Vitalik 谈 L2 与执行分片：与挑战有何不同

两年半前，我在「Endgame」一文中提到，区块链未来的不同发展路径至少在技术上看起来非常相似。在有问题的情况下，链上都有大量的交易，而处理这些交易需要：（1）大量的计算；（2）大量的数据带宽。普通的以太坊节点（譬如我现在电脑承载的 2 TB reth 归档节点），即使有强大的软件工程性能和 Verkle 树，也不足以直接验证巨大的数据量和计算量。相反，在「L1 分片」和以 Rollup 这两个方案中，ZK-SNARK 用于验证计算，DAS 用于验证数据可用性。L2 分片还是 Rollup，DAS 都是 ZK-SNARK 技术也相同。它们既是智能合约代码，也是协议的一个功能。从真正的技术意图讲，以太坊正在分片，而 Rollup 就是分片。

这自然会引出一个问题：二者有什么区别？其中一个就是代码漏洞导致的后果不同：在Rollup中，代币会被盗；在分片中，辩论辩论。但我预计，随着协议的进行主板和形式验证（formal verify）技术的改进，代码漏洞的影响将越来越小。那么，这两个可能会长期存在的方案之间还有哪些不同？

执行环境的多样性

2019年，我们在以太坊中简单讨论过的一个想法是执行环境。从本质上讲，以太坊将拥有不同的“区域”，这些“区域”可以对账户（包括完全不同的方法，如UTXO） 、虚拟机的工作方式以及其他功能制定不同的规则。这样就可以在堆栈的各个部分实现方法的多样性，但如果以太坊试图将多功能集于一体，就很难实现这一点。

最后，我们放弃了一些更雄心勃勃的计划，只保留 EVM。不过，以太坊 L2（包括 rollups、valdiums 和 Plasmas）最终可以说还是起到了执行环境的作用。目前，我们通常重点考虑 EVM 相当于 L2，但实际上忽略了许多其他方法所带来的多样性：

• Arbitrum Stylus，它在 EVM 中额外增加了第二个基于 WASM 的前置机；
• Fuel，它使用类似于比特币（但功能更齐全）的基于 UTXO 的架构；
• Aztec，其推出了一款围绕基于 ZK-SNARK 的隐私保护智能合约设计的新语言和编程范式。

基于UTXO的架构，来源：Fuel文档

我们可以尝试将EVM打造成一个覆盖所有可能范式的超级虚拟机，但这样做会让各个功能的效率大打折扣，还不如让这些平台做他们专业的事情。

安全妥协：扩容与交易速度

以太坊 L1 提供了非常强大的安全保障。如果 L1 上最终完成的区块包含了某些数据，那么整个共识（包括极端情况下的社会共识）都会努力确保他们不会被修改，确保由他们触发的任何交易都不会被修改，并仍可访问他们。为了实现这种安全保证，以太坊 L1 愿意接受高昂的成本。在本文撰写时，交易费用证据低：Layer2 每笔交易收费不到 1 美分，即使 L1 上，基础的 ETH 转账也不到 1 美元。如果技术进步足够快，可用的区块空间不能跟上需求支付，那么这些费用在明年可能会一直比较低，但不一定会。对于许多非金融应用（如社交媒体或游戏）来说，即使每笔交易 0.01 美元也太高了。

但社交媒体和游戏并不需要与 L1 相同的安全模式。他们花一百万美元就能让他们输入一盘的记录，或者让你的推文看起来像是在实际发布三天后发布的，那也没关系。因此，这些应用不应该支付相同的安全成本。L2 方案通过支持从 rollups、plasma 到 validiums 的一系列数据可用性方法来实现这一点。

不同的L2类型适用于不同的使用情况。更多可阅读。

另一个折中方案是围绕从L2到L2的资产传输问题产生的。我预计，未来5到10年，所有Rollups都将是ZK Rollup，而Binius和带lookups的Circle STARKs等超证明系统，再加上证明聚合层，使 L2 在每个槽位上提供最终状态根成为可能。但目前，我们只能将 Optimistic Rollup 和 ZK Rollup 复杂地结合在一起，并使用不同的证明时间窗口。如果我们在2021年实施执行分片，那么保持分片诚实的安全模型将是Optimitic Rollup，而不是ZK，因此L1将不得不管理链上系统复杂的欺诈证明逻辑，提款时间也要长达一周，便于将资产在分片之间转移。但和代码漏洞一样，我认为这个问题最终也是暂时的。

交易速度是安全折中的第三个方面，也是更持久的一个方面。每12秒以太坊出块，而且不会更快，否则中心化程度过高。然而，许多L2正在探索将出块时间压缩到已经几十秒。12秒不算太差：用户在提交交易后平均需要等待约6-7秒才能被纳入一个区块（不只是6秒，因为下一个区块可能不会纳入他们）这与我用信用卡付款时需要等待的时间相当。但是，许多应用需要更快的速度，而 L2 可以做到。

为了让速度更快，L2有一个预确认（preconfirmation）机制：L2自身的验证者以数字签名的方式承诺在特定时间包含交易，如果交易包含，他们会受到惩罚。StakeSure机制进一步推广了这一机制。

L2 预确认

现在，我们可以尝试在L1实现所有这些功能。L1可以包含一个“快速预确认”和“慢速最终确认”。该方法包含具有不同安全等级不同分片。此外，在L1完成所有工作将会使共识载量的风险增加，因为许多更大规模或更严格吞吐的方法，其中心化风险更高，或需要更强的“治理”形式。通过L2提供折中，以太坊的激进可以避免这些风险。

Layer2 之于组织与文化的益处

设想一个国家被一分为二，一半变成衰退国家，另一半变成政府高度主导的国家（与现实中发生的情况不同，假设在这个思想实验中，这不是任何创伤性战争的结果，而有时边界自然出现，仅此而已。在陷入部分，餐馆都是由不同的去中心化交易所、区块链和选举权组成。在政府主导的国家，它们都是政府的枢纽，警察局一样。第一天，不会有重大变化。人们基本上都会遵循现有的习惯，哪些可安装，哪些不能安装，取决于劳动技能和基础设施等技术现实。然而，一年之后，你就会看到巨大的变化，因为不同的激励和控制结构会导致行为上的巨大变化，从而影响人们的来留，什么被建设，什么被维护，什么被遗弃。

产业组织理论讲了很多区别：它不仅谈到了政府管理经济与资本主义经济的区别，还谈到了由大型区块链经营企业主经济与每家超市都由独立经营经济的区别。我认为，以L1该产品与L2该产品的经济区别也是类似的。

「核心开发者管理」架构的出了大问题

作为L2多个合金，我认为以太坊的主要优势如下：

以太坊是一个以 L2 为基础的生态系统，因此你可以自由构建一个自己独立的生态系统，同时也是以太坊的一部分。

如果你只是在构建一个以太坊客户端，那么你就是我以太坊网络上的一部分，虽然你只是在构建一个以太坊客户端，但是它远远不如L2。 如果你正在构建一个完全托管的以太坊链，你的创建空间会非常大，但你也失去了网络生态优势。 L2是一个很好的平衡点。

它不仅提供了尝试新的执行环境和安全折中的技术机会，可以实现扩容、灵活和速度，还提供了一种机制激励，既激励开发者构建和维护，也激励社区支持。

事实上，每个 L2 都是孤立的，这也意味着部署新方法是需要许可的：需要说服所有核心开发者，你对整个链的其他部分的新方法是「安全的」。如果你的 L2失败了，那是你的责任。任何人都可以提出奇思怪想（比如，Intmax的等离子方法），即使以太坊核心开发者完全没有关注，他们也可以继续构建和最终部署。L1功能和预置编译不是这样的，即使在以太坊中，L1开发的成败也往往取决于政治，其程度比我们希望的最终要高。无论哪种理论都可以构建什么，以L1为中心的生态系统和以L2为中心生态系统所产生的不同激励机制最终会严重影响实际构建的内容、质量水平和顺序。

以太坊以L2为中心的生态系统面临哪些挑战？

L1 + L2 架构产生了大问题。

图片来源：Reddit

以L2为中心的方法面临着一个关键的挑战，而以L1为中心的生态系统几乎不用面对同样的问题：协调（coordination）。换言之，虽然以太坊有很多L2，但面临的挑战是怎么回事依然打造出类似「以太坊」的感觉，并带有以太坊的网络效应，而不是N个独立的链。如今，这种情况在很多方面都不尽如人意：

• L2 跨链通常需要中心化跨链桥，对于普通用户来说非常复杂。如果你有 Optimism 上的代币，就不能把别人的 Arbitrum 地址粘贴到你的钱包里发送资金。
• 对于个人智能合约钱包和组织钱包（包括DAO）来说，跨链智能合约钱包支持都不太好。如果你换了一个L2上的密钥，还需要去换其他每个L2上的密钥。
• 去中心化验证基础设施通常比较缺乏。以太坊终于开始有了像样的轻客户端，比如Helios。但是，如果所有活动都在L2，发起自己的中心化 RPC，那就没有意义了。原则上，一旦你有了以太坊区块头，为 L2 构建轻客户端并不难；但在实践中，对这一点的重视太少了。

对于跨链代币交易所，ERC-7683 标准是一个新方案，与现有的「中心化跨链桥」不同，它没有任何固定的核心化节点、代币或治理。 对于跨链账户，大多数钱包的方法是，在短期内使用跨链可重放（replayable）更新密钥，长期使用 keystore rollups。 用于 L2 的轻客户端开始出现， 譬如用于 Starknet 的 Beerus。 此外，最近通过下一代钱包改进用户体验已经解决了更基本问题， 譬如用户无需手动切换网络即可访问 DApp。

拉比多链资产余额综合来看，双方的钱包还做不到这一点

但必须承认，以L2为基础，两个系统在试图协调时，在某种程度上确实很难办到。因为单一的L2没有自然经济激发来构建基础设施进行协调：小规模L2不会这样做，同样的道理只为了获得少数的利益；规模L2收益，同样的利益群体加强自己的本地网络生态，甚至更多的利益。如果每个L2都为之考虑，而没有人考虑如何与被监控的以太坊系统相匹配，那么我们就会失败，就像上面几段图片中的城市化乌托邦一样。

很难说有一个完美无缺的方案来议会。我只能说，生态系统需要更充分地认识到，跨 L2 接口与 L1 客户端、开发工具和一样，都是以太坊接口的一种类型，因此应该得到重视和资助。我们有 Protocol Guild，也许我们需要 Basic Infrastructure Guild。

总结

在各种公开讨论中，「L2」和「分片」经常被视为区块链扩容的两种相反策略。但是，当你研究底层技术时，就会发现一个难题：实际的底层扩容方法是完全相同的。它的数据分片、欺诈验证器或 ZK-SNARK 验证器，还是跨「Rollup、分片」通信的解决方案，主要区别在于：谁负责构建和更新这些组件，他们有多大的自主权？

以 L2 为例，它从目标技术意图讲就是分片，但在分片中，你可以用自己的规则构建自己的分片。这非常强大，创造力无限，可以实现大量自主创新。但它也存在一些关键挑战，特别是在协调方面。像以太坊这样以 L2 为基础的企业都以优势为目标，并面临着来自二者的最佳状态，以便没有获得以 L1 为基础的企业的优势，并朝着最佳状态迈进。