原文来源：Cynic，LK Venture Researcher  

TL;DR

从 Layer1 到 Layer2

技术上如何实现扩容？以太坊将 Rollup 看作唯一的 Layer2 方案，因为其在不损失去中心化和安全性的前提下实现了对以太坊的拓展。从模块化的角度来看，Layer2 负责执行，而结算、共识、数据可用性都交给 Layer1 去处理。

从 Layer2 到 Layer3

Layer2-Layer3 与 Layer1-Layer2 有什么区别？虽然 Rollup 技术解决了以太坊的计算瓶颈，但它并没有解决数据可用性的问题。上层需要压缩交易数据以传递给下层，但压缩不能重复进行，Layer2-Layer3 性能并不能带来大幅提升。

有了 Layer2，为什么还需要 Layer3？Layer2 将维持去中心化，作为通用的计算层，提供可组合性，而 Layer3 应该作为应用特定链，满足不同应用独特的需求，如：兼容、效率、隐私等。

同样是应用链生态，Layer3 与 Cosmos 有什么不同？Layer3 依托以太坊生态，更容易获取用户与资金，但是由于其与以太坊的高度绑定，也失去了部分主权，比如代币的价值捕获。

从 Layer3 到 LayerX？

Layer3 发展现状：Arbitrum 于 6 月 22 日发布 Orbit Chain；zkSync 于 6 月 26 日宣布将在几周内推出 ZK Stack；Starknet 生态的 madara 已经帮助一个项目在黑客松期间 24 小时内，部署了一条 Starknet Layer3 应用链。

Layer3 来了，Layer4、Layer5 还会远吗？LK Venture 认为，从技术原理上看，Layer3 已经无法通过简单的堆叠获得性能上的飞跃。尽管 Layer1-2-3 之间的生态关联紧密（以太坊生态），互操作性比传统的异构链之间强（跨链更便宜），但是彼此之间仍然无法做到生态的完全继承。以太坊扩容的叙事，或将在 Layer3 终结。

从 Layer1 到 Layer2：扩容

区块链中存在着一个不可能三角，即安全、去中心化与可扩展性无法同时实现。以太坊选择了前两者，而对后者的支持不足。平日在以太坊中进行一次 swap 需要$3-$4 的 Gas Fee，而在交易量高涨的牛市一次 swap 甚至需要近$100 的 Gas Fee，拥堵现象十分强烈。

依托着先发优势建立起的庞大生态，尽管许多主打可扩展性的新公链自 2018 年后持续涌现，以太坊仍然占据着市场的绝对主导地位，众人于是将目光投向了在以太坊基础上构建的扩容方案。

其中受到广泛应用的是侧链、Validium 与 Rollup 三种方案，彼此有不同的信任假设。

侧链是独立于 Layer1 运行的独立区块链，通过双向桥梁与以太坊主网连接。侧链可以有单独的区块参数和共识算法，能够高效处理交易，但是未继承以太坊的安全属性。

Validium 使用链下数据可用性和计算，在链下处理交易来提高吞吐量，并向链上发布零知识证明以便在 Layer1 上验证链下交易，获得安全性。

Rollup 在链下进行计算，但是使用 Layer1 作为数据可用性层，通过向链上发布欺诈证明或有效性证明，在 Layer1 智能合约中进行验证，继承了以太坊的安全性。

以太坊将 Rollup 看作唯一的 Layer2 方案，因为其在不损失去中心化和安全性的前提下实现了对以太坊的拓展。从模块化的角度来看，Layer2 负责执行，而结算、共识、数据可用性都交给 Layer1 去处理。

根据提交证明的不同，Rollup 可以分为 Optimistic Rollup 与 ZK Rollup。

对于 Optimistic Rollup 而言，Rollup 批量执行交易，将批量的交易、执行前状态与执行后状态发给部署在 Layer1 的 Rollup 合约。Layer1 不验证状态转移过程，只要 Rollup 提交的初始状态与保存在 Layer1 合约中的相同，就乐观地将状态转移至 Rollup 提交的新状态。对于欺诈行为的防止是通过欺诈证明来保证的，在一段时间的争议期内，其他验证者可以对该状态根发出挑战，向 Layer1 的 Rollup 合约发送欺诈证明。这会使 Rollup 状态退回争议前的确定状态，并重新计算合法的状态，根据结果对验证者做出惩罚。实际上，欺诈情况很少发生，所以乐观的状态转移实际节省了很大的验证资源。

ZK Rollup 与 Optimistic Rollup 的区别在于，状态的转移需要进行验证，不是由 Layer1 的 Rollup 合约，而是在合约中验证有效性证明 Validity Proof，验证完成后状态的转移立即获得最终性，不需要等待长达一周的争议期。

使用 Optimistic Rollup 技术的项目中，最成熟的是 Arbitrum 与 Optimism，都已上线主网运行。其中，Arbitrum 已实现了欺诈证明，但是仅限白名单提交，而 Optimism 的欺诈证明还在开发中。两家都在积极推进去中心化进程，包括排序器与验证器的去中心化。根据 L2Beat 的数据显示，截至 2023 年 6 月 26 日，Arbitrum One 与 Optimism 的 TVL 分别为$5.81B 与$2.25B。其他使用 Optimistic Rollup 技术的项目包括 Boba Network, Zora Network, Layer2.finance, Fuel, BNBOP, Coinbase 等，其中部分是使用 Optimism 团队开源的 OP Stack 进行开发的。

使用 ZK Rollup 技术的项目中，支持虚拟机的主要是 zkSync Era, StarkWare, Polygon zkEVM 等，当前已上主网，TVL 为$618M, $68.11M, $42.65M。只支持特定类型交易的有 dydx, Loopring, zkSync Lite 等，TVL 为$350M, $98.47M, $97.69M。目前 ZK Rollup 的发展方向是更好的以太坊兼容性，正在开发的 zkEVM 项目有 Taiko, Scroll, Linea 等。

从 Layer2 到 Layer3：定制

Layer2: 100x, Layer3: 100x^2=10000x?

从 Layer1 到 Layer2，成本降低为 1/100。所以很自然会想到，在 Layer2 上进行相同的操作构建 Layer3，Layer3 的成本将降为 1/10000。很可惜答案是否定的。

Rollup 通过将执行转到了链下，确实解决了以太坊的计算问题：L1 节点不再需要执行批量中的每个交易以验证状态转移的正确性，感谢密码学中的递归证明技术，计算能够不断递归以获取无上限的性能，然而数据可用性是无法堆叠的。Layer2 需要将打包的交易数据以 calldata 形式传入以太坊中的智能合约，尽管对打包的交易数据进行了压缩处理，但是数据无法被相同的办法压缩两次。Layer3 的交易数据最终也要提交至 Layer1（否则无法继承安全性），然而对交易的压缩程度无法再低，因此数据可用性层面无法通过堆叠获得成本的降低。

因此，Layer3 无法走简单堆叠这条路，StarkWare 团队提出的方案是定制化，让 Layer3 和 Layer2 承担不同的功能。

有了 Layer2，为何还需要 Layer3？

以太坊提供了安全性和去中心化，Layer2 提供了可拓展性，可以说解决了区块链的三难困境，为什么还需要 Layer3？

Layer3 的概念最早是由 StarkWare 团队在文章《Fractal Scaling: From L2 to L3》中提出。StarkWare 团队认为，这种层级化的结构，封装的思想，也正是计算机科学维持活力的核 心要义。此外，Layer2 虚拟机的 Layer2 将维持去中心化，作为通用的计算层，提供可组合性，而 Layer3 应该作为应用特定链，满足不同应用独特的需求。图灵完备性为层级化打下了良好基础，一旦具备图灵完备性，则理论上可以在其上创建任何可能的应用。

实际上，Layer2 为了维持其通用性，必定会进行部分取舍，无法满足所有应用的需求。最直接的体现，是 StarkWare 为了更高效地生成证明，开发了 Cairo 语言与 CairoVM，对以太坊并不兼容，这时就可以由一条 Layer3 链来解决其安全性。

可能的 Layer3 用例包括：

兼容：通过在 Layer2 的虚拟机上实现一个其他语言的解释器，以兼容其他虚拟机

效率：如果应用追求超高的 TPS（例如游戏、社交），可以考虑让渡一部分安全性，使用 Validum 方案，在 Layer2 上结算；应用也可以根据自己的需求定制交易格式，以实现更高的压缩率。

隐私：专门搭建一条隐私链，在 Layer2 上结算，但是无法被公开观测到。

此外，由于应用链是专用的，不会收到其他应用的直接影响，链的性能与成本较为确定。同时，桥接交易不用直接在 Layer1 上发送，成本更低，L2-L3 与 L3-L3 的桥接更便宜。在批量提交交易上，Layer3 还有一个明显的优势，提交一个批次交易所需的固定 Gas 更低，不需要长时间等待更多的交易一起提交以降低平均 Gas，能够显著缓解 Layer2 中存在的确认时间与成本之间的两难困境。

同是应用链生态，Layer3 与 Cosmos 有什么不同？

Cosmos 可以说是最早提出应用链概念的项目，通过 Cosmos SDK，用户可以方便地定制化发行自己的应用链。Cosmos IBC 更是对标互联网中的 TCP/IP 协议，为使用 Cosmos SDK 构建的应用链提供原生的互操作性。简单来说，Cosmos 的愿景是构建一个万链互联的区块链宇宙。

Layer3 在互操作性上也下足了工夫。由于相同的技术架构，低廉的交易成本，Layer3 之间的跨链将具备无信任、快速且便宜的特点，于是可以认为，Layer3 之间的流动性是共享的。从互操作性的角度来看，Layer3 和 Cosmos 带来的功能几乎相同。

LK Venture 投研团队认为，Layer3 与 Cosmos 最大的不同，在于其与以太坊生态的绑定，这既是优势，也是劣势。

提到优势，主要在于以太坊生态庞大的流动性与用户量。

Cosmos 尽管技术强大，是很多巨头的发链首选，但是仍然无法逃脱市场占有率低的宿命。根据 DeifLlma 的数据，截止到 2023 年 6 月 26 日，以太坊的 TVL 为$26.2B，而整个 Cosmos 生态加起来仅为近$1B。Layer3 要想成功，以太坊生态是其中的关键要素。

提及劣势，主要在于与以太坊的高度绑定，丧失了部分主权。

对于使用 Cosmos 链而言，代币模型完全由项目方根据需求自主设计，代币赋能强。然而，Layer3 链的原生代币会受到以太坊的限制。尽管项目方可以将原生代币作为 Gas 代币赋能，但是无法否认的是，最终交易数据提交至以太坊所消耗的是$ETH。因此，如果 Gas 代币用的不是$ETH 而是自己发行的原生代币，项目方需要不断地将原生代币兑换成$ETH 以提交，最终赋能还是转移至$ETH。

Layer3 的另一个特点在于，任何在 Layer3 上做的事，实际上都可以迁移到 Layer2，本身只取决于 DA 层的选择。