区块链Layer2真能化腐朽为神奇吗

写这篇文章的初衷是想回答前段时间一个朋友提出的问题：“Arbitrum和币安智能链用起来感觉差不多，他俩有什么不一样？一个说是Layer2，一个说是跨链，到底有啥区别？"

先说结论：两个项目的转账速度快、手续费大幅低于以太坊，因此都能改善普通用户的日常交易乃至小额交易的体验。但若要把币从Layer2（Arbitrium）提回到Layer1以太坊时，需要等待一周才能到账，这一点上Layer2完败。在安全性方面，两者也有各自的风险，难以分出优劣。

Arbitrum属于Layer2技术，币安智能链属于侧链（跨链）技术，技术路线的选择是两者最大的不同，因此以为了更好的回答开头的问题，我们需要对这两种技术有个大致了解。

 为什么会诞生这两种技术？

我们都知道以太坊拥堵、处理速度慢、手续费高等问题日益严重。为了解决这些问题，目前主流方案有三种：

1．Layer1方案：

重建以太坊网络，通过把POW转换成POS，分片等技术手段重新打造一个以太坊网络ETH2.0，届时现有的ETH1.0将成为ETH2.0的一个侧链。这项工程耗时数年，由于和这次的主题关系不大，就不做过多介绍了。

2．侧链（跨链）方案：

和1类似，重新构建一条交易速度更快，交易费用更低的链。这条链可以和以太坊实现跨链通信，所有的计算过程和记账确定都在自己的链上。

3．Layer2方案：

把一部分链上的计算放到链下也就是Layer2上，以太坊主网只需要做一些类似结算的工作。

侧链（跨链）和Layer2分别属于上述的第二和第三种方案。上一篇《不断妥协的Layer2发展史》中已经详细介绍了Arbitrum和Layer2，在此我们不做赘述，接下来主要介绍侧链和跨链。

 侧链和跨链是一家  侧链跨链的实现原理是一样的

本文中把跨链和侧链合起来讲，因为他们从原理上都是一样的：重新构建一条完整的、独立的链，有自己的节点和共识机制。只是为了提高处理速度，这类链往往会牺牲去中心化程度，用POS或POS的变种做共识：比如DPOS——较少的超级节点，或POA——基金会选定全节点的方式分配记账权。根据区块链不可能三角，这些链和采用POW的以太坊相比，其中心化程度较高，故而更有可能受到节点作恶、节点故障或黑客攻击等影响，网络的可靠性远低于以太坊，参考图片1。

图片1 区块链的不可能三角（一个区块链系统无法同时满足高度去中心化，良好安全性以及极高的性能，三者至多取二）

跨链或侧链项目主要通过跨链桥和以太坊交互，跨链桥可以是分别分布在侧链和以太坊上的一对智能合约，或者一系列智能合约。通常情况下，跨链还需要辅以预言机来获取另一条链上的信息。跨链桥+预言机的组合是最常见的跨链实现方案。

总结一下：不管是侧链还是跨链，他们的相同之处是都不依赖以太坊网络记账，所有的计算和结算过程都发生在自己的链上。

侧链和跨链的项目目的不同

跨链项目更注重建设自己的生态，与以太坊直接竞争，因此跨链项目几乎都会发行自己的token，比如币安智能链，cosmos等。

侧链项目更注重对以太坊在某一领域功能的补充，比如Axis Infinity游戏的Ronin链。游戏最初是建立在以太坊上，后来由于拥堵严重和费用过高，开发者把游戏中的NFT和游戏币（Token）跨链到Ronin链上。这大大降低了用户参与游戏的成本，为后来游戏的繁荣奠定了基础。在2022年1月27日Axis Infinity宣布治理币（Token）RON上线，用于支付Gas费。可以看出虽然侧链项目并不和以太坊直接竞争，但侧链具备一条完整区块链的所有要素，只要想发随时都可以发token，因此侧链也可能无意中分割了一部分以太坊生态。

再回过头来看看币安智能链：它是跨链项目，项目动机是提供一个高吞吐量低交易费用的网络，同时也是为了弥补之前推出的币安链无法运行智能合约的缺憾。项目采用POA和DPOS结合的方式选定21个超级节点，拥有自己的token BNB。依托于币安交易所强大的用户基础，辅以自身良好的用户体验，币安智能链现在的生态非常繁荣。

下文统一用侧链指代侧链和跨链技术。

 Layer2方案 

Layer2方案的具体内容和发展历程都在《不断妥协的Layer2发展史》一文中介绍了。这里我们通过一个简单的例子来说明为什么Layer2可以解决以太坊费用高，拥堵等问题。

假设原本以太坊一秒钟能处理30笔交易，处理每笔交易收费100。现在交易的具体计算放到更高效的Layer2进行，Layer2的链规定每20笔交易需在以太坊上做一次结算。以太坊的处理速度不变，还是每秒处理30笔交易也就是30笔结算，每笔结算收费100，这样一来以太坊每秒处理交易30X20=600笔，每笔交易的收费是100/20=5。所以在不对以太坊做任何改变的情况下，Layer2可以显著提高效率，降低费用。

 Layer2不能化腐朽为神奇 

从上面的例子可以看出，Layer2的账本安全由以太坊负责，以太坊经过多年考验，是公认的最安全的公链之一。因此Layer2项目最常见的卖点就是号称它们继承了以太坊的安全性，远比侧链项目安全（侧链项目为了提高效率往往牺牲了去中心化程度，大大降低了网络的可靠性）。但事实果真如此吗？Layer2真的能打破区块链不可能三角的魔咒吗？

我们通过Arbitrum做进一步说明。这里所说的Arbitrum是指Offchain Labs运营的Arbitrum One这条链。细心的朋友会发现，Arbitrum One是一条没有共识机制的链，它只要求验证节点要诚实，这些节点不用验证和确认交易。其实所有的Layer2都是这样，因为Layer2的记账放在Layer1上，所以Layer2的节点不用竞争记账权，这就导致Layer2的链从表面上看是不需要共识的，它们和以太坊共用一套记账共识。Layer2和侧链最大的区别也是它的“没有共识”，这也导致表面上看Layer2项目没有发币的需要。但我们不能一叶障目，仅以此就推导出Layer2的安全性继承自以太坊这一结论。通过分析Layer2的记账过程就能发现，Layer2也是有共识的，而且恰恰因为这个共识导致它的安全性比不上以太坊。

Layer2的没有共识是假象——没有记账共识，却有递交共识

事实是Layer2的“没有共识是假象，连带着不需要发币也是假象。我们通过Arbitrum One这个例子说明：

Arbitrum One向Layer1的信息通过排序器（Sequencer）递交，排序器的角色很像Plasma中子链的运营商（Operator），它的作用主要是控制交易顺序，保证交易能按序快速的提交到以太坊上。我们曾在《从区块链到DAG（三）--DAG共识之SPECTRE协议》中讨论过，交易的时序性非常重要，有了正确的出交易的先后顺序，我们才能避免“双花”问题。现阶段Arbitrum One的排序器由项目方单方面运行，是完全中心化的。OffchainLabs的CEO Steven Goldfeder已经在着手开发去中心化的排序器算法，等这项技术成熟以，项目方准备把排序器切换成完全去中心化的。笔者大胆猜测一下，如果Arbitrum未来要发币，这些币或将会在去中心化的排序器算法中发挥作用，见图片2。币（Token）的适用场景可能是质押竞争记账权，或奖励记账全节点。

图片2 Arbitrum社区未来或可能有发币计划

来源：https://developer.offchainlabs.com/docs/rollup_basics

由此可见，Layer2没有共识只是一个假象，Layer2链其实也有共识需求。只不过和传统的区块链不不同，Layer2的共识需求不是竞争账本的记账权，而是“递交权”——该由谁向Layer1以太坊递交信息。Layer2不需要关心如何记账的那是Layer1的事，但Layer2要关心如何向Layer1传递可靠、正确时序的信息。

 

这里我们沿用Arbitrum的叫法，统一把负责向Layer1传递信息的角色称为排序器。在一些简单场景，比如参与的确定用户信息状态通道中，排序器由多重签名完成。在其他复杂场景中，排序器会由竞争递交权胜出的节点组成，而这恰恰是Layer2链共识的体现。比如在Arbitrum中，排序器是中心化的，类似POA共识。一些去中心化的排序器可以采用POS，DPOS等方式决出递交权，通常这样就意味着Layer2链需要发币。这时候Layer2链会表现得和侧链会很像，也有可能发币。只不过侧链共识竞争的是记账权，账本由自己负责；Layer2链竞争的是递交信息的权力，账本由以太坊负责。

Layer2繁琐的交易过程——多了“递交”这一步

Layer2的记账过程比一般的区块链复杂，参考图片3。

图片3 以以太坊为例Layer1和Layer2网络的记账过程

图中左边是以太坊的记账过程，所有数据都一步到位的记录在以太坊账本上。右边是Layer2链的记账过程，比图左多一步从排序器递交的步骤。我们从常识可知，当完成一个事情需要的环节越多就越容易出问题，并且问题往往发生在最为薄弱的那个环节，这便是木桶效应——最短的那块板决定了整个事情的成败。对Layer2网络来说，安全性不仅仅是以太坊的记账，还包括排序器的递交步骤。如果递交环节出问题，整个记账依然无法完成。

Layer2真实的安全性远低于以太坊

为什么说以太坊安全？因为现在的以太坊采用POW共识，大家公认的POW共识有最高的网络可靠性和最低的效率。Layer2本就是为了提高效率才诞生的，肯定不会用比POW还要低效共识作为排序器共识。那么，排序器会和侧链一样，采用那些为了提高效率而牺牲去中性化程度的共识。这样的话“递交”这一环节的安全性肯定不如以太坊的POW。又因为木桶效应，整个记账过程的安全性也会低于以太坊，因此Layer2的安全性并不比侧链更高，所谓的Layer2完全继承了以太坊的安全性这一说法根本就是个伪命题。如图1，Layer2技术也不可能逃开区块链不可能三角的规律。Layer2和侧链一样，在提高效率的同时牺牲了记账的安全性。

就像2022年1月9日Arbitrum One网络突然宕机，好几小时都无法产生新的区块，最后查明原因是因为排序器节点的硬件故障。既然Layer2增加了记账的复杂程度，那它的安全性就不会像看上去的那么简单，远比传统Layer1复杂。Layer2远没有自己标榜的那么可靠。

 为什么Layer2依然备受追捧 

既然Layer2没有那么高的安全性，和侧链项目相比也没有特别大的优势，为什么V神和社区都在极力鼓吹Layer2？尤其以Optimistic Rollup最盛。

原因是为了争取时间，在以太坊2.0出来之前尽量把生态留在以太坊上。以太坊2.0还要好几年的时间才能到可以落地使用的程度，在这期间其他公链都会极力抢夺以太坊的生态。比如Solona，Polkadot，币安智能链等。随着Defi和链游的井喷式发展，现在的以太坊早已不能满足市场的需求。在未来，这种生态竞争只会越来越激烈，如果以太坊不有所动作，后来者会把生态位给分食殆尽。

回望过去几年Plasma从热度极高到如今无人问津，现在社区又转而开始追捧Optimistic Rollup。在笔者看来，这更像一个无可奈何的选择，一个不是办法的办法。因为现阶段能兼容智能合约的，也是最容易落地的只有Optimistic Rollup，尽管它还有7天的等待期。甚至连整个Layer2也是如此，它的安全性和效率并没有优于其他侧链项目。唯一的不同就是Layer2记账依附于以太坊，它即不会也没有能力和以太坊竞争生态，甚至于它本身就是以太坊生态的一部分。

连V神都说随着ZK-SNARK技术的发展，中长期来看他更看好ZK Rollup。那么以太坊社区下一个热捧的又会是谁？会是ZK Rollup吗？还是新的什么Layer2技术？可以预见在以太坊2.0落地以前，社区和V神会不停的推出一个又一个“技术明星”来吸引大家的注意，这何尝不是对以太坊2.0迟迟不能落地的焦虑？

参考文献

[1] The DCSTriangle Decentralized, Consistent, Scalable. Pick any two.：https://blog.bigchaindb.com/the-dcs-triangle-5ce0e9e0f1dc

[2] RoninEthereum Sidechain：https://whitepaper.axieinfinity.com/technology/ronin-ethereum-sidechain

[3] What isRonin Network (RON)? Everything you need to know about RON Token：https://coin98insights.com/what-is-ronin-network-ron

[4] 币安智能链：https://github.com/binance-chain/whitepaper/blob/master/%E5%B8%81%E5%AE%89%E6%99%BA%E8%83%BD%E9%93%BE.md

[5] Sidechains：https://docs.ethhub.io/ethereum-roadmap/layer-2-scaling/sidechains/

[6] AnIncomplete Guide to Rollups：https://vitalik.ca/general/2021/01/05/rollup.html

[7] Arbitrum：https://arbitrum.io/

[8] HowArbitrum Rollup works：https://medium.com/offchainlabs/how-arbitrum-rollup-works-39788e1ed73f

[9] ArbitrumDeveloper Quickstart：https://developer.offchainlabs.com/docs/developer_quickstart

[10] Rant: Idislike the "Layer 2" term：https://www.reddit.com/r/ethfinance/comments/pdq2xp/rant_i_dislike_the_layer_2_term/has39wo/?utm_source=reddit&utm_medium=web2x&context=3

[11] Update,August 31st: Arbitrum One is now live! Bridging instructions here: ArbitrumBridge：https://www.reddit.com/r/ethereum/comments/peh166/arbitrum_one_faq/

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历史文章

不断妥协的Layer2发展史

从区块链到DAG（三）--DAG共识之SPECTRE协议

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