Vitalik新作: L2与执行分片的区别是什么

作者：Vitalik Buterin

撰稿：孙鹏，前瞻新闻

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，代码漏洞会导致的不同后果：在Rollup中，代币会被盗；在分离中，共识会被破裂。但我预计，随着协议的坚实和形式验证技术的改进，代码漏洞的影响将越来越小。这两个术语可能会在长期内存在的解决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了一个想法，即执行环境。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）的功能制定不同的规则。这样就能在堆栈失败的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身，就很难实现这一点。

最后，我们放弃了一些更有雄心的计划，只保留EVM。不过，以太坊L2（包括rollups、valdiums和Plasmas）可以说最终还是起到了执行环境的作用。目前，我们通常专注于EVM有效的L2，但其实忽略了许多其他方法的多样性：

• Arbitrum Stylus，它在 EVM 之外添加了第二个基于 WASM 的预言机；
• 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

我们尝试将 EVM 打造一个可承受所有可能范式的超级虚拟机，但这样做会让不同的功能效率大打折扣，还不如让这些平台成为他们专业的东西。

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，所有的 Rollups 其中包括 ZK Rollup，而 Binius 和带有 lookups 的 Circle STARKs 等超高效证明系统，再加上证明聚合层，将使 L2 在每个 slot 提供最终状态根成为可能。但目前，我们只能将 Optimistic Rollup 和 ZK Rollup 复杂地糅合在一起，加入不同的证明时间窗口。如果我们在 2021 年实施执行分片，那么保持分片诚实安全的模型将是 Optimitic Rollup，而不是 ZK，因此 L1 将不得不管理链上系统上的欺诈证明逻辑，提款时间也要长达一周，以便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。以太坊每 12 秒出块，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平民毫秒。12 秒已经不算太差：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（不仅仅是 6 秒，因为下一个区块可能不会纳入他们）。百分之十在使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。

会的，但是如果验证者没有包含任何内容，则会受到惩罚。

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猪肉国家，另一半变成政府高度控制的国家（与现实情况不同，假设在这个思想实验中，这不是任何创伤性战争的结果，而是某一天边界自然出现，仅此而已）。在猪肉部分，建立都是由不同的去中心化政权、区块链和选举权组成。在政府控制的国家，它们都是政府的分支机构，就像警察局一样。第一天，不会有太大的变化。人们会遵循未来的一些习惯，哪些可行，哪些不可行，取决于劳动技能和基础设施等技术因素。然而，第一天之后，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上巨大的变化，从而影响人们的来去，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。

它不仅能实现应用程序开发的技术，还能激发开发人员的热情，帮助他们在开发过程中获得成功。

事实上，每个L2都是孤立的，这也意味着部署新方法无需许可：无需说服所有核心开发者，你的新方法对整个链的其他部分是“安全的”。如果你的L2失败了，那就是你的责任。我可能会提出奇想（例如，Intmax的Plasma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并最终部署。L1功能和预编译不是这样的，即使以太坊中，L1开发成失败最终也往往取决于政治，其程度比男朋友的要高。无论国家可以构建什么，以L1两个生态系统和以L2两个生态系统为基础的各自激励机制最终都会严重影响实际构建的内容、质量水平和顺序。

以太坊以 L2 为何面临如此大的挑战？

L1 + L2架构出了大问题。

图片来源：Reddit

这种以L2为基础的方法违反了一个关键挑战，而以L1为基础的每个生态系统几乎都不面对同样的问题：协调（coordination）。换言之，虽然以太坊有很多L2，但人们挑战是什么感觉就像「以太坊」，并具有以太坊的网络生态，而不是N个重建链。如今，边缘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是很好。如果你换了一个 L2 上的密钥，建议换其他每个 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。

Rabby 多链资产余额综合视图，行动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。