LK Venture研报｜Layer3 能否带来应用链生态的大爆发？

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。

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• Coin Metrics：分析以太坊 Blob 与 EIP-4844 的影响

  自3月13日起，多个Layer-2解决方案采用blob交易，超过950,000个blob已发布到以太坊，降低了操作成本。EIP-4844升级提高了L2的可伸缩性和降低交易成本，每天约有10,000个blob发布。blob被设计为18天后过期，防止永久存储膨胀。随着rollups使用blob发布大量数据，blob空间利用率将增加。blob费用根据需求动态调整，4月份因铭文blob激增而增加，但随后又降低。Blob的采用是EIP-4844降低数据存储开销和增强L2可伸缩性的积极信号。然而，跨资产、流动性和用户体验碎片化等挑战仍需解决。随着更多L2利用blob，拥塞可能会再次出现。

• Stacks Nakamoto 升级，BTC生态的文艺复兴

  Stacks是一个跨链共识区块链，旨在将智能合约功能移植到比特币网络中。其共识机制为转移证明，通过燃烧比特币来参与挖矿。Stacks 2.0主网已推出，获得美国证券交易委员会批准的代币销售。Stacks 3.0升级解决了安全性、性能和可扩展性等问题，引入签名者角色，提高链的可扩展性。Nakamoto升级解决了MEV问题，提高了挖矿过程的公平性和稳定性。升级将在4月22日开始，提高Stacks区块链的透明度和信任度。

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。

如果Layer3所依赖结算的Layer2发生安全漏洞或者活跃度下降，Layer3可以低成本地迁移至其他Layer2，甚至直接依赖Layer1进行DA和结算，变成Layer2。由于其与以太坊生态的高度绑定，Layer3上可能诞生众多创新玩法。

从Layer3到 LayerX的展望

Layer3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 Layer2之上的Layer3，可以选择利用Arbitrum One, Arbitrum Nova, Arbitrum Goerli在内的三条Layer2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 Layer2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Layer2也能够构建Layer3，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Layer3概念的StarkWare团队，在其Starknet生态中也正在大力培植Layer3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Layer3生态仍在早期阶段，但是随着各Layer2便捷发链工具的推出，相信很快就会有Layer3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。

Layer3来了，LayerX还会远吗？

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。当然，Layer3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Layer1-Layer2-Layer3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，Layer3恐怕都很难获得较高的用户量。至于Layer4、Layer5……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Layer3终结？可能还需要时间去检验。

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