有了Layer2，為何還需要Layer3？

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原文作者：Cynic | LK Venture

▍TL;DR

1、從 Layer1 到 Layer2

• 技術上如何實現擴容？以太坊將 Rollup 看作唯一的 Layer2 方案，因為其在不損失去中心化和安全性的前提下實現了對以太坊的拓展。從模塊化的角度來看，Layer2 負責執行，而結算、共識、數據可用性都交給 Layer1 去處理。

2、從 Layer2 到 Layer3

• Layer2-Layer3 與 Layer1-Layer2 有什麼區別？雖然 Rollup 技術解決了以太坊的計算瓶頸，但它並沒有解決數據可用性的問題。上層需要壓縮交易數據以傳遞給下層，但壓縮不能重複進行，Layer2-Layer3 性能並不能帶來大幅提升。

• 有了 Layer2，為什麼還需要Layer3？Layer2 將維持去中心化，作為通用的計算層，提供可組合性，而 Layer3 應該作為應用特定鏈，滿足不同應用獨特的需求，如：兼容、效率、隱私等。

• 同樣是應用鏈生態，Layer3 與 Cosmos 有什麼不同？Layer3 依託以太坊生態，更容易獲取用戶與資金，但是由於其與以太坊的高度綁定，也失去了部分主權，比如代幣的價值捕獲。

3、從 Layer3 到 LayerX？

• Layer3 發展現狀：Arbitrum 於 6 月 22 日發布 Orbit Chain；zkSync 於 6 月 26 日宣布將在幾週內推出 ZK Stack；Starknet 生態的 madara 已經幫助一個項目在黑客松期間 24 小時內，部署了一條 Starknet Layer3 應用鏈。

• Layer3 來了，Layer4、Layer5 還會遠嗎？LK Venture認為，從技術原理上看，Layer3已經無法通過簡單的堆疊獲得性能上的飛躍。儘管 Layer1–2–3 之間的生態關聯緊密（以太坊生態），互操作性比傳統的異構鏈之間強（跨鏈更便宜），但是彼此之間仍然無法做到生態的完全繼承。以太坊擴容的敘事，或將在 Layer3 終結。

▍從 Layer1 到 Layer2：擴容

區塊鏈中存在著一個不可能三角，即安全性、去中心化與可擴展性無法同時實現。以太坊選擇了前兩者，而對後者的支持不足。平日在以太坊中進行一次 swap 需要 $3-$4 的 Gas Fee，而在交易量高漲的牛市，一次 swap 甚至需要近 $100 的 Gas Fee，擁堵現象十分強烈。

依托著先發優勢建立起的龐大生態，儘管許多主打可擴展性的新公鏈自 2018 年後持續湧現，以太坊仍然佔據著市場的絕對主導地位，眾人於是將目光投向了在以太坊基礎上構建的擴容方案。

其中受到廣泛應用的是「側鏈、Validium、Rollup」三種方案，彼此有不同的信任假設。

• 「側鏈」是獨立於 Layer1 運行的獨立區塊鏈，通過雙向橋樑與以太坊主網連接。側鏈可以有單獨的區塊參數和共識算法，能夠高效處理交易，但是未繼承以太坊的安全屬性。

• 「Validium」使用鏈下數據可用性和計算，在鏈下處理交易來提高吞吐量，並向鏈上發布零知識證明以便在 Layer1 上驗證鏈下交易，獲得安全性。

• 「Rollup」在鏈下進行計算，但是使用 Layer1 作為數據可用性層，通過向鏈上發布欺詐證明或有效性證明，在 Layer1 智能合約中進行驗證，繼承了以太坊的安全性。

以太坊將 Rollup 看作唯一的 Layer2 方案，因為其在不損失去中心化和安全性的前提下實現了對以太坊的拓展。從模塊化的角度來看，Layer2 負責執行，而結算、共識、數據可用性都交給 Layer1 去處理。

根據提交證明的不同，Rollup 可以分為 Optimistic Rollup 與 ZK Rollup。

對於 Optimistic Rollup 而言，Rollup 批量執行交易，將批量的交易、執行前狀態與執行後狀態發給部署在 Layer1 的 Rollup 合約。Layer1 不驗證狀態轉移過程，只要 Rollup 提交的初始狀態與保存在Layer1 合約中的相同，就樂觀地將狀態轉移至 Rollup 提交的新狀態。對於欺詐行為的防止是通過欺詐證明來保證的，在一段時間的爭議期內，其他驗證者可以對該狀態根發出挑戰，向 Layer1 的 Rollup 合約發送欺詐證明。這會使 Rollup 狀態退回爭議前的確定狀態，並重新計算合法的狀態，根據結果對驗證者做出懲罰。實際上，欺詐情況很少發生，所以樂觀的狀態轉移實際節省了很大的驗證資源。

ZK Rollup 與 Optimistic Rollup 的區別在於，狀態的轉移需要進行驗證，不是由 Layer1 的 Rollup 合約，而是在合約中驗證有效性證明 Validity Proof，驗證完成後狀態的轉移立即獲得最終性，不需要等待長達一周的爭議期。

使用 Optimistic Rollup 技術的項目中，最成熟的是 Arbitrum 與 Optimism，都已上線主網運行。其中，Arbitrum 已實現了欺詐證明，但是僅限白名單提交，而 Optimism 的欺詐證明還在開發中。兩家都在積極推進去中心化進程，包括排序器與驗證器的去中心化。根據 L2Beat 的數據顯示，截至 2023 年 6 月 26 日，Arbitrum One 與 Optimism 的 TVL 分別為 $5.81B 與 $2.25B。其他使用Optimistic Rollup 技術的項目包括 Boba Network, Zora Network, Layer2.finance, Fuel, BNBOP, Coinbase 等，其中部分是使用 Optimism 團隊開源的 OP Stack 進行開發的。

使用 ZK Rollup 技術的項目中，支持虛擬機的主要是 zkSync Era, StarkWare, Polygon zkEVM 等，當前已上主網，TVL 為 $618M, $68.11M, $42.65M。只支持特定類型交易的有 dydx, Loopring, zkSync Lite 等，TVL 為 $350M, $98.47M, $97.69M。目前 ZK Rollup 的發展方向是更好的以太坊兼容性，正在開發的 zkEVM 項目有 Taiko, Scroll, Linea 等。

▍從Layer2到Layer3：定制

Layer2: 100x, Layer3: 100x²=10000x?

從 Layer1 到 Layer2，成本降低為 1/100。所以很自然會想到，在 Layer2 上進行相同的操作構建 Layer3，Layer3 的成本將降為 1/10000。很可惜答案是否定的。

Rollup 通過將執行轉到了鏈下，確實解決了以太坊的計算問題：L1 節點不再需要執行批量中的每個交易以驗證狀態轉移的正確性，感謝密碼學中的遞歸證明技術，計算能夠不斷遞歸以獲取無上限的性能，然而數據可用性是無法堆疊的。Layer2 需要將打包的交易數據以 calldata 形式傳入以太坊中的智能合約，儘管對打包的交易數據進行了壓縮處理，但是數據無法被相同的辦法壓縮兩次。Layer3 的交易數據最終也要提交至 Layer1（否則無法繼承安全性），然而對交易的壓縮程度無法再低，因此數據可用性層面無法通過堆疊獲得成本的降低。

因此，Layer3 無法走簡單堆疊這條路，StarkWare 團隊提出的方案是定制化，讓 Layer3 和 Layer2承擔不同的功能。

有了 Layer2，為何還需要 Layer3？

以太坊提供了安全性和去中心化，Layer2 提供了可擴展性，可以說解決了區塊鏈的三難困境，為什麼還需要 Layer3？

Layer3 的概念最早是由 StarkWare 團隊在文章《Fractal Scaling: From L2 to L3》中提出。StarkWare 團隊認為，這種層級化的結構，封裝的思想，也正是計算機科學維持活力的核心要義。此外，Layer2 虛擬機的 Layer2 將維持去中心化，作為通用的計算層，提供可組合性，而 Layer3 應該作為應用特定鏈，滿足不同應用獨特的需求。圖靈完備性為層級化打下了良好基礎，一旦具備圖靈完備性，則理論上可以在其上創建任何可能的應用。

實際上，Layer2 為了維持其通用性，必定會進行部分取捨，無法滿足所有應用的需求。最直接的體現，是 StarkWare 為了更高效地生成證明，開發了 Cairo 語言與 CairoVM，對以太坊並不兼容，這時就可以由一條 Layer3 鏈來解決其安全性。

可能的 Layer3 用例包括：

• 兼容：通過在 Layer2 的虛擬機上實現一個其他語言的解釋器，以兼容其他虛擬機

• 效率：如果應用追求超高的 TPS（例如游戲、社交），可以考慮讓渡一部分安全性，使用 Validum 方案，在 Layer2 上結算；應用也可以根據自己的需求定制交易格式，以實現更高的壓縮率。

• 隱私：專門搭建一條隱私鏈，在 Layer2 上結算，但是無法被公開觀測到。

此外，由於應用鏈是專用的，不會收到其他應用的直接影響，鏈的性能與成本較為確定。同時，橋接交易不用直接在 Layer1 上發送，成本更低，L2-L3 與 L3-L3 的橋接更便宜。在批量提交交易上，Layer3 還有一個明顯的優勢，提交一個批次交易所需的固定 Gas 更低，不需要長時間等待更多的交易一起提交以降低平均 Gas，能夠顯著緩解 Layer2 中存在的確認時間與成本之間的兩難困境。

同是應用鏈生態，Layer3 與 Cosmos 有什麼不同？

Cosmos 可以說是最早提出應用鏈概念的項目，通過 Cosmos SDK，用戶可以方便地定制化發行自己的應用鏈。Cosmos IBC 更是對標互聯網中的 TCP/IP 協議，為使用 Cosmos SDK 構建的應用鏈提供原生的互操作性。簡單來說，Cosmos 的願景是構建一個萬鏈互聯的區塊鏈宇宙。

Layer3 在互操作性上也下足了工夫。由於相同的技術架構，低廉的交易成本，Layer3 之間的跨鏈將具備無信任、快速且便宜的特點，於是可以認為，Layer3 之間的流動性是共享的。從互操作性的角度來看，Layer3 和 Cosmos 帶來的功能幾乎相同。

LK Venture 投研團隊認為，Layer3 與 Cosmos 最大的不同，在於其與以太坊生態的綁定，這既是優勢，也是劣勢。

提到優勢，主要在於以太坊生態龐大的流動性與用戶量。

Cosmos 儘管技術強大，是很多巨頭的發鏈首選，但是仍然無法逃脫市場佔有率低的宿命。根據 DeifLlma 的數據，截止到 2023 年 6 月 26 日，以太坊的 TVL 為 $26.2B，而整個 Cosmos 生態加起來僅為近 $1B。Layer3 要想成功，以太坊生態是其中的關鍵要素。

提及劣勢，主要在於與以太坊的高度綁定，喪失了部分主權。

對於使用 Cosmos 鏈而言，代幣模型完全由項目方根據需求自主設計，代幣賦能強。然而，Layer3 鏈的原生代幣會受到以太坊的限制。儘管項目方可以將原生代幣作為 Gas 代幣賦能，但是無法否認的是，最終交易數據提交至以太坊所消耗的是 $ETH。因此，如果 Gas 代幣用的不是 $ETH 而是自己發行的原生代幣，項目方需要不斷地將原生代幣兌換成 $ETH 以提交，最終賦能還是轉移至 $ETH。

Layer3 的另一個特點在於，任何在 Layer3 上做的事，實際上都可以遷移到 Layer2，本身只取決於 DA 層的選擇。

如果 Layer3 所依賴結算的 Layer2 發生安全漏洞或者活躍度下降，Layer3 可以低成本地遷移至其他 Layer2，甚至直接依賴 Layer1 進行 DA 和結算，變成 Layer2。由於其與以太坊生態的高度綁定， Layer3 上可能誕生眾多創新玩法。

▍從 Layer3 到 LayerX 的展望

Layer3發展現狀

6 月 22 日，Offchain Labs 發布了用於發行 Arbitrum Orbit Chain 的工具。Orbit Chain 是在 Arbitrum Layer2 之上的 Layer3，可以選擇利用 Arbitrum One, Arbitrum Nova, Arbitrum Goerli 在內的三條 Layer2 之一進行結算。用戶可以自己選擇使用 Rollup 或 Anytrust 技術，其區別在於 Anytrust 使用 DAC 而不用將交易數據提交至鏈上，價格更低廉，但是安全性稍弱。Orbit Chain 的優勢在於其簡單的發鏈流程、與 Arbitrum 生態的互操作性、Nitro 的即時更新以及 Stylus 提供的 EVM+ 兼容性（支持 Rust, C, C++ 編寫，運行在 WASM 虛擬機）。用戶可以無許可的定制化發行任何 Orbit Chain，但是必須在 Arbitrum Layer2 上結算，否則需要聯繫 Offchain Labs 或者 Arbitrum DAO 獲得授權。

6 月 26 日，zkSync 發布文章，宣稱將在未來幾週內對現有的開源代碼進行修改，推出 ZK Stack，讓用戶能夠使用其定制化構建自己的 ZK 超級鏈。與 Arbitrum 的 Orbit Chain 不同， ZK Stack 強調主權與互操作性，用戶根據需求進行完全的定制化，使用 ZK Stack 構建的鏈可以實現無橋的互操作性。ZK Stack 既能夠用於構建 Layer2 也能夠構建 Layer3，官方並未對其進行限制，沒有要求必須在 zkSync 上結算。從這點來看，ZK Stack 提供的主權似乎更強。

作為最早提出 Layer3 概念的 StarkWare 團隊，在其 Starknet 生態中也正在大力培植 Layer3 的發展，Madara 正在為面向公眾的 Stack 進行測試。在 @PragmaOracle hackathon 中，有團隊利用 Madara 在 24 小時內完成了應用鏈的發行。不過，由於 Starknet 採用獨特的 zk-STARK 證明技術，技術成熟度相對較低，可能還需要更長時間的開發來完善產品，之後再面向公眾發布 Starknet Stack。

當前 Layer3 生態仍在早期階段，但是隨著各 Layer2 便捷發鏈工具的推出，相信很快就會有 Layer3 正式運行。當基礎設施逐漸完善，如何吸引用戶已經成為所有鏈最關注的問題。

Layer3來了，LayerX還會遠嗎？

從技術原理上看，Layer3 已經無法通過簡單的堆疊獲得性能上的飛躍。當然，Layer3 可以通過定制化來獲得特定的優勢，但是通用性的損失會使得進一步的疊加變得困難。當然，只要願意，這種層級化的疊加是可以無限進行的，但是，LK Venture 投研團隊認為，目前而言這種疊加無法滿足任何的需求，同時會導致系統複雜度的幾何級升高。

最為重要的一點，儘管 Layer1-Layer2-Layer3 之間的生態關聯緊密（以太坊生態），互操作性比傳統的異構鏈之間強（跨鏈更便宜），但是彼此之間仍然無法做到生態的完全繼承。在 Arbitrum One 上部署的合約，無法直接在 Orbit Chain 上調用；在 zkSync 上部署的 DEX 的流動性，無法直接匯聚到 ZK Stack 上。

現在的情況是，商場已經蓋起來了，而且越來越高，但是沒有多少商販和顧客。儘管一層底商人滿為患（以太坊），但是人們仍然不願意前往高層商場消費，因為高層的商販數量不如低層多。

因此，LK Venture 投研團隊認為，在區塊鏈技術獲得超大規模應用前，Layer3 恐怕都很難獲得較高的用戶量。至於 Layer4、Layer5……LayerN，即使有各別應用有特定需求，相信也不會打著 LayerN 的旗號進行宣傳了。

古語云：道生一，一生二，二生三，三生萬物。以太坊擴容的敘事，或將在 Layer3 終結？可能還需要時間去檢驗。

▍「讀後心得」by 歐文笑長

這篇科研報告點出了 Layer2 與 Layer3 的優缺點，相當不錯，我再延伸一些觀點讓大家與我一起探討。

Rollup 的侷限

Rollup 的「超級鏈」概念在今年越來越火熱，而超級鏈與 Cosmos 有些類似，都是可以訂製自己的應用鏈，但我認為超級鏈的發展太受侷限，因為 Rollup 只是以太坊的執行層，把數據壓縮到 Layer1 上雖然便宜但還是有上限，不能無限壓縮，並且，Rollup 的交易還是要交由 Layer1 的節點驗證與確認，所以交易確定上鏈的時間依舊受限於 Layer1 的處理速度，只要 Layer1 沒有升級，Rollup 不論是在交易費或交易速度上面都有其侷限。

超級鏈的跨鏈

Rollup 不但受限於 Layer1 是否升級，也受限於跨鏈互通性，L2 與 L2 之間的跨鏈是非常撕裂的，不像 Cosmos IBC 有一個通用的跨鏈標準，所以超級鏈與超級鏈之間是難以互通的，例如 Arbitrum  與 StrakWare 兩個超級鏈體系就難以溝通，這樣各自為陣的發展方向，就失去了「以太坊生態」的互通優勢，既然要各自為陣，還不如發展像 Cosmos、Avalanche 這樣的異構鏈，至少還擁有自己的代幣與自己的主權。

超級鏈的未來

目前的 Rollup 會越來越多，主要是因為項目方想吸以太坊的血，畢竟以太坊的生態與用戶最多，就算因此失去主權、受限於 Layer1 的速度也無所謂，所以超級鏈或是 Rollup 的未來就是看以太方基金會的開發進度，Danksharding、帳戶抽象、Verkle tree 何時能開發完成，Rollup 們也會因此而起飛，另外就是 L2 之間的跨鏈通訊標準何時能訂定，這會讓 Rollup 的跨鏈應用更有競爭力。

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