一文概览加密货币layer2全生态解决方案

Layer2是很适合解决加密货币网络扩容问题的解决方案。

每个加密货币网络底层是资源和通讯,是layer0。layer1则是具备共识的那一层,layer1通过共识算法出块,负责网络的安全性,但layer1会有一定限制,因为大规模共识与高效率是矛盾的,所以layer1搞不定的网络拥堵的问题,那只能绕开拥堵,另开辟一条路,这就是layer2。

理论上如果不是链上的过程,都是“layer2”,例如桥、中继、网关这些可以做信息中转的部分。但为了实现安全,layer2的定义一定是具备安全性的一些解决方案。例如一个智能合约、一个具有节点验证能力的网络。
因为layer2最终实现的是保证安全的情况下layer1账户余额的更新,所以在大部分情况下会把两层账户做一个余额变化的关联,简单理解就是layer1账本和layer2关联账本的变化,大多数情况下layer2是通过只能合约实现的。

例如如果用一个合约,把交易两方的地址账本做一个密码学处理的加减对应,这就是闪电网络一类的技术方案。如果把账本传递过程加入零知识证明一类的技术,带证明的交易消息在layer2走一次,信息安全传递,这就是利用零知识证明证明的layer2扩容。如果layer2有单独的网络,要有网络节点可以执行单独的验证,这一层可能会有单独的共识,可以在网络里运行一些合约执行关联账户变化,这就是一些侧链的方案。

大部分加密货币项目在layer1实现的性能都不够用,所以很多网络都会有layer2的方案。例如从生态里分,为比特币、以太坊、波卡、联盟链以及其他山寨币网络都有自己的layer2设计。

本文将把layer2的方案作出概括性的统计,来为读者区分每个layer2方案的不同,包含了比特币、以太坊、波卡生态的主要layer2项目以及一些其他链的layer2方案示例。

这里还有一个有趣的推论,就是因为layer2的分层问题,很多组合性的方案都能被成为layer2,例如跨链生态的多链结构,这些甚至于是layer2的layer2,当跨链技术成熟之后,跨链也会是一个扩容的主要可能,因为从顶层设计看,跨链是异构分片。

另外,在不考虑网络间的差异的时候,扩容的解决案例很多,例如以太坊通过合成资产的方式做到的比特币流动性方案,这促使以太坊已经成为了比特币网络的layer2,即最大的“侧链”。

以下让我们通过项目的分类来看一看下图展示的加密货币的layer2。

比特币生态


状态通道:


1.Lightning Network
闪电网络(Lightning Network)闪电网络的卓越之处在于,无需信任对方以及第三方即可实现实时的、海量的交易网络。闪电网络是基于微支付通道演进而来,创造性的设计出了两种类型的交易合约:序列到期可撤销合约RSMC(Revocable Sequence Maturity Contract,哈希时间锁定合约HTLC(Hashed Timelock Contract)。RSMC解决了通道中币单向流动问题,HTLC解决了币跨节点传递的问题。这两个类型的交易组合构成了闪电网络。

2.Liquidity
类似于闪电网络,Liquidity Network也是通过状态通道为比特币扩容,并且Liquidity Network也是以太坊的扩容方案。进行交易时无需支付在区块链上的成本。用户支付的是开启通道和关闭通道的费用,而不用为其中间的过程进行支付。该解决方案利用一种名为Revive的离线交易方案。

3.JellySwap
JellySwap是比特币等加密货币交易的交易所,而底层是一个跨链的交易协议,其允许用户在链之间进行交易,Jelly只是在链之间架起了状态通道,也是使用类似闪电网络一样的HTLC方案实现了资产交换。

JellySwap的技术结构


侧链:


4.RSK
RSK是比特币的智能合约平台。可以理解为一个侧链,它通过建立网络并且fork了EVM(以太坊虚拟机)建立RVM(RSK虚拟机),这样RSK与以太坊智能合约以及用于部署和与其交互的工具兼容。

而帮助比特币扩容则是通过在网络上建立R-BTC实现,在RSK中恰好有21M 的R-BTC。这样通过智能合约锁定两个网络相对应的账户即可,可以允许比特币的转移从比特币网络到RSK blockchain,而交易过程的gas费和效率可以有效降低。

“以太坊锚定币”:

5.Ren
Ren是一个协议的名称,而RenVM可以称为一个拜占庭式容错(BFT)网络,可实现区块链之间的通用互操作性。Ren是生长在以太坊上的协议。协议通过将共识与安全的多方计算(MPC)算法相结合,RenVM可以实例化去中心化,无需许可和无需信任的托管人,这样可以将资产锁定在一条链上,并以一对一的方式固定其他链的资产。交易时只通过一个事务dapp就可以与多个多个链的多种资产进行交互。对于比特币来说,则生成RenBTC。

6.imBTC
同Ren协议一样,imBTC也是以太坊上发行的资产,是由多链钱包imToken发行,通过在以太坊上锁定比特币的方式生成锚定的比特币,背后是imToken的DEX Tokenlon在以太坊的交易协议。

7.WBTC
WBTC是在以太坊上发行的锚定币协议,通过锁定比特币发行WBTC,WBTC则可用于以太坊上的DeFi应用以及其他应用。

8.pToken
pToken是以太坊上的合成资产协议,通过该协议发行的资产,支持多种链资产的锁定发行,主要为跨链资产的DeFi组合性服务。为了融合以太坊资产和非以太坊资产,pToken通过硬件设备搭建了一些跨链“桥”。

pToken的技术结构


以太坊生态:


状态通道:

9.Raiden Network
Raiden Network是一种链下扩展解决方案,是对以太坊区块链的补充,也可以作为任何ERC20代币的扩容通道。Raiden的状态通道实现,和闪电网络类似。

10.Celer
Celer Network是layer2扩展平台,可为付款交易以及广义的链下智能合约提供快速,轻松和安全的链下交易,也是通过状态通道的方式。但与其他状态通道的不同,Celer Network的概念在链下部分很独立,链下的结构有自己的网络和安全机制,可以实现很多金融交易外的交易处理。这样,更便于在链下搭建dapp。

11.PISA
PISA的研究机构PISA Research旨在通过链下协议,构建全球化、隐私保护、自我执行的智能合约。目标是在很少的消耗条件下实现交易。其团队研究的方案是类似状态通道的设计,提出了名为SoK的一种链下交易方案。

12.Liquidity
类似于闪电网络,Liquidity Network也是通过状态通道为比特币以太坊等网络扩容,进行交易时无需支付在区块链上的成本。用户支付的是开启通道和关闭通道的费用,而不用为其中间的过程进行支付。该解决方案利用了一种名为Revive的离线交易方案。

13.Connext
Connext是基于以太坊的协议,也可以部署在其他区块链上。该协议使用了一个网络状态通道系统,在Connext上可以建立去中心化网络的跨链路由和小额支付层。可以实现即时,近乎免费的转移,也可以跨链进行转移,并且可以在任何资产中实现流动性。

14.State Channels
State Channels是以太坊社区的状态通道项目共同认可的同一标准,包括 Celer、Connext、FunFair、Perun、PISA等,共同提出同一套社区标准设计。


基于Rollup:

15.OVM
OVM与EVM完全兼容的执行环境,适用于二层扩容。是可以通过OVM利用rollup执行编写的Solidity智能合约,并通过Web3 API与区块链进行交互。

有了OVM后,将dApp移植到L2不再是架构级别的大工程,只剩下简化的部署操作。并且也可以在dApp的构建仍然要考虑紧耦合( tight coupling )及可组合性( composability ),新的智能合约随时能够部署到使用 OVM 的链上。

16.Arbitrum
Arbitrum Rollup 是一个由以太坊链上合约管理的链下协议,为使自己的应用能够在 Arbitrum Rollup 上运行,dApp的开发者可以用 Solidity 编写一组合约,然后将这些合约编译成可以在 Arbitrum 虚拟机上运行的可执行代码。


侧链:


17.Matic
Matic Network通过利用侧链进行离线计算,从而实现了公链的扩展提速。作为侧链,Matic Chain拥有着独立的共识机制以及友好的开发工具和环境。

18.OMG
OMG网络利用第2层Plasma体系结构在网络上构建可扩展的、去中心的支付应用程序。它允许高吞吐量、低成本的点对点交易,促进跨地域、资产类别和应用程序的金融服务。OMG网络允许您访问、管理和处理安全保存在区块链上的数字资产。

19.Skale
SKALE是一个由位于世界各地的独立验证器运行的侧链网络”。验证器运行SKALE节点,节点包含许多containers/components,并且可以参与多个侧链。一个SKALE验证器可以同时运行多个S链,系统用户可以配置每个S链的验证器数量和容量。

20.Loom
Loom Network是一个构建在以太坊之上的平台即服务,它允许开发人员运行大规模分散式应用程序。这使得开发人员可以建立全球最安全的公共区块链的信任和安全性以及运行商业规模服务所需的计算资源。每个 DApp 都可以运行在自己的区块链(侧链)上,其数据是公开且可分叉的,恰如以太坊和区块链。可调整的安全性可以在向主链提交“检查点”的同时实现更高的吞吐量,以便宣布迄今为止的数据的完整性。

21.POA
POA Core是由一组可信验证器保护的自治网络。网络上的所有验证人均为美国公证人,其信息可公开获得。 POA组织还开发产品和工具,以改善整个生态系统的互操作性,基础架构和透明度。其中包括开源资源管理器BlockScout,多链资产转移解决方案TokenBridge。 参与POA Core可以帮助您体验并在我们的平台上创建一流的应用程序。


零知识证明:

22.Stark
StarkWare将使用STARK技术提高区块链的可扩展性和隐私性,提供零知识证明和后量子安全的加密证明。StarkWare将开发一个完整的证明堆栈:软件和硬件,支持快速,可靠地生成和验证一般计算的计算完整性证明。

23.zkSync
zkSync是以太坊的缩放和隐私引擎。它目前的功能范围包括以太坊网络中以太坊(ETH)和ERC20代币的低价交易。

zkSync建立在ZK rollup架构上。ZK Rollup是一种二层扩容解决方案,其中所有资金都由主链上的智能合约持有,而计算和存储则在链下进行。对于每个汇总块,将通过主链合同生成并验证状态转换零知识证明(SNARK)。此SNARK包括汇总模块中每笔交易有效性的证明。

24.Loopring
对于开发者来说,路印协议是⼀个用于构建去中心化交易网络的开源协议,通过一套开源工具,开发者可以使用 zkRollup 二层网络技术构建基于订单簿的高性能、非托管式去中心化交易所。
对于普通用户来说,更贴近日常生活的的则是以太坊上的路印交易所,这也是基于路印协议的第一个高性能去中心化交易所(每秒交易笔数据称可到2000次)。首次使用时,交易所会为用户生成二层网络账户,过程大致需要5-30分钟。

25.ZKSwap
ZKSwap是由 L2 labs 推出的基于Zk-Rollup技术的全新兑换协议,其通过 Zk-Rollups 算法将 ERC-20 资产转移至 Layer2,并基于零知识隐私算法来保证 Layer1 和Layer2 状态一致,实现了零 Gas 费用的实时兑换。用户无需等待区块确认,更易用、更低成本,同时具备无限的拓展性,摆脱了以太坊 TPS 和交易时间限制,让 DEX 具备CEX (中心化交易所) 优质用户体验,实时掌控资金安全。


波卡生态:


26.Celer
Celer Network是layer2扩展平台,可为付款交易以及广义的链下智能合约提供快速,轻松和安全的链下交易。与其他状态通道的不同,Celer Network的概念在链下部分很独立,链下的结构有自己的网络和安全机制,可以实现很多金融交易外的交易处理。这样,更便于在链下搭建dapp。

27.Plasm
我们正在完成一个叫“Plasm”的plasma模块。使用我们的模块化平台,任何开发人员都可以在几分钟内用plasma技术创建一个高速区块链。我们使用任何人都可以轻松创建自定义区块链的Substrate。将Plasm连接到Substrate,任何开发者都可以创建一个高速区块链。

其他生态layer2思考:

前文我们说到,从广义上看,还有很多称为layer2解决方案的设计。还是依据在共识层外的链下部分进行运算的结构,那如果设计为在共识层外进行计算和存储,共识层确认最终的总帐本,这样都可以作为layer2的技术方案。

例如在Oasis的网络设计里,在共识层下的Paratime里进行运算和存储。对于Paratime的设计来说,也是本身网络扩容的一种设计。未来如果Paratime间可以进行通讯,整个layer2这一层网络结构就更明显了。

其次,通过一些硬件设计进行链下的运算和存储,也会是layer2里有效的方案,例如通过TEE来做layer2的处理单元,TEE间可以通讯,这样也是一个明显的layer2分层。并且还免去了担心layer2的安全性问题。使用硬件做layer2计算和存储的项目就比较多了。例如Phala或者一些物联网项目。

所以对于layer2扩容的概念,从设计上看,只要使用多链结构设计网络的,都会对这个领域有所涉猎,不过更好理解的部分,还是在比特币、以太坊,因为比特币和以太坊(Eth1)的网络唯一性更明显,layer2项目也更集中,如果以太坊2.0彻底成功了,以太坊在layer2的需求,还不能确认,因为要看以太坊2.0的信标链加数据分片rollup的结构能不能满足网络性能要求。

但网络扩容的需求以及降低gas的需求是一直不会消失的,layer2在未来3年间,是极具备竞争力的。

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