以太坊Layer2：元宇宙创新之基石、区块链应用的钥匙

摘要

经过几年的发展，Layer2从理论雏形进入到应用落地阶段，其成熟将为更大规模的区块链应用，乃至元宇宙落地奠定基础。本文从几种主流方案出发，以发展潜力最大的OptimisticRollups和Zero-KnowledgeRollups等几个典型的二层网络解决方案为案例，对Layer2发展进行深入剖析。

Layer2旨在解决区块链主网可拓展性问题，主流的ETHLayer2方案按技术原理可分为Plasma、Rollups和Sidechains，它们在实现逻辑、安全性、可拓展性和去中心化程度等方面各有优劣。

基于OptimisticRollups的代表：采用的交互式欺诈证明的Arbitrum。以太坊主网好比是管理者全校学生的作业情况的系统，而为减轻以太坊的直接工作量，Arbitrum将每个班的作业打包后统一录入以太坊主网。而作业具体情况是否有欺诈则采用多轮欺诈证明来解决争议。这就好比设置了几位检查委员，按照算法去检查包内作业的真实情况，检查委员要以押上个人学分来确保公正处理争议。经过一周的争议窗口期后，最终以太坊才最终确认作业的批改情况。因此，Arbitrum用户将资产从L1转到L2则相当于以太坊主网转账一样是实时的，但是从L2撤回资产到L1则要经过一周的窗口期时间。Arbitrum的DeFi生态发展进入了良性循环。随着总锁仓价值和用户数量的双增，越来越多的DeFi项目也乐于部署在ArbitrumOne主网上；而项目的增长也有利于进一步吸引资金和用户进入ArbitrumOne。未来，ArbitrumOne仍是最值得关注的Layer2方向之一。

基于ZK-Rollups的代表项目：可与传统CEX交易所匹敌的dYdX。基于Zero-KnowledgeRollups原理的Layer2项目衍生出了两种技术路线，分别是ZK-SNARKs和ZK-STARKs。它们的代表项目有zkSync、StarkEX和StarkNet。dYdXV3是架构在StarkEx系统之上的去中心化永续合约。自从2021年8月3日公布了其平台治理计划以来，其交易量增长迅猛，高峰时单日交易量一度达到了93亿美元，成为全网交易量最大的DEX。借助于StarkEx服务，使得dYdX可以采取订单簿模式交易撮合——这是资本市场最为熟悉的交易撮合模式，同时确保撮合效率。dYdX解决了ETH网络上合约交易者面临的痛点。在ETHLayer2网络上进行合约交易，既可以媲美在ETH主网的安全保障，又可享受接近中心化交易所的结算速度和低廉的手续费。dYdX的交易撮合效率与传统中心化交易所几乎无异。

就目前的技术而言，无论何种Layer2路线都无法真正实现与ETH主网相同的安全性：

其中，Sidechains的安全性最弱。首先，在共识实现机制上，Sidechains的安全性远逊于ETH主网。其次，侧链上的DeFi项目可能存在更多智能合约漏洞；

Rollups的安全隐患包括智能合约漏洞、博弈机制失灵、人为交易排序和密码学漏洞等。在ArbitrumOne的服务器中存在中心化的交易排序器，如果运营商利用它抢先打包交易，即使其他节点率先提交“欺诈证明”，验证节点的保证金也会落入运营商的手里。

风险提示：区块链商业模式落地不及预期；监管政策的不确定性。

一、核心观点

1.1本文核心观点和内容

市场普遍担心区块链的并发性、可拓展性会成为限制其上应用落地的瓶颈，尤其对于公链生态而言，尚不能支持大规模、高复杂性应用。以以太坊为例，作为全球最大规模的公链生态，一直在讨论如何升级、扩容，而对主网的改动难度较大，Layer2成为可行方案，也是下一阶段其上的元宇宙生态能否繁荣的基础。

经过几年的发展，Layer2从理论雏形进入到应用落地阶段。本报告对几种主流方案出发，以发展潜力最大的OptimisticRollupsRollups和Zero-KnowledgeRollups等几个典型的以太坊二层网络解决方案为案例，对Layer2行业发展进行深入剖析。

Layer2对Dapp的发展推动效果是明显的。就DEX来说，由于效能较低的主链限制，促进了AMM的崛起，但对于交易用户来说，订单簿撮合模式显然是最为方便的。Layer2显然是实现链上订单簿型交易所的最佳方案，这方面典型的案例是dYdX，其订单簿撮合效率与CEX几乎无异，且用户在链上完成注册，整个交易过程透明可信。

数据：以太坊DeFi借贷协议24小时清算量为1560万美元:据DeBank数据显示，因以太坊价格波动，近24小时以太坊上借贷协议的清算量达1560万美元。其中AAVEV2上的清算量达812万美元排名首位，排名第二位的Compound为456万美元，当前以太坊上借贷协议总借款额为170亿美元。[2021/6/22 23:57:31]

最后，我们对Layer2潜在的风险与发展方向做了简单探讨。Layer2难以达不到主网的安全程度，同时也存在不同于主网的安全风险。同时，其上衍生的各类大规模应用也逐步进入监管的视野。

二、以太坊Layer2是什么？

以以太坊网络为例，数以千计的Dapp运行其上，而底层的一致共识区块链网络则出现了较为严重的拥堵现象，为分担底层网络的负担，Layer2想在二层网络上解决各类应用的运行速度和扩展性等问题。本节以以太坊的二层网络为例进行梳理。

2.1以太坊Layer2是拓展区块链性能的重要方案

以太坊Layer2是一类拓展以太坊区块链性能的方案，其基本思路是通过在“主链外”的二层网络上进行计算、交易等业务处理，以获得较快速的响应、高扩展性和低费用，并将最终的状态变更结果反馈到“主链上”，从而减少“主链上”的负担，实现区块链网络的可拓展性。

对于任意一条区块链网络，都存在着安全性、可拓展性和去中心化的“不可能三角”问题。ETHLayer2则可视为针对这一问题的“中间解”，即在牺牲部分安全性的条件下，保留去中心化性质，极大地增强区块链网络可拓展性的方案。而二层网络上面的数据结果会反馈到主链上获得共识。

2.2?以太坊为什么需要Layer2？

随着以太坊用户的激增和无数Dapp的兴起，以太坊的性能不足问题愈发明显。由于以太坊区块容量和每个区块Gas上限的限制，使得其TPS仅能达到15左右，这就导致了交易确认时间过长、高峰时网络拥堵严重和网络手续费居高不下等问题，进而阻碍了低净值用户的进入、小额高频交易和许多长尾项目的发展。而在ETH2.0遥遥无期的情况下，ETH?Layer2是当下以太坊扩容的最佳方案。

例如，根据gasnow网站的统计，在2021年上半年，ETHGasPrice几乎一直保持在100以上、个别时段达到了200以上、最高峰时甚至接近400。这些数据意味着在ETH网络上进行一笔基础的兑换操作时，需要花费价值约140美元的gasfee，这一数字对于一些小额高频交易者和低净值用户来说是难以负担的。而ETHLayer2通过将交易的具体运算放在“链下”完成后再将最终结果传回“链上”，可以大大降低所消耗的gasfee，从而降低了用户的使用成本。

2.3以太坊Layer2的技术原理有哪些？

主流的ETHLayer2方案按技术原理可分为Plasma、Rollups和Sidechains，它们在实现逻辑、安全性、可拓展性和去中心化程度等方面各有优劣。

1.Plasma

Plasma实际上是以太坊对比特币闪电网络的模仿，它最早由以太坊核心开发者Vitalik和比特币闪电网络开发者JosephPoon在他们的论文《Plasma:ScalabeAutonomousSmartContracts》中提出。Plasma的实现逻辑是，将交易的具体计算和储存转移到子链上，仅将最终的状态变更结果记录在主链上。如果用户对提交上链的结果存在异议，可以在规定的“挑战期”内提供“欺诈证明”，一旦“欺诈证明”被主链节点验证有效，正确的结果将会覆盖错误的，挑战者也可获得原验证节点的部分押金。

理论上来说，Plasma可以达到无限的拓展空间，但在实践中，其安全性存在较大风险。由于交易的具体内容保存在链下，除个别验证节点外，其他节点无法获得原始的交易数据，倘若所有的验证节点同时怠机，用户在子链上的资金将无法取回。受限于此，Plasma方案在ETHLayer2中的应用不如其他方案。

2.Rollups

Rollups即汇总交易的意思，是ETHLayer2的主要发展方向之一。相较于Plasma，Rollups在可拓展性方面略逊一筹，但在安全性方面有了极大地提升。Rollups的改进之处在于将原始的交易数据也记录在主链上，使得任何节点都可根据交易数据成为新的验证节点。如此一来，用户不再依赖于特定的验证节点，哪怕原始的验证节点怠机，用户也可正常提取资金。

数据：以太坊网第一季度交易额预计将达1.6万亿美元:Messari研究显示，以太坊网络目前正在加快步伐，今年第一季度的交易额预计将达到1.6万亿美元。在过去12个月里，以太坊已经结算了2.1万亿美元的交易。?如果Messari预测的1.6万亿美元是准确的，那么以太坊的季度结算额将比2020年第一季度增长1280%，比2019年第一季度增长超过5000%。Messari的研究人员Ryan Watkins指出，这些数据反驳了一种说法，即以太坊在高昂的gas费中流失了大量用户。[2021/2/25 17:51:06]

Rollups可进一步被细分为OptimisticRollups和ZK-Rollups。

OptimisticRollups即乐观汇总交易，依靠验证节点和挑战者间的博弈保障资金安全。验证节点将交易数据和最终状态变更结果打包上链后，会进入一个“挑战期”，期间资金将被锁定，无法转移。如果其他节点发现验证节点提交的结果和交易记录有出入，即可提交“欺诈证明”，使得正确的状态变更结果将错误的覆盖，并获得原验证节点的押金。在“欺诈证明”被证实前，其他节点默认原验证节点提交的状态变更结果是正确的，所以这类Rollups被称为乐观汇总交易。

OptimisticRollups的优点在于开发门槛较低，可以兼容较复杂的智能合约。例如由OffChainLabs团队开发的ArbitrumOne，已经兼容了许多ETH主网上的热门DeFi项目，包括Balancer、Curve、Uniswap和Sushiswap等。

OptimisticRollups的缺点在于可能发生的安全风险和漫长的“挑战期”。OptimisticRollups的安全性依赖于挑战者和验证节点间的博弈，实际上是由验证节点的押金而非代码担保的。在博弈过程中，有可能会受到“审查攻击”，即验证节点串通矿工不打包挑战者的“欺诈证明”，一旦“挑战期”结束，错误的结果将无法回滚，用户的资金就有被盗的风险。为保障潜在的挑战者有充足的时间监督验证节点，“挑战期”一般被设置为7-14天，这一漫长的过程对于追求资本效率的用户来说是无法容忍的。

Zk-Rollups，即零知识汇总交易，依靠密码学原理保障资金安全。Zk-Rollups选取的是“有效证明”的思路，其实现逻辑是，验证节点会将一个“零知识证明”一同打包上链，其他节点只需要运算该证明即可认定验证节点提交的状态变更结果是正确无误的。这样做的好处是，运算“零知识证明”要比直接运算每笔交易简单、快捷得多，而且其正确性是由密码学原理保证的，而非验证节点的押金所担保的。

Zk-Rollups的优点在于摒弃了OptimisticRollups中“挑战期”的设定，使得主链与子链间资金转移的速度极快。Zk-Rollups的缺点在于技术不成熟导致的安全隐患和较差的兼容性。在一些零知识证明算法中，如简洁非交互零知识证明，算法中一些与安全相关的随机数是由初始节点选取的，倘若有恶意节点保存了这些随机数，就可以生成虚假的零知识证明，从而盗取子链上的资金。此外，由于生成“零知识证明”要比具体运算每笔交易复杂得多，对于一些复杂的智能合约，尚没有通用的、简单的生成方法，使得Zk-Rollups暂时还无法兼容大部分DeFi项目。目前，Zk-Rollups的Layer2网络仅能够实现“转账”、“期货交易”和“铸造NFT”的操作。

3.Sidechains

Sidechains指兼容以太坊虚拟机、与以太坊网络并行运行的的独立区块链。侧链不是以太坊网络的子链或直接的二层网络，为了提升交易吞吐量并加快交易确认速度，它们所采用的共识模型一般也与以太坊不同。例如BSC和Polygon网络，它们采用的都是权益证明共识机制，而非工作量证明。尽管侧链在可拓展性和效率上有了显著提升，但其安全性和去中心化程度都要弱于以太坊网络。

三、以太坊Layer2各方案的发展状况如何？

3.1Plasma、闪电网络的发展情况

闪电网络是比特币的二层网络，其原理是在比特币钱包地址间构建点对点的支付通道，再由支付通道共享节点来搭建支付网络。与Plasma类似，二层网络中的交易不会被记录在主链上，只有提取资金时才将余额变更结果上传至主链。同样地，提取闪电网络中的资金需要等待一段时间的挑战期，如果期间支付通道的另一方提出异议并提供“欺诈证明”，则可获得另一方的保证金并覆盖错误的余额变更结果。

Fasset推出基于以太坊区块链的可持续基础设施代币化平台:英国金融技术公司Fasset推出建立在以太坊区块链上的操作系统，旨在通过将资产代币化或创建资产的数字表现形式，使可持续基础设施（包括建设太阳能发电厂、风力发电厂和光纤网络）的投资民主化，使这些资产能够为全球投资者所利用。（CoinDesk）[2020/7/28]

闪电网络的发展状况要比ETHPlasma好得多，无论是在用户数量还是应用场景方面。截止至2021年10月，闪电网络拥有15566个节点和73076条支付通道。萨尔瓦多在正式支持比特币作为该国的法定货币后，也推荐其国民使用闪电网络进行日常支付或转账。根据闪电网络钱包服务商ChivoWallet显示的数据，累计有超过220万的萨尔瓦多公民使用过闪电网络钱包，而这一数字已经超过了萨尔瓦多任何一家银行的用户量。除此之外，著名社交平台推特也在2021年9月23日宣布支持用户通过闪电网络向博主支付比特币小费。这一举动无疑也可为闪电网络带来更多的用户和交易。

Plasma可以视作以太坊开发者对比特币闪电网络的借鉴，但这一模式并不适合以太坊网络，所以其发展几乎停滞。以太坊网络与比特币网络并不完全相同，以太坊是一个虚拟机，其地址的账户状态可被任意节点调用，Plasma中的每笔交易都会影响整个二层网络的账户状态。在闪电网络中，用户仅需要盯住与自己共同构建支付通道的节点没有提交虚假的余额变更结果即可保证安全；在Plasma中，用户需要关注整个二层网络的交易和状态变更，而监控如此庞大的数据量对于普通用户来说是难以实现的。

3.2Sidechains遇到了增长瓶颈

Sidechains由于开发的便利性优势，最先承接了ETH的溢出价值。ETH网络的拥挤和Rollups方案缓慢的研发进度为侧链的爆发创造了条件。2020年6月，随着Compound开启“流动性挖矿”和“借贷挖矿”，所谓的“DeFi之夏”掀开了序幕，越来越多的项目、用户和资金涌向了ETH；与此同时，ETH主网交易确认速度慢、gasfee过高和交易吞吐量不足的缺点愈发暴露明显。侧链的开发者们果断地抓住了这次机会，推出了兼容以太坊虚拟机的区块链网络，移植了以太坊上热门Dapp的智能合约，配合各种营销策略，迅速吸引到了许多ETH溢出的用户、资金和项目。

最具代表性的侧链包括BSC和Polygon网络。

BSC是由币安交易所资助开发，采用了权益证明共识机制的智能区块链，也是最早上线的ETH侧链之一。相较于ETH，BSC以牺牲去中心化程度为代价，换取了更快的交易确认速度、更大的交易吞吐量和更低的gasfee；同时，有着全世界现货交易量最大的中心化交易所币安的隐性背书，BSC在获得用户流量的同时也打消了用户的安全顾虑。于是乎，自2021年2月以来，BSC上的用户量、总锁仓价值和项目量都实现了快速增长，一跃成为总锁仓价值仅次于ETH的智能区块链，并远远甩开了其他ETH侧链竞争者。

Polygon是一种生态系统，可用于创建与以太坊兼容的区块链网络和拓展解决方案，其主网正式上线于2021年5月。相较于BSC，Polygon主网的交易确认速度和手续费低廉程度有过之而无不及，也吸引到了不少的用户和项目，其总锁仓价值在所有ETH侧链中仅次于BSC。

Sidechains的价值捕获能力目前已遇到了增长瓶颈。以BSC为例，将其总锁仓价值走势与ETH对比可以发现，在“5.19”去杠杆之前，BSC跟随ETH一路上涨，甚至在一些时段增速更快；而在“5.19”之后，当ETH总锁仓价值突破前高时，BSC却几乎停滞，并没有表现出曾经的强势。而Polygon尽管其总锁仓价值在“5.19”之后不但没有回落还实现了增长，但由于其绝对体量较小，即使将它与BSC相加，所有以太坊侧链的总锁仓价值距离历史高点仍有不小距离。

以太坊测试网开发者：ETH 2.0主网或将于11月启动:金色财经报道，在今日OKEx矿池与以太坊中国社区主办的ETH 2.0 AMA中，以太坊多客户端测试网开发者Afri Schoedon表示，谈ETH2发布路线图的时候最好不要带上主网启动的具体日期。因为关于时间问题众说纷纭，有的说1月3日，有的又说7月30日。事实上，这两个时间都不准确。我们都没法预判主网的创世区块何时产生，因为ETH2实在是有太多变动因素了。但是对于ETH2这一重大里程碑，我可以给出真实的看法。首先，所有客户端都必须实现规范的最终版本v0.12.1。目前只有一个客户端实现了规范v0.12.1并发布了最新版本，而其他四个客户端仍朝着这个目标努力。我们的计划是，本月底多客户端测试网能够实现最终版本规范v0.12.1，这将是第一个达到该目标的多客户端测试网。如果一切顺利进行的话，ETH2会在11月上线。更加乐观的说法是，如果我们加快工作的话，10月就能上线。但也要做好心理准备，如果规范中有地方需要修复，并且所有客户端得再次实现新规范，那么可能就要等到2021年才能上线了。我个人觉得ETH2不会在12月上线。[2020/6/17]

侧链遇上增长瓶颈的原因包括：短时间涌现出其他性能更强、费用更低的非以太坊侧链区块链网络分流；更为值得关注的是，在去中心化、安全和技术方面更先进的RollupsLayer2网络分流。首先，不同于工作量证明共识机制，权益证明共识机制不具备算力这一客观参考指标来衡量其网络的抗冲击能力，哪怕一些侧链有着中心化机构的背书，它们能够凝聚的共识和承载的价值都是有限的。其次，非以太坊侧链区块链网络的异军突起也分流了不少侧链的用户。例如，Solana和Terra的总锁仓价值在9月份和10月份都曾突破100亿美元。最后，被部分用户誉为“RealLayer2”的RollupsLayer2网络陆续上线，使得侧链的发展空间进一步被压缩。

3.3Rollups发展潜力大、爆发迅速

Rollups或将超越Sidechains，成为被普遍接受的Layer2方案。相对于Sidechains，Rollups是更安全、更去中心化的解决方案。过去一段时间，受限于Rollups方案在技术上尚未成熟，ETH生态的溢出价值被Sidechains所捕获；最近，随着基于Rollups原理的Layer2主网正式上线，用户、资金和项目已展现回流趋势。

例如，自从基于OptimisticRollups技术的ETHLayer2主网ArbitrumOne在2021年9月1日正式上线以来，其用户数量和总锁仓价值都实现了飞速增长。不仅如此，ETH主网上的许多头部项目也已在ArbitrumOne上线，例如1INCH、Uniswap、Sushiswap、Curve和Balancer等，使得其生态日趋完整。

总体而言，ArbitrumOne的总锁仓价值和用户量保持了增长的趋势。在9月12日，两项数据都实现了暴涨，随后几天尽管总锁仓价值突破在25亿美元后又回落到15亿美元，但后续仍保持了稳步增长的势头，逐步稳定在20亿美元以上；用户量的增速虽然有所下降，但整体趋势仍是向上的，并且突破了20万大关。

四、以太坊Layer2的代表项目有哪些？

4.1?基于OptimisticRollups的代表项目

Arbitrum是一款由OffChainLabs团队开发的、基于OptimisticRollup技术的ETHLayer2项目，也是所有RollupsLayer2项目中发展最好的，其用户量、项目数量和总锁仓价值均是第一。根据DeFiLlama的统计数据，Arbitrum上总锁仓价值排名前十的项目中，Sushiswap、Anyswap、Curve和Abracadabra的锁仓量均达到了3亿美元。

动态 | USDC Treasury向以太坊网络增发150万枚USDC:据Whale Alert监测，北京时间12月16日18点20分，USDC Treasury向以太坊网络增发150万枚USDC。[2019/12/16]

以总锁仓价值最高的Sushiswap为例，WETH/MIM交易对资金池的深度已达2.2亿美元，基本可以将单笔百万美元级别的交易滑点控制在1%内。

Arbitrum在技术上更具优势，它采用的交互式欺诈证明是更高效、灵活的，可以最小化链上仲裁节点的工作量。交互式欺诈证明的方法基于对争议的剖析，假如验证节点一共担保了N个步骤的交易，挑战者将与验证节点在链下进行多轮交互，直至将双方存在争议的部分缩至最小范围，再提交给链上仲裁节点解决。

可以这样理解Arbitrum运行机制：以学校作业管理系统为比喻，以太坊主网管理者全校学生的作业情况，而为减轻以太坊的直接工作量，学校每个班设置一个课代表负责收取并批改每份作业，打包后统一录入以太坊主网。而作业具体情况是否有欺诈则采用多轮欺诈证明来解决争议。这就好比设置了几位检查委员，按照算法去检查每个包内作业的真实情况，检查委员要以押上个人学分来确保公正。经过一周的争议窗口期后，最终以太坊才最终确认作业的批改情况。

因此，Arbitrum用户将资产从L1转到L2则相当于以太坊主网转账一样是实时的，但是从L2撤回资产到L1则要经过一周的窗口期时间。

Arbitrum的生态发展进入了良性循环。随着总锁仓价值和用户数量的双增，越来越多的项目也乐于部署在ArbitrumOne主网上；而项目的增长也有利于进一步吸引资金和用户进入ArbitrumOne。未来，ArbitrumOne仍是值得关注的Layer2项目之一。

4.2基于Zero-KnowledgeRollups的代表项目

基于Zero-KnowledgeRollups原理的Layer2项目衍生出了两种技术路线，分别是ZK-SNARKs和ZK-STARKs。它们的代表项目有zkSync、StarkEX和StarkNet。

ZK-STARKs被认为是ZK-SNARKs的改进版本，旨在解决ZK-SNARKs的许多缺点。首先，在ZK-SNARKs中，一些与安全相关的随机数是需要初始节点选取的，如果有恶意节点保存了这些初始数据，它就可以利用初始数据生成虚假的证明，从而偷走用户在Layer2的资金；但在ZK-STARKs中，并不需要设置初始化可信值，而通过哈希函数碰撞进行更精密的对称加密方式。此外，在ZK-SNARKs中，所需的计算越多，验证者和证明者之间的通信量也就越大；但在ZK-STARKs中，验证者和证明者之间的通信量相对于计算的任何增量都是保持不变的，所以ZK-STARKs的整体数据量远小于ZK-SNARKs。

4.2.1基于Zero-KnowledgeRollups的zkSync

zkSync是由MatterLabs团队开发的一个基于Zero-KnowledgeRollups原理的ETHLayer2网络，它采用的有效证明方式是ZK-SNARKs。?

zkSync网络中最主要的产品是zkWallet，它是用户在Layer2网络中的钱包，目前只兼容“转账”这一特定的交易行为。zkWallet的优点是在同时进行多笔转账时，仅需要支付一次gasfee，帮助用户节省转账成本。例如，用户在GitcoinGrants为众筹项目批量捐款时，可以至多一次性完成50笔转账操作。根据官方公布的数据，zkWallet累计完成了近400万笔交易，包括第8-11轮GitcoinGrants中98%的交易。?

除了zkWallet之外，MatterLabs也在积极开发zkEVM，它是一种以兼容零知识证明计算的方式执行智能合约的虚拟机。目前已在测试网上线了支持Uniswap的zkSync2.0，这也是ZK-RollupsLayer2网络首次兼容主网上的项目。

4.2.2StarkEX、StarkNet和dYdX的发展情况

StarkEX和StarkNet都是由StarkWare公司开发的产品，前者是ETHLayer2可拓展引擎，后者是ETHLayer2网络，它们采用的有效证明方式都是ZK-STARKs。

StarkEx是一个较为成熟的平台，自2020年6月起已部署在ETH主网上，截止到2021年10月5日，累计完成了2700万笔交易和800亿美元的交易额。作为ETHLayer2可拓展引擎，它允许DeFi项目将它们的应用程序部署、运行在StarkEx服务上，并为它们的交易结果生成零知识证明，最终将原始交易数据、状态变更结果和相应的证明记录在ETH主网上。

StarkEx系统具有链上组件和链下组件。链下组件负责记录各账户的实时状态，执行系统中的交易并生成相应的零知识证明，再将交易后的状态变更结果和相应的证明发送到链上组件。链上组件负责保管系统内的资产，验证链下组件上传的证明的有效性，并将状态变更结果记录在ETH主网上。

在使用StarkEx服务的项目中，dYdXV3是交易量最大、用户数量最多的，也是运行在ETHLayer2上的项目的典型代表。

dYdXV3是架构在StarkEx系统之上的去中心化永续合约交易所。自从2021年8月3日公布了其平台治理代币的分发计划以来，其交易量增长迅猛，高峰时单日交易量一度达到了93亿美元，成为全网交易量最大的DEX。

借助于StarkEx服务，使得dYdX可以采取订单簿模式进行交易撮合——这是资本市场最为熟悉的交易磋磨模式，同时确保撮合效率。dYdXV3解决了ETH网络上合约交易者面临的痛点。在ETHLayer2网络上进行合约交易，既可以得到媲美在ETH主网上交易的安全保障，又可以享受到接近中心化交易所的结算速度和低廉的手续费。用户存入dYdX的资金实际上都被锁定在dYdX部署在ETH主网的智能合约中，并且随时都可以提取；而交易的结算则发生在Layer2网络上，用户只需要在存入和取出资金时支付gasfee，并不需要为每笔交易都支付，也就大大节省了交易成本。从体验上来看，dYdX的交易撮合效率与传统中心化交易所几乎无异。

对于ETH网络的用户，使用dYdXV3的学习成本并不高，可以快速上手，使用者利用钱包签名即可注册。与在ETH主网上进行交易时需要私钥持有者签名确认类似，用户在Layer2网络上的交易也需要由“starkKey”签名确认。所以，初次使用时，用户首先通过以太坊地址连接到dYdX的智能合约，智能合约会将用户的以太坊地址与特定的“starkKey”绑定，在此之后用户才可将资金转入dYdX部署在ETH主网的智能合约中。等到Layer2网络中的应用程序接受存款后，用户即可使用其资金进行交易。

不同于CEX的交易逻辑，dYdX引入“交易即挖矿”的逻辑，用户只需要在dYdX上进行合约交易即可获得奖励。其具体模式是，以28天为一个周期，按照用户的交易积分占比，将3835616个DYDX代币作为奖励分配。交易积分的计算公式实际上是一个柯布—道格拉斯生产函数，交易手续费的权重为70%,平均持仓量的权重为30%。例如，某用户在某期分发中贡献了1000美元的交易手续费，其平均持仓量为100000美元，那么他的交易积分=10000.7*1000000.3=125.89*31.62=3980.64。假如，本期所有产生的交易积分为1000000，那么他可以分配到DYDX的数量=3835616*=15268.21个。在这样的分配模式下，只要用户能够分配到的DYDX的市值高于所花费的手续费，他就有动力继续刷高自己的交易积分，进而推动了dYdX平台交易额和未平持仓量的上涨。

StarkNet是一个较新的项目，但代表了StarkWare公司未来的开发方向。StarkNet已在测试网上发布了3个版本，并计划在2021年11月正式上线部署于ETH主网的StarkNetAlpha。根据官方的公开文档，StarkNetAlpha将支持EVM架构的智能合约，从而实现Layer2与主网的可交互性，拓展Zk-RollupsLayer2网络的兼容性。

StarkNetAlpha的业务实现逻辑与StarEx类似，但可以实现更好的兼容性。开发者可以将部署在ETH主网的智能合约移植到StarkNetAlpha上，用户则可按相同的操作逻辑进行合约交互；最终，所有的交易数据、状态变更结果和相应的零知识证明都会被StarkNetAlpha的节点上传至主网。

五、以太坊Layer2的潜在风险与发展方向？

就目前的技术而言，无论何种Layer2方案都无法真正实现与ETH主网相同的安全性。

其中，Sidechains的安全性最弱。首先，在共识实现机制上，Sidechains的安全性远逊于ETH主网。区块链网络的核心要义是去中心化和不可篡改，而侧链恰恰是在这方面做出了牺牲，导致攻击者篡改侧链账本的成本显著低于篡改以太坊账本。其次，侧链上的DeFi项目可能存在更多智能合约漏洞。由于ETH主网上的智能合约多是开源的，于是乎，有许多代码开发能力不强的仿盘团队将其简单改动后移植至侧链上。哪怕这些仿盘项目最初可以获得第三方审计公司出具的审计报告，但在后续的迭代版本中，出现新的智能合约漏洞的情况也十分常见。

Rollups的安全隐患包括智能合约漏洞、博弈机制失灵、人为交易排序和密码学漏洞等。首先，无论是OptimismRollups还是ZK-Rollups，都是利用智能合约将用户存入Layer2网络的资金锁定在主网上，如果智能合约本身存在漏洞或被恶意篡改，用户的资金就有可能被盗。此外，OptimismRollups的博弈机制未必有效，潜在的挑战者未必能够审查验证节点发布的所有状态变更结果，一旦挑战期结束，即使状态变更结果与交易记录不符，错误的结果也无法回滚，Layer2中的资金就有可能被盗。再者，OptimismRollups的交易排序是可被人为控制的。例如ArbitrumOne的服务器中有一个中心化的交易排序器，如果运营商利用它抢先打包交易，即使其他节点率先提交“欺诈证明”，验证节点的保证金也会落入运营商的手里。最后，ZK-Rollups依靠的密码学原理也有可能存在漏洞。ZK-STARKs发展时间较短，属于较新的和实验性的密码学原理，需要更长时间来证明其安全性；ZK-SNARKs中的“有废料”更是一直被诟病的漏洞。

在“区块链网络不可能三角”的框架下，首先应当保证的是安全性，其次是去中心化程度，最后才是可拓展性，对于ETHLayer2也不例外。综合比较各Layer2方案，从长远角度来说，采用ZK-STARKs的Zk-Rollups是最为均衡的。首先，从安全性角度考量，Rollups优于Sidechains，Zk-Rollups优于OptimismRollups，ZK-STARKs优于ZK-SNARKs。其次，从去中心化程度角度考量，ZK-Rollups依靠的密码学原理是客观事实，经得起反复验证，不需要通过博弈机制保障其有效性，也消除了中心化的交易排序问题。最后，从可拓展性角度考量，虽然目前Zk-Rollups的兼容性不如OptimismRollups，但随着技术的成熟，Zk-Rollups的Layer2网络陆续上线，实现对ETH主网上DeFi项目的兼容，届时Layer2网络的高交易吞吐量将使可拓展性得到极大提升。

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