一文看懂Layer2和ETH2.0

作者是以太坊基金会下属机构Robust Incentives Group的科学家Barnabé Monnot。大量的图保证了文章的友好，作者的背景保证了严谨。

最近DeFi的主要项目都在密集的发布2.0版本的消息，仔细看过升级的细节就会发现，这些DeFi应用的升级在倒逼基础公链提速。

想提前布局的投资者，得看懂Layer2，要不然接下来除了追热度，都不知道咋投项目。

这是通往以太坊的道路。今天的以太坊就是eth2开发者所称的“eth1”，这是大家都知道并喜欢的当前工作证明(PoW)链。明天的以太坊不是eth1，也不是eth2，它只是……以太坊:eth2在今天的执行层上部署权益证明(PoS)和分片的综合成果。

今天让我们回溯一下。

用户想要做一些交易，所以他们把自己的交易发送给矿工，他们把它们打包成区块，并把他们的区块添加到一个不断增长的链中。矿工运行PoW共识机制1来决定下一个添加区块的对象，并执行区块中包含的事务，以确保它们是有效的。

PoW需要大量的硬件来运行密集的计算，这导致了过高的能耗。我们不会像大多数加密货币评论家所希望的的那样讨论浪费(“为什么我们需要一个使用的能量的支付系统??”)，但如果我们能用一个严格较小的KWh绝对值来做某事，我们就应该这样做。

因此，进入权益证明(PoS)，用一个smol服务器替换大量的采矿设备，用验证者替换矿工。

如果他们不完成第二步，他们也会失去硬币。

没错。那么第二步是什么?验证器到底在验证什么?

共识层确保每个人都同意正确的数据。执行层实际上是解释了这些数据，使其有意义。“数据”是与区块链的任意类型的交互，例如，部署合约，在交易所进行交易，发送付款等等。

区块链的心跳来自于在链中引入一个新的区块。当这种情况发生时，在新区块之前的状态和之后的状态之间存在状态转换。状态总结了之前在区块0到区块N=之间的所有数据。

例如，如果有一个状态包含Alice和Bob余额的分类账，并且新的区块包含了Bob向Alice支付的10个币，则该区块之后的状态将拥有新的余额。“N+1区块块后的状态”气泡右侧的虚线显示，一个新的区块可能会修改现有状态(例如，Alice和Bob的余额)或创建新状态(部署新合约，或将Carol添加到分类账中…

rollps和eth2工作的要点是解决第1点。我们的计划，不涉及共识和执行。那么会如何呢?

从2020年12月以来，我们有两家并行运作的链条:

在顶部，权益证明(PoS)-共识链(又称“信标链”)。

在最底层，Ol‘的可靠的PoW -共识+执行链(也称为。“eth1”)。

它们平行运行，但它们也相互沟通。好吧，现在还是一边倒…

为了成为PoS-共识链上的验证者，PoW -共识链+执行链上的用户锁定了存款合约中的32个ETH，这将自动转换为PoS-共识链。一旦验证者被激活，他们就可以开始验证并接受奖励。

这种一边倒的谈话希望不会持续太久。合并永久地连接了PoS-共识链和PoW -共识链+执行链之间的鸿沟，允许验证者为执行层生成区块。因此，在合并之后，我们有两个链:

相同的PoS-共识链

PoS支持的执行链(f.k.a，“eth1”)

当这种情况发生时，PoS -共识链的验证者最终将能够赎回和提取其收益和存款，并将它们发送回PoS支持的执行链。

所有这些本身就让我们从PoW环境转移到一个完全成熟的PoS环境。但是请注意，它并没有完全增加链的带宽--一个区块的执行量是多少--这是分片的目标。在讨论这个问题之前，我们先来讨论一下如果只有一个执行链，那么扩展执行的其他方法都有什么。

颜色：一致=紫色，执行=绿色，数据=黄色

rollup是众多可用的解决扩展方案之一，但从协议设计的角度来看，它可能提供了最佳的折衷方案。其方法很简单:通过在链上提交重建状态转换执行所需的数据来合成状态转换，并将执行推到链下。如果有人对执行结果有质疑，或者有人忘记了在第一时间执行，那么所有人都可以处理该数据。无需权限!

更准确地说，执行所需的数据(事务输入)与它的容器(事务)分离，并以节省空间的方式“绑定”。同时，rollup在执行链之外运行，提交数据并执行它。

为了“进行rollup”，用户将资产存放在rollup合约中的执行链(“eth1”)上，然后他们在rollup上做一些事情，比如在其他rollup上进行资产交易。一旦完成，用户就会从rollup中将资产撤回到执行链上。

什么是rollups的替代方案?如果不是这些垂直的黄色链，而是一堆平行的红色链呢?例如，如果eth1链是“复制的”，并且几个实例同时运行会怎样?

在这里是我们如何处理几个并行运行的多个执行链的问题。如果链条上发生了什么事需要别人知道怎么办?这是一个非常棘手的分片问题，也就是在多个链之间怎么划分执行的问题。

你会说“rollups也没什么不同!”，实际上这也是真的。当用户想从一个rollup对另一个rollup进行操作时，也会出现同样棘手的问题。然而，关键是存在一些rollup的设计，其解决方案的空间广阔，而且大多数还未被开发。那么，在将一种方法纳入协议级别之前，为什么不让rollup引导实验呢?

这就把我们带到了......

你听说过区块空间短缺吗?rollup确实需要发布它们的数据，而eth1区块空间非常少! 而且我们说过，交叉分片很难。因此，为了用我们的柠檬做柠檬汁，为什么不使用分片来保存需要发布的rollup数据呢?使用64个分片，这是现在可用带宽的64倍，而且可能更多，因为一个分片区块可能会比eth1链区块当前能够容纳的数据量高得多。

应该强调的是，这并不意味着在分片级别的执行永远是被排除在外。以rollup为中心的以太坊是一个短期到中期的发展方向，直到(例如)找到更好的加密原语来保证跨多个链的正确执行。这一切都非常迷人，应该会让很多人忙上很长一段时间。与此同时，rollup也是一个解决方案之一。

在这方面还有很多工作要做！首先，不要忘记Merge和数据分片是非常复杂的工作，目前有多个团队正在处理其中一个或两个。但即使在rollup方面，仍然有一些非常有趣的问题有待探索，而这些只是少数。

用户在rollps之间的大规模迁移是一个非常酷的概念。如果以足够多的公共交通工具来往于第一层(eth1)和第二层(rollps)之间，为什么你还要自己开车去呢?这有什么经济学意义吗?

如果我想在邻近的rollup上做一些事情，因为他们有一些很酷的东西，而我的rollup没有，那我是否从我自己的rollup到L1，然后从L1到邻近的rollup?这似乎相当浪费。

对于当前的操作来说，rollup是一个巨大的带宽改进，这是毫无疑问的，然而rollup并不是无限高速公路用户所期望的，但仍然有很多人想要做很多事情，有时甚至是在同一瞬间！因此，rollps自然要处理拥塞问题，但是它与L1协议(即将发布的eip1559)所规定的拥塞市场相反，rollps有更大的设计空间可以探索。

说到拥塞，这是更特定于协议的，但我们还会看到EIP1559扮演交通警察的角色，来调节每个数据分片上发布的数据量，以确保验证者能够应付的数量。如果用户认为一种eip1559机制很酷，那么请等到有64种机制在运行时再考虑。那么，rollups应该在哪里发布数据呢?在一个分片上只是使其可访问而无需为正在听的人跳分片？在多个分片上，要利用分片交错计划，分片依次发布一个新区块，这样我们距离新区块发布数据的时间就不会超过几百毫秒，难道这不是快速终结应用程序的理想选择吗?