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作者:Jason

这是我第一篇宏观剖析类型的文章,之前的文章都是剖析某一个详细的项目,这次想试着讲讲更远大也是我更不善于的领域,同时也把之前零星发在 Twitter 上的内容结构化整理成一篇文章。

Web3 一直是一个看法新词满天飞的领域,以是我斗胆用一篇文章实验为人人讲讲我所明白的 Layer0、1、2,也许你会疑惑为什么题目不叫《一文讲清晰 Layer0、1、2》呢?一方面是由于我没有自信和实力可以讲清晰,另一方面是其中许多界说到现在很模糊,并没有行业尺度,好比在我的视角里 Celestia 属于 Layer0,然则也有许多说法它属于 Layer1,以是本文均为站到小我私人视角的明白,可能存在不周全或者与你的看法纷歧致的情形,迎接探讨。

文章速览:

Layer0: 跨链通讯 

Layer0 是我以为现在行业对其界说最模糊也是明白最庞大的一层,以是我会多花一些时间解说。


许多人将 Layer0 界说为区块链基础设施服务层,但我以为这个看法照样太大太粗,现在我以为 Layer0 的要害词就是发链、多链与跨链,焦点内容落在了跨链通讯与模块化区块链,以是讲清晰了跨链通讯和模块化区块链,Layer0 的内容也就基本笼罩了。

先说说跨链通讯,要注重跨链通讯和跨链纷歧样,跨链通讯是一个手艺实现,跨链则是一个营业场景

跨链是区块链极其主要的能力,假设每条链都是一个银行,若是区块链无法跨链则即是无法实现银行转账。 我们常说的跨链是指资产跨链,即我想把 A 链的 aToken 跨到 B 链,首先 Token 的项目方需要在两条链上都刊行自己的原生 Token,然后使用跨链桥来举行双方 Token 的“转移”,转移打引号的缘故原由是转移的历程并不是我们所明白的从 A 移动到 B,其事情原理是将 A 链的 aToken 锁定,然后再在 B 链铸造对应数目的 bToken,至于 A 链锁定资产,到 B 链铸造资产这其中央的历程则会发生许多问题,主要就是通讯的问题,A 链若何通知 B 链“张三适才在我这里锁定了20个 aToken,你现在赶快的给他弄20个 bToken 出来”呢?

链自己是封锁的情形下只能通过链下的监控来毗邻两条链的资产转变情形,好比我写个剧本之类的。但这不够 native,也不够平安,以是跨链桥经常出问题,跨链通讯则是主要解决多链之间原生信息传输的问题。

专注于做跨链通讯的 LayerZero 协议我之前也写过一篇与它相关的文章《谁人可以跨链的 Gh0stlyGh0sts 会成为下一个 Azuki 吗?》,这也是第一个使用 LayerZero 实现原生跨链通讯从而到达 NFT 资产跨链效果的项目。

适才说到传统的跨链桥是通过链下监控两条链的方式来实现了伪通讯,而并不是真正的两条链发生了信息转达,如下图中左边和中央的模式,LayerZero 则是直接在两条链内里部署了自己的节点,这些节点完成了多链之间的通讯。

如下图所示,我可以直接在合约代码里写清晰我要给哪条链(chainId)传输什么信息已往,这是区块链原生的跨链通讯。

我异常看好 LayerZero 这个协议,它也完成了红杉领投的1.35亿美金融资。缘故原由是我以为这是真正纯原生的跨链解决方案,而且资产跨链只是它的一个应用营业场景,链和链之间的通讯不仅限于资产,就像是银行之间的通讯也不仅限于转账,我在工行发生了坏账信誉欠好,则工行可以将该新闻告诉建行,我在建行贷款就会泛起问题,跨链通讯背后的营业场景一定会可以挖出许多。

讲完了 LayerZero 后 Layer0 主要的内容跨链通讯就明了了,这里要注重的是 Layer0 是看法,LayerZero 则是这个看法里的详细某个协议,这两个不要搞混了。

Layer0: 模块化区块链

Layer0 另有一个主要的内容模块化区块链,跨链通讯这个词人人能够明白确实还挺底层的,属于 Layer0,但模块化区块链这个词人人乍一听会以为异常“大”,不像是一个 Layer 即层的看法,而是一个“全套”,就是区块链是一个汉堡的话,Layer 就是内里的生菜、肉饼和面包片,然则模块化听起来就像是一个全套大汉堡而不是某一片生菜。

若是从广义的看法来说模块化区块链是一种“架构”,layer2 也是模块化区块链,将盘算层模块化抽象出来,然则从现在狭义的对于模块化区块链的定位来说,我们要明了将区块链模块化以后的目的是什么,从而再界说其处在哪一层,我以为最直接的目的是在于若何能够更简朴快速的去发一条链出来,模块化的效果是能够把区块链手艺架构拆的更清晰,封装的更完整,然后开箱即用就像是搭积木一样,可以直接使用模块化区块链的能力用更低的成本发一套新链出来。你可以粗拙的明白成模块化区块链的目的是发一条 Layer1 出来,这样是不是就明白为什么它处在 Layer0 了。

模块化区块链的两个代表 CosmosCelestia 为人人举行睁开先容从而更清晰的明白其寄义,其中 Cosmos 要谢谢 @Kasey_ibc,他是 Cosmos 生态的深度孝顺者,与他举行了探讨并研究了其 Twitter 优质内容。

模块化区块链看法的布道者是 Celestia,我之前关于模块化区块链曾经发过一个剖析 Twitter,这里我援引该 Twitter 的内容讲讲 Celestia,详细的内容人人可以看我那时的 Twitter,链接如下:

https://twitter.com/jason_chen998/status/1561576592337682434

可以看到官网对于其优势的形貌第一点就是像智能合约一样轻松部署区块链,降低发链的门槛和成本。

模块化区块链的对立面是现在大多数 Layer1 都属于单体区块链,也就是一条链肩负了共识、数据可用性和执行的事情。

共识:整个网路中节点决议打包哪些生意,以什么顺序打包;

数据可用性:就是验证某个区块是已经完成广播是写入链上的;

执行:详细生意和状态的换取。

若是一条链把这三件事都干了,那它就是单体区块链,也就是现在 L1 面临的问题,生意、结算、出块都排着队完成。以是设计思绪就是把共识、数据可用性和执行这几个区块链焦点事情职责给拆开,每个职责单独做一条链即一层,然后各司其职干好自己的事,再将其拼装组合到一起。

说到这里人人应该就意识到了,这就是 30 年软件开发都遵照的模块化设计原则,封装多态耦合内聚那套理念,把一个庞大系统拆分职能,各干各的,再组装到一起,以是至少这条顶层设计理念是一直存在的,将这套设计理念应用在了区块链设计上,并不是什么很新颖的理念。

然后当说到将共识、数据可用性、执行拆分出来成为一条链,人人应该意识到这就是 L2 在做的事,rollup 扩容思绪就是将执行层单独拿出来做一条子链去完成以太坊的生意处置事情,然后将效果再返回至以太坊主链,以是 rollup 实在就是模块化设计理念,以是如上文所说广义的模块化区块链不是一个详细的器械,它是一种看法或者是设计理念,但狭义的模块化区块链则是指将区块链的共识、数据可用性的底层能力封装起来,这两层也是对于一条区块链的地基,庞大度和难度也是最高的,然后这两层能力具备了新发一条链就门槛和成本很低,只需要将精神关注于自己的营业与盘算。

那么 Celestia 主要是将数据可用性能力模块化,通过共识机制存储生意纪录并提供数据可用性,而不用介入结算和执行层的事,只管存,并保证存的器械是有用的,其他开发者就能以 rollup 的形式在 Celestia 上构建出自己的结算层和执行层。以是 Celestia 就像是区块链领域的 AWS,传统一家公司开发软件需要买一台服务器放在机房,10家公司就要10台服务器,于是 AWS 说你们都别买了,我自己整一个大的,你们只管软件开发,需要存取数据就来我这,我能够保证你们的数据有用的(存的进来,取得出去)。

那么为什么 Celestia 要做数据可用性层模块化呢?若是我想发一条链最难的就是这么让尽可能多的节点介入到我的链中去为我完成共识和数据可用性的历程,有这么多节点来维护我的链,那才气在链上做更多应用层执行的事情。

以是需要先看一下 L1 链的数据可用性是若何完成的。我们都知道区块链是由大量可自由加入的节点组成的,节点越多也就越平安,越去中央化。节点分为全节点和轻节点,全节点就是要完整的维护一套数据账本,以是少量节点恶意攻击不会影响全局节点,这也是区块链的立根之本。

然则随着时间数据也越来越多,维护一个全节点成本过高,若是人人都不愿意来做全节点,那区块链就趋于中央化变得不平安,以是会有轻节点的存在,不会维护验证全量生意数据,而只存区块头,当泛起需要验证数据可用性的时刻,就将其发送给相邻全节点协助验证,然后再将效果返回回来。

以是总结一下,搞一个链最难的是这么能搞到这么多的节点来维护我这条链的共识和数据可用性。这也就是 Celestia 想解决的问题,它在官网说希望能够让确立一条链像确立智能合约一样简朴,人人不用管下面的数据问题,交给 Celestia 完成,只需要专注于自己上层执行结算,实现“一键发链”的效果。

看完 Celestia 我们再看一下 Cosmos,实在这两家组织的成员重合度很高,许多人都是同时孝顺于这两家组织的。

Cosmos 的目的是成为区块链的互联网,首先它提供了一套“发链”能力,让每个社区都可以拥有一条自己的主权链,主权链即自力的区块链,数据的发生和写入都是内部闭环的,其次链之间可以举行数据通讯交互,实现万链互联,这个愿景照样异常有感召力的。

至于为什么它以为有让社区发自己链的需求呢,是由于它将区块链分为公共链专有链,在以太坊这样的公共链上开发者需要面临的两层治理,链和应用,而且应用要遵照受限于底层链,从而很难释放出应用的价值,以是它想针对于每个应用都可以发生一个量身定制的链。

以是为了到达这个目的首先要解决发一条新链门槛与成本的问题,其次解决这么多链之间若何通讯形成一个滚雪球生态的问题。

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以太坊高度

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门槛和成本 Cosmos 的解决思绪与 Celestia 一致,即将底层的能力封装起来,区块链架构分为三个大层:网络、共识和应用,它将网络和共识层封装起来,也包罗了账号、生意、署名等原子能力,提供了 SDK 使得开发职员基于此举行主权链的开发,通过预置好的模块来举行自界说构建区块链,然后宣布到 Cosmos 网络中和其他的兄弟链举行交互,交互则是使用跨链通讯协议 IBC 来实现了一个 hub 集线器的效果,其他的链都通过 IBC 毗邻到这个集线器中,在此举行数据中继。

以是 Layer0 的看法至此总结一下,其事情主要集中在发链、多链和跨链这三层,让发链变得更简朴,但发了这么多链相互不通那也无法形成协力,于是需要解决跨链的问题。

Layer1 底层区块链

Layer1 是底层区块链,熟知的比特币、以太坊、币安链都属于 Layer1,以及 Avalanche、Near 和 Terra 等,由于它们都是自己生态系统中的主要网络,在自身区块链上处置并完成生意,同时也具备自己的原生 Token,最近新起的两大新公链 Aptos 和 Sui 也是 Layer1,然则注重许多人容易把 Layer1 和公链混为一谈,公链包罗 Layer1 但不是即是的关系。

Layer1 公链是 crypto 天下中护城河最深的一个物种,当越来越多的节点、开发者、项目加入其生态后,滚雪球的优势将会异常显著,除非是泛起了 Luna 之于 Terra 这样的基础代币直接崩盘,导致这个大雪球发生了大雪崩,否则生态内大量错综庞大的利益关系会相互牢牢绑定到一起,使得链的根会攀枝错节的扎的异常深,以是打造出来一条乐成的 Layer1 公链一直是整个 crypto 圈子里无数组织前仆后继的。

现在应用领域最大的 Layer1 公链是以太坊,以是竞对链都市想设施从以太坊生态中争取开发者与用户,由于以太坊这个贵族链在岑岭期动辄数十美金的 GAS 费对于我这种通俗小韭菜来说照样肉疼的不行,以是现在绝大多数的竞对链都主打低 gas、高 TPS 的战略来争抢用户资源,好比这个星期刚完成空投大热的 Aptos,这里简朴提一嘴,那时 Aptos 上主网后许多营销号带节奏说 Aptos 号称 10KTPS 现实上只有 4TPS,然后一通冷嘲热讽让别人以为注水了,10KTPS 是理论最高可以承载的量,4TPS 是那时现实正在跑的量,就像是港珠澳大桥理论上号称单日25万通关量,现实上天天跑的车寥寥几辆,然则能说港珠澳大桥性能注水了吗?

打造公链就像是打造一座都会,一座都会的繁荣需要的是先修建好住房、医院、阛阓、铁路等基础设施,打造宜居的环境,住民才会搬过来生涯,若是一条链没有应用把用户抢过来也没用呀,Aptos 性能上再强理论 TPS 再高,没有足量的应用去验证也是一座没有车跑的港珠澳大桥状态,以是公链吸引开发者的手段可以分为几种:

  1. 新公链对于开发者来说最大的吸引力在于足够空缺,由于成熟的以太坊竞争已经太猛烈太卷了,去了新的公链甚至可以直接把以太坊上已履历证乐成的应用直接照搬上去,好比最近人人应该看到 sui 上的 NFT 生意平台、域名服务商这些已经在以太坊滚瓜烂熟的器械依然拿到了大额融资,群里我看许多人戏称换个语言任何项目都能重新做一遍。

  2. 另有一个我以为行之有用的手段就是直接 EVM 以太坊虚拟机兼容,对于开发者来说最大的成本不是写代码,而是学代码,一种完全生疏的手艺栈从零最先学起,然后实操开发,调试 debug 等等一套下来会劝退许多开发者,那有没有什么设施能够让以太坊生态的开发者可以顺滑的低成本迁徙到新链上去呢?有没有设施我可以用 Mac 电脑开发并调试运营 Windows 的应用呢?安装一个虚拟机,人人应该身边也存在这样的同伙买个 Mac 用的不随手,给它改成 Windows 系统,或者实在就是运行了一个虚拟机,虚拟机就是用软件模拟盘算机系统。EVM 就是服务于以太坊的智能合约,以是若是使用 EVM 兼容对于开发者就可以直接顺滑的将以太坊的应用迁徙到兼容链上去,人人熟知的 BSC 就是 EVM 兼容链。

Layer2 主流解决方案:rollups

再来聊聊 Layer2,适才说许多 Layer1 的竞争链瞄准以太坊“贵”和“慢”来打,然则对于以太坊自己有什么设施能够优化呢?Layer2 是一种方式。

在讲 Layer0 部门的时刻我聊到了单体链,一条链上将所有事都干了,这能不堵吗?这时有人想到了能不能把以太坊上的生意拿出来在外面执行,然后将效果返回给以太坊做数据可用性处置,这种操作方式被称为 rollups,也是 Layer2 主流解决方案,就像是原本一条路上异常堵,我给它修个高架桥,固然我还看到一种有趣的注释,做核酸10人混管就是 rollups。

以是通过将生意放在链下处置,不需要经由以太坊缓慢的共识历程,从而来削减以太坊主网上的盘算量,提高整体处置速率和吞吐量。

我之前念书时正好研究偏向也是区块链扩容,那时写的论文中提出的方案也和 rollups 异曲同工如下图所示。

适才说到 rollups 就是将盘算在链下执行再将效果放到链上的历程,这个历程最大的问题就是在于怎么证实这个效果是有用的,两种证实方式也就发生了两种主流的 rollups 方案Optimistic rollups zk rollups

人如其名,Optimistic 的英文寄义是乐观的,即 Optimistic rollups 使用了诓骗证实作为数据有用性的验证方式,在将链下盘算完的效果同步给以太坊主网后,会乐观的默认数据是准确的,若是有人以为数据不准确也就是存在诓骗,就可以在窗口期又称质询期内通过盘算诓骗证实来质疑汇总生意的效果。

若是证实乐成存在诓骗,则会重新执行生意更新数据状态,而且那时将该生意打包的排序节点就会受到责罚,削减它提交的保证金(成为排序节点是需要缴纳保证金的),并分发给提交了诓骗证实的验证节点。

在这个历程中主要的角色除了两个节点:排序节点验证节点外,另有另外两个主要的角色介入:CTC 生意合约SCC 状态合约

这里逻辑稍微有些庞大需要人人耐心明白,所有 Optimism 的生意数据区块都存储在以太坊一个特殊的被称为 CanonicalTransactionChain 的合约,简称 CTC,合约地址为:

0x5E4e65926BA27467555EB562121fac00D24E9dD2

可以看到排序节点 Sequencer 每分钟约莫写入两批次(批次的专业术语叫 Batch),每个批次可能包罗几百笔生意数据,CTC 合约主要存着的是生意数据摘要。

另外将生意后的状态根 StateRoot 存入 StateCommitmentChain 合约,简称 SCC,合约地址为: 

0xBe5dAb4A2e9cd0F27300dB4aB94BeE3A233AEB19

约每 6 分钟写入一批次,验证节点可以去读取这两个合约中的纪录举行验证盘算是否生意存在诓骗行为。

以上就是 Optimistic 证实数据有用性的方式,有点博弈论的感受,通过双方匹敌加激励模子实现最小水平作恶诓骗的效果,我们再看看 ZK 是若何解决的。

zkSync 是 zk rollups 的主要玩家,它的官网 slogen 是 rely on math, not validators,依赖数学,而不是验证者,这句话就是针对于 Optimistic 诓骗证实说的,可见对于 Optimistic 火药味满满啊。

zk rollups 中每一笔生意的有用性都是在生意发生前验证的。排序节点无法作恶。然则 Optimistic  Rollup 中,排序节点的行为不受约束,因此必须存在验证节点去监视诓骗生意,一旦发现就需要向主网提交诓骗证实。

zk rollups 相比于 Optimistic rollups 最大的利益在于由于使用零知识证实的纯数学盘算来举行生意有用性验证,以是将资金转移至以太坊不会存在延迟,由于一旦 zk rollup 合约完成了有用性证实,就会执行生意。相反从 Optimistic rollups 中提取资金会有所延迟,由于要为诓骗证实留出一准时间。

zk rollups 的焦点架构:

  1. 链上合约:逻辑与 Optimistic 一样,在以太坊部署对应的智能合约用于存储区块汇总数据、验证合约等,然则不需要像 Optimistic 一样去宣布太多生意数据在以太坊链上合约,由于其有用性在上链之前就已经获得了证实,而不是 Optimistic 需要将数据发到链上用于他人验证,但 zk rollups 也可以将生意数据存放在智能合约的 calldata 中,它是一种不能更改,然则不持久的暂且存储区域,类似于内存,以是有需要也可以获取到生意数据。

  2. 链下虚拟机:虽然 zk rollups 依附于以太坊,但生意执行历程存在于自力的 EVM 虚拟机,即现实 zk rollups 执行的环境。

其在大流程上和 Optimistic 类似,用户签署生意后,提交给 zk rollups 的 Layer2 排序节点举行处置并打包在一个批次中,然后提交给以太坊。

zkSync 使用的零知识证实太庞大了涉及到大量的加密数学,看的头大着实没明白透认怂了,以是这里就不班门弄斧庞大粘贴一些开发手册里我自己都看不懂的数学公式冒充我看懂了。

以上就是我小我私人对于 Layer0、1、2的研究与明白,照样一最先说到的 Layer 层的看法现在没有明确的统一界定,以是这篇文章均为我小我私人的明白剖析,不代表官方态度,也一定会存在一定水平的主观、误差和不足,迎接交流探讨,配合砚习。

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