LK Venture研报：Layer3能否带来应用链生态的大爆发？
原文作者：Cynic，LK Venture
TL;DR
1、从 Layer 1 到 Layer 2
- 技术上如何实现扩容？以太坊将 Rollup 看作唯一的 Layer 2 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，Layer 2 负责执行，而结算、共识、数据可用性都交给 Layer 1 去处理。
2、从 Layer 2 到 Layer 3
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Layer 2-Layer 3 与 Layer 1-Layer 2 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，Layer 2-Layer 3 性能并不能带来大幅提升。
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有了 Layer 2 ，为什么还需要 Layer 3 ？Layer 2 将维持去中心化，作为通用的计算层，提供可组合性，而 Layer 3 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。
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同样是应用链生态，Layer 3 与 Cosmos 有什么不同？Layer 3 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。
3、从 Layer 3 到 LayerX？
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Layer 3 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 Layer 3 应用链。
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Layer 3 来了，Layer 4、Layer 5 还会远吗？LK Venture 认为，从技术原理上看，Layer 3 已经无法通过简单的堆叠获得性能上的飞跃。尽管 Layer 1 – 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 Layer 3 终结。
从 Layer 1 到 Layer 2 ：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。
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侧链是独立于 Layer 1 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。
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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 Layer 1 上验证链下交易，获得安全性。
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Rollup 在链下进行计算，但是使用 Layer 1 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 Layer 1 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 Layer 2 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，Layer 2 负责执行，而结算、共识、数据可用性都交给 Layer 1 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 Layer 1 的 Rollup 合约。Layer 1 不验证状态转移过程，只要 Rollup 提交的初始状态与保存在 Layer 1 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 Layer 1 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 Layer 1 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 L 2B eat 的数据显示，截至 2023 年 6 月 26 日，Arbitrum One 与 Optimism 的 TVL 分别为 $ 5.81 B 与 $ 2.25 B。其他使用 Optimistic Rollup 技术的项目包括 Boba Network, Zora Network, Layer 2.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 $ 618 M, $ 68.11 M, $ 42.65 M。只支持特定类型交易的有 dydx, Loopring, zkSync Lite 等，TVL 为 $ 350 M, $ 98.47 M, $ 97.69 M。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 Layer 2 到 Layer 3 ：定制
Layer 2: 10 0x, Layer 3: 10 0x²= 1000 0x?
从 Layer 1 到 Layer 2 ，成本降低为 1/100 。所以很自然会想到，在 Layer 2 上进行相同的操作构建 Layer 3 ，Layer 3 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。Layer 2 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。Layer 3 的交易数据最终也要提交至 Layer 1 （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，Layer 3 无法走简单堆叠这条路，StarkWare 团队提出的方案是定制化，让 Layer 3 和 Layer 2 承担不同的功能。
有了 Layer 2 ，为何还需要 Layer 3 ？
以太坊提供了安全性和去中心化，Layer 2 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 Layer 3 ？
Layer 3 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，Layer 2 虚拟机的 Layer 2 将维持去中心化，作为通用的计算层，提供可组合性，而 Layer 3 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，Layer 2 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 Layer 3 链来解决其安全性。
可能的 Layer 3 用例包括：
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兼容：通过在 Layer 2 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
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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 Layer 2 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。
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隐私：专门搭建一条隐私链，在 Layer 2 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 Layer 1 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，Layer 3 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 Layer 2 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，Layer 3 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。
Layer 3 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，Layer 3 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，Layer 3 之间的流动性是共享的。从互操作性的角度来看，Layer 3 和 Cosmos 带来的功能几乎相同。
LK Venture 投研团队认为，Layer 3 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 $ 1 B。Layer 3 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，Layer 3 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。
Layer 3 的另一个特点在于，任何在 Layer 3 上做的事，实际上都可以迁移到 Layer 2 ，本身只取决于 DA 层的选择。
如果 Layer 3 所依赖结算的 Layer 2 发生安全漏洞或者活跃度下降，Layer 3 可以低成本地迁移至其他 Layer 2 ，甚至直接依赖 Layer 1 进行 DA 和结算，变成 Layer 2 。由于其与以太坊生态的高度绑定，Layer 3 上可能诞生众多创新玩法。
从 Layer 3 到 LayerX 的展望
Layer 3 发展现状
6 月 22 日，Offchain Labs 发布了用于发行 Arbitrum Orbit Chain 的工具。Orbit Chain 是在 Arbitrum Layer 2 之上的 Layer 3 ，可以选择利用 Arbitrum One, Arbitrum Nova, Arbitrum Goerli 在内的三条 Layer 2 之一进行结算。用户可以自己选择使用 Rollup 或 Anytrust 技术，其区别在于 Anytrust 使用 DAC 而不用将交易数据提交至链上，价格更低廉，但是安全性稍弱。Orbit Chain 的优势在于其简单的发链流程、与 Arbitrum 生态的互操作性、Nitro 的即时更新以及 Stylus 提供的 EVM+ 兼容性（支持 Rust, C, C++ 编写，运行在 WASM 虚拟机）。用户可以无需可地定制化发行任何 Orbit Chain，但是必须在 Arbitrum Layer 2 上结算，否则需要联系 Offchain Labs 或者 Arbitrum DAO 获得授权。
6 月 26 日，zkSync 发布文章，宣称将在未来几周内对现有的开源代码进行修改，推出 ZK Stack，让用户能够使用其定制化构建自己的 ZK 超级链。与 Arbitrum 的 Orbit Chain 不同， ZK Stack 强调主权与互操作性，用户根据需求进行完全的定制化，使用 ZK Stack 构建的链可以实现无桥的互操作性。ZK Stack 既能够用于构建 Layer 2 也能够构建 Layer 3 ，官方并未对其进行限制，没有要求必须在 zkSync 上结算。从这点来看，ZK Stack 提供的主权似乎更强。
作为最早提出 Layer 3 概念的 StarkWare 团队，在其 Starknet 生态中也正在大力培植 Layer 3 的发展，Madara 正在为面向公众的 Stack 进行测试。在@PragmaOracle hackathon 中，有团队利用 Madara 在 24 小时内完成了应用链的发行。不过，由于 Starknet 采用独特的 zk-STARK 证明技术，技术成熟度相对较低，可能还需要更长时间的开发来完善产品，之后再面向公众发布 Starknet Stack。
当前 Layer 3 生态仍在早期阶段，但是随着各 Layer 2 便捷发链工具的推出，相信很快就会有 Layer 3 正式运行。当基础设施逐渐完善，如何吸引用户已经成为所有链最关注的问题。
Layer 3 来了，LayerX 还会远吗？
从技术原理上看，Layer 3 已经无法通过简单的堆叠获得性能上的飞跃。当然，Layer 3 可以通过定制化来获得特定的优势，但是通用性的损失会使得进一步的叠加变得困难。当然，只要愿意，这种层级化的叠加是可以无限进行的，但是，LK Venture 投研团队认为，目前而言这种叠加无法满足任何的需求，同时会导致系统复杂度的几何级升高。
最为重要的一点，尽管 Layer 1-Layer 2-Layer 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。在 Arbitrum One 上部署的合约，无法直接在 Orbit Chain 上调用；在 zkSync 上部署的 DEX 的流动性，无法直接汇聚到 ZK Stack 上。
现在的情况是，商场已经盖起来了，而且越来越高，但是没有多少商贩和顾客。尽管一层底商人满为患（以太坊），但是人们仍然不愿意前往高层商场消费，因为高层的商贩数量不如低层多。
因此，LK Venture 投研团队认为，在区块链技术获得超大规模应用前，Layer 3 恐怕都很难获得较高的用户量。至于 Layer 4、Layer 5 ……LayerN，即使有各别应用有特定需求，相信也不会打着 LayerN 的旗号进行宣传了。
古语云：道生一，一生二，二生三，三生万物。以太坊扩容的叙事，或将在 Layer 3 终结？可能还需要时间去检验。