以太坊扩容生态的核心：Rollup以及数据可用性（DA）解决方案

Defi之道 view 20993 2022-3-23 16:42

按照计划，在未来的3-9个月，以太坊将会迎来两次重要的升级，第一次是所谓的“The Merge”，简单理解就是目前的以太坊主网络将与信标链的权益证明（PoS）系统“合并”起来，这将标志着以太坊PoW时代的结束，以及网络向PoS共识机制的全面过渡。The Merge升级除了大大降低维护网络所需的能源消耗之外，还会减少90%的ETH新增区块奖励，这相当于ETH会经历三次“产量减半”，再加上EIP-1599燃烧机制销毁的ETH，这可能将对市场供需之间的关系产生非常大的影响。（注：在本文当中，我们不再使用以太坊2.0这个术语，它已经被以太坊基金会替换成了“The Merge”，）

而第二次升级的主要内容，就是近期Vitalik等人经常会提起的EIP-4844（又称proto-danksharding），这是部署danksharding扩容方案的第一步，也是以太坊解决扩容难题的重要一步。

而在本文当中，我们重点关注的，就是更新以太坊接下来的扩容路线图以及相关的生态项目进展。

注：以太坊扩容概念涉及到了侧链、状态通道、 Plasma 、数据分片、Rollup、danksharding、跨链桥、DA解决方案等概念，但社区目前的焦距点其实就剩下了后面几个，因此本文会围绕Rollup、danksharding以及相关的DA解决方案进行展开。

以太坊扩容生态的核心：Rollup以及数据可用性（DA）解决方案

扩容的瓶颈，以及以太坊采取的模块化扩容路线

在阐述以太坊采取的模块化扩容路线图之前，我们先来回答一个问题：当我们谈论区块链扩容时，我们谈论的到底是什么？

可能很多人会脱口而出：TPS ！

而这就是Solana对待扩容采取的思路，它采用了横向扩展的技术方案sealevel，旨在随硬件技术的发展逐渐实现扩容。

而在以太坊的扩容逻辑当中，可扩展性 = 验证所有交易的成本。

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因此，当一个系统的节点需要执行一切时，它就会遇到成本的问题。当市场的需求在短时间内大于节点的承载范围时，就会出现费用市场，这表现出gas费用飙升、网络确认严重延迟等糟糕现象，我们说，这种系统的可扩展性就是糟糕的（最早的以太坊就是最好的例子）。

而随着技术社区的不断研究和讨论，以太坊社区逐渐形成了以Rollup L2方案为执行层，以太坊主网为共识层和数据可用性（DA）层的模块化扩容共识（至于形成这个共识的历史，有兴趣的读者可以自行去研究，本文不会详细展开）。

简单来说，Rollup L2层将是大部分用户与整个以太坊系统进行交互的一层，绝大部分的tx行为会发生在这里，然后这些L2系统会将聚合的状态数据连同calldata存储在链上或链下（不同的方案会在下文中展开对比）。

而以太坊主网，则作为整个系统的安全共识层，并通过danksharding 数据扩容方案有效增强

Rollup L2层的可扩展性。

在简单了解了以太坊的扩容路线图之后，我们来了解一下涉及到的重点Rollup L2以及DA解决方案。

Optimistic Rollup VS zkRollup

关于采用欺诈证明的Optimistic Rollup以及采用有效性证明（zk解决方案）的zkRollup是什么，以及这些方案的优劣势对比文章已经非常多了，在过去的一年当中，由于Vitalik撰文提到zkRollup会是最终的Rollup扩容方案，再加上当前Optimistic Rollup网络费用较高、向L1主网提款存在1周限制等因素，社区对zkRollup方案的预期是大于Optimistic Rollup的。

而进入今年之后，随着Optimistic Rollup的一些短板问题得到解决（例如提款延迟），以及danksharding扩容方案被提出之后，Optimistic Rollup方案在中短期内更容易实现扩展的呼声变得越来越大。

下面，我们来简单了解一下当下最受期待的几个L2项目的情况（以下L2项目均未发行token）：

Arbitrum

当前网络TVL：31.2亿美元

Rollup类型：Optimistic Rollup

融资情况：种子轮 370 万美元，投资机构Pantera Capital

A轮2000万美元，B轮1亿美元（2021年9月），领投机构Lightspeed Venture Partners，其他参投方包括Polychain Capital、Ribbit Capital、Redpoint Ventures、Pantera Capital、Alameda Research以及 Mark Cuban，投后项目估值12亿美元，最新的项目估值未知。

以下是Arbitrum的生态图：

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（注：图片来自Eigen Network博客）

目前Arbitrum网络的TVL主要集中在SUSHISwap (SUSHI)、Abracadabra (SPELL)、GMX (GMX)、Curve (CRV)、dForce (DF)、Synapse (SYN)、Dopex (DPX)、Balancer (BAL)、UNIswap (UNI)以及Hundred Finance (HND)这10个应用上。

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数据来自 https://defillama.com/chain/Arbitrum

需要注意的一点是，尽管Arbitrum在TVL以及生态应用数量方面暂时处于领先的位置，但其github存储库‌更新频率似乎有所放缓。

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Optimism

当前网络TVL：5.3 亿美元

Rollup类型：Optimistic Rollup

融资情况：种子轮350万美元（2020年1月），投资机构 IDEO CoLab Ventures和Paradigm

A轮融资2500万美元（2021年2月），投资机构Andreessen Horowitz

B轮融资1.5亿美元（2022年3月17日），投资机构Andreessen Horowitz和Paradigm，投后项目估值16.5亿美元。

以下是Optimism的生态图：

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（注：图片来自coin98博客‌）

目前Optimism网络的TVL主要集中在Synthetix (SNX)、Uniswap (UNI)、Lyra (LYRA)、Synapse (SYN)、cBridge (CELR)、Perpetual Protocol (PERP)、Hop Protocol、ZipSwap (ZIP)、Connext以及G-UNI (GEL)这10个应用上，暂时落后于Arbitrum。

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数据来自 https://defillama.com/chain/Optimism

而在研发方面，Optimism团队的github存储库‌更新频率依然保持一个稳定的状态，并且该团队在今年2月份的ETHDenver大会上展示了mini-danksharding‌的研究成果，这也就是目前以太坊社区在积极讨论的EIP-4844原型。

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Starkware （StarkEx+StarkNet）

当前网络TVL：StarkEx 11.34亿美元（1、dydx 9.75亿美元，2、Immutable X 0.7 亿美元，3、DeversiFi 0.54亿美元，4、Sorare 0.35亿美元）

StarkNet：仍处于alpha测试阶段

方案类型：ZK Rollup（zk-STARK） +Validium+Volition

融资情况：种子轮 600万美元（2018年1月），投资方包括以太坊创始人Vitalik Buterin、Paradigm、Pantera Capital以及PolyChain，同年7月份，Starkware接受了以太坊基金会的1200万美元投资；

A轮融资3000万美元（2018年10月），红杉资本、Paradigm、Scalar Capital、Multichain Capital、Intel Capital、Semantic Ventures、Pantera等参与投资；

B轮融资7500万美金（2021年3月24日），Paradigm领投，红杉资本、Wing Venture Capital、Pantera Capital继续参投，包括Three Arrows Capital以及Alameda Research也参与了投资；

C轮融资5000万美金（2021年11月），红杉资本领投，Alameda Research、Paradigm、Three Arrows Capital等继续参与投资；

此外，最近Starkware还被曝出正在以60亿美元估值进行1亿美元的D轮融资，目前尚未被确认。

以下是由coin98整理的Starkware的生态图：

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在研发方面，Starkware甚至更进一步，该团队提出了L3的模块化设计，这可以为各种应用和用户提供定制化的服务和体验。

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此外，StarkWare采用的是Cairo语言，这有利于性能，但并不兼容EVM，因此现有以太坊主网的应用无法直接迁移到StarkNet，因此其生态的扩展，可能需要进行更多的教育和推广工作。

截至目前，尽管StarkNet的主网已经上线，但由于其仍处于alpha阶段，因此存在一些限制。

Matter Labs（zkSync）

当前网络TVL：zkSync 1.4亿美元

zkSync 2.0：仍处于测试阶段

方案类型：ZK Rollup（zk-SNARK）+ zkPorter

融资情况：种子轮 200万美元（2019年9月）， Placeholder领投，1kx、Dekrypt、Hashed以及Dragonfly跟投；

A轮融资 600万美元（2021年2月1日），USV 领投，Placeholder、1kx 和 Dragonfly 等参投；

B轮融资 5000万美元（2021年11月8日），Andreessen Horowitz领投，Placeholder、Dragonfly、1kx等机构参投，AAVE、Lido、Perpetual Protocol等70 多个以太坊生态团队参与了投资。

以下是zkSync的生态图：

以太坊扩容生态的核心：Rollup以及数据可用性（DA）解决方案

（完整生态名单可访问https://ecosystem.zksync.io/）

与StarkWare选择的定制化扩容路线不同，Matter Labs（zkSync）专注的是完整的EVM 兼容性，今年2月份，Matter Labs宣布了zkSync 2.0的公共测试网上线，这是第一个兼容EVM的 ZK Rollup。

尽管如此，zkSync 2.0距离进入实战应用阶段可能还有一段较长的时间。

而zkSync 2.0选择的链外数据可用性方案被称为zkPorter‌

Aztec Protocol

当前网络TVL：0.12亿美元

方案类型：ZK-ZK Rollup‌（PLONK）

融资情况：种子轮融资（2018年11月），ConsenSys Labs和Samos Investments

A轮融资（2021年12月16日），Paradigm领投，Ethereal Ventures、Variant Fund、Nascent、IOSG Ventures等参投；

作为一个专注于隐私保护的L2层，Aztec Protocol目前还没有展现出足够的吸引力，这需要更多的研发和市场推广工作。

数据可用性（DA）解决方案

以上，我们提到了一些当下最受社区期待的以太坊L2项目及其进展，而与它们相关的，则是配套的数据可用性（DA）解决方案。

目前，各大Rollup项目都是使用以太坊L1主网作为链上的数据可用性层，但这显然非常昂贵，并且可扩展性较差。因此，像StarkWare和zkSync采用了Validium、Volition以及zkPorter这样的链外数据可用性解决方案，这些方案要更便宜，但安全性和去中心化属性显然不及以太坊主网。而在今年年底，像danksharding、celestia、Polygon Avail等数据可用性方案也将陆续推出。

因此在这一部分，我们来具体聊一聊这些DA解决方案。

（注：实际上，所有的DA解决方案都会面临权衡取舍的困境，它们必须在成本和安全性之间进行权衡。）

Validiums

最初的validiums方案是使用零知识证明来验证交易有效性，并通过中心数据提供者将交易数据存储在链下，也因此，validiums方案是最便宜的，但其DA保证也是最糟糕的（即安全性最糟）；

由于这些安全问题，当前StarkWare选择的验证设计使用了一个委员会，而不是单个数据提供者。

数据可用性委员会 (DAC)

数据可用性委员会（DAC）可以被认为是具有多个节点的Validiums方案。

这些节点是受生态信任的参与方，他们将数据副本保存在链外，并在rollup运营商恶意行为的情况下将它们重新传递给公众。这些节点通过在链上发布签名来证明 L2 的数据是可用的。

DAC委员会通常由 7-10 名成员组成，因此在考虑到类似制裁这样的极端情况下，他们有权串通冻结（zk rollup的情况）或窃取（optimistic rollup的情况）用户的资金。

当然，好处是DAC委员会的成本是非常低的。

注：目前，Immutable X以及Sorare就是采用的DAC解决方案。

Volition

Volitions是一个让用户在链上和链下进行选择的数据可用性解决方案，当选择链上选项时，费用更高，但安全性更好，当选择链下选项时，费用更低，但安全性会较差。

Celestium （Celestia）

Celestium 是一个 L2 链，它使用Celestia作为数据可用性层，但使用以太坊主网作为结算和争议解决层。Celestium 可以被认为是一个无需许可的数据可用性委员会 (DAC)，它对数据可用性有额外的经济保证，因为如果委员会行为不当，他们可能会受到惩罚，因此其安全性保证相对DAC会更高一些，但在成本这个因素上，Celestia显然要高于DAC。此外，Polygon Avail也在尝试做类似的事情。

danksharding

在去年的时候，以太坊研发团队是计划通过数据分片来实现链上的数据可用性扩容，但由于其实现难度较大（可能需要数年的时间），这会给其他L1生态带来非常大的竞争机会。

而在Dankrad Feist提出名为danksharding的简化新分片设计后，以太坊的链上数据扩容进程将更快地实现，这会大大缓解竞争压力。

以太坊扩容生态的核心：Rollup以及数据可用性（DA）解决方案

作为以太坊链上DA解决方案，理论上danksharding的安全性自然是最高的，但关于成本这一项，目前还没有一个定论，根据polynya的说法‌，在danksharding未饱和的情况下，danksharding的成本要比validiums更低，但如果达到饱和状态，那么validiums以及其他DA解决方案的成本可能会更低。

这可能需要社区进行更多的研究。

笔者预计，如果加密市场进一步主流化，这些DA解决方案可能都会迎来自己的需求，而目前似乎也很难判断它们将占据多少比例的市场份额。