygon中。 Polygon 的锁仓量和交易量均有大幅增长。 截至目前，Polygon 的总锁仓量为 47.8 亿美元（根据 DeBank 数据）。 虽然总锁仓量不能准确表达一个生态的发展程度，但也或多或少代表了这么多资金对Polygon的信任。

今日，Kusama 老虎机拍卖火热进行中，Polkadot 老虎机拍卖也即将上线。 乐观地认为拍卖将在 8 月开始。 从目前Kusama插槽的拍卖情况来看，Astar的具有Layer 2功能的Shiden很可能有资格获得第三个Kusama插槽。 我相信在 Polkadot 生态系统中也会发生类似的情况。

届时，Polkadot 生态即将具备 Layer 2 功能。 对于想要迁移到 Layer 2 的 DeFi 项目，会有平行链可以承载在 Polkadot 上。 另外，正如我们在最后提到的，Polkadot 本身对于 Layer2 来说是一个惊喜。 当波卡槽开始拍卖时，我们可以期待享受比特币进入波卡生态后的这份惊喜，最直接的体现就是围绕波卡上的跨链BTC，DeFi项目将如何争夺BTC的份额，这将是波卡生态大爆发的一次很好的展示。

感谢 ChainX、Patract Labs 对本文的支持。