财富商机

Layer 2竞争格局分析: 生态资源和L2性能是核心竞争力

以太坊是当之无愧的公链霸主,如图1所示,根据A16Z的2022年的加密市场报告,人们每日在以太坊上花费的gasfee是第2名到第6名L1的总和的6倍,这可以很好地说明人们在以太坊上交互的强烈需求。但以太坊缺点非常明显,一般来说其TPS只能达到15,反映到用户端则会导致用户每次普通转账的gasfee都高达2-20美元,其 .....

严正声明:原创文章,未经允许,不得转载。转载时务必注明作者及文章来源:今日新闻网-Layer 2竞争格局分析: 生态资源和L2性能是核心竞争力,否则必举报并保留进一步追责的权利。

以太坊是当之无愧的公链霸主,如图1所示,根据A16Z的2022年的加密市场报告,人们每日在以太坊上花费的gas fee是第2名到第6名L1的总和的6倍,这可以很好地说明人们在以太坊上交互的强烈需求。但以太坊缺点非常明显,一般来说其TPS只能达到15,反映到用户端则会导致用户每次普通转账的gas fee都高达2-20美元,其余交互操作只会比转账更复杂、费用更高。每次于应用交互都要付出几美元“操作费”在传统互联网是不可想象的。但即便如此,用户对以太坊网络的使用需求依然远远大于其他公链,这得益于以太坊的3个壁垒:

其最主要的壁垒是网络效应,为了进一步论证这一点,我们可以回想一下操作系统的发展历史:Web1巨头微软就靠着其操作系统Windows称霸至今,即使Windows的功能饱受诟病,其地位到现在依然无人可以撼动,其壁垒就是巨大的开发者-用户-软件三边网络效应。公链和操作系统的性质很像,上面的开发者,用户,项目 越多,其价值越大,其网络效应壁垒也越强,也就越能垄断市场。

国企数字化转型提速

但以太坊的扩展性问题必须得到解决,否则必然无法撑起今后整个庞大加密市场的交互。在区块链的不可能三角 中,以太坊牺牲了可扩展性,选择了去中心化和安全 ,所幸,模块化区块链的框架可以很好地解决这个问题。

我们可以把一条公链的功能解耦为共识层、执行层和数据可用性层。当这三个功能都需由同一公链解决时,它就会被不可能三角限制。模块化区块链的意思就是让共识层、执行层和数据可用性层由不同逻辑主体执行,这样就可以破除不可能三角的难题。以现在的主流扩容方案rollup举例,rollup把执行层放在链下以获得可扩展性,把共识层和数据可用性层放在链上以保证安全和去中心化,最后用optimistic或者zk的方案让链下执行结果被链上验证,将这三层整合为一个同时拥有可扩展性、去中心化和安全的整体。Rollup方案的细节将在下文详述。

Rollup已经成为现阶段以太坊扩容最理想的解决方案。2020年底,V神发布了文章“以rollup为中心的以太坊路线图”;在2022年V神在ETH上海峰会上也再次肯定了Rollup的历史地位;以太坊的Danksharding等技术也是专门为rollup准备的。在以太坊扩容成功后,以太坊最大的缺点就会被解决,其余以可扩展性为卖点的L1公链的优势就会大大减小甚至消失,从而被进一步被压缩生存空间。相对地,以太坊的垄断地位会进一步提升,开发者-用户-项目的网络效应将更加明显,以太坊从而获得整个加密世界更大的份额。

那么L2们会怎么发展呢?迁移至L2的项目可以同时享有可扩展性、去中心化和安全。同时,因为L2们是基于以太坊的,而且以太坊也对L2非常支持,所以它们也拥有legitimacy。因此,项目在以太坊路线图的指引和社区的鼓动下大规模迁徙至L2是大概率事件,而L2的头部项目则有可能继承大量以太坊的用户 、开发者、项目,形成巨大的网络效应,垄断以太坊内部生态,捕获巨大价值。

以太坊的扩容路线有两条,一条是链上扩容,主要使用分片技术,是ETH 2.0的目标之一。然而,分片的技术困难非常大,ETH一开始目标是做1024个分片,后来发现太过困难,决定缩减至64个分片。但即使如此,现在离部署64个分片还有一段距离。所幸,以太坊的另一条扩容路线,也就是Layer 2,已经做出了巨大突破,并且已经有不少项目落地,处在生态爆发前夕。

最先被实现的layer2是状态通道 ,它可以让两者在常数的gas开销下进行无数次交易,但其功用显然十分有限——用户每与一个人交易都需要建立一次链接,而且能做的操作非常有限。其次被实现的就是侧链 ,简单来说就是开辟一条新的、可扩展性更好但是安全性更差的链帮助主链分担计算量。用户可以把一定资产转移到侧链,进行若干次交易之后,再转回主链。侧链的问题是,其安全性得不到保证。与主链相比,侧链缺乏足够的计算能力来维持共识,这就使侧链可能被矿工攻击。

紧接着就是Optimistic Rollups、Zk Rollup、Plasma和Validium / Zk porter方案。它们的大致的方法论是,把计算执行过程下放至链下,然后再用零知识证明/欺诈证明的方法,在链上证明智能合约运行的正确性。其主要区别如下图所示:

国企数字化转型提速

Plasma :

为了提高可扩展性,在Plasma方案中,智能合约将在链下找一个节点运行,然后再把运行结果放回链上。但我们怎么知道这个链下节点没有恶意,其运算结果是正确的呢?方法很简单,只需要把程序在链上跑一遍就可以了。但显然,如果这样做的话,那可扩展性就会退回到L1的水平,因此我们使用欺诈证明来解决这个问题:平时合约的运算结果将直接被放在链上,我们暂且乐观地认为运行结果是正确的;然而,任何人都可以对某次合约的运行结果发起挑战,质疑某次合约运行的正确性,接到挑战后L1就会把合约在链上运行一遍,以检查合约运算是否真的有问题。如果挑战成功,上传错误结果的恶意节点将被罚款,而挑战者则能获得一部分罚款,紧接着整条链将被回滚以消除错误结果。如果有L2的资金想要提取回L1,那么他们需要等待7天 ,以让挑战者们有足够的时间检查运行结果以进行挑战。L1就像法官一样,法官不会参与人们的每次交互,而是等有人提出诉讼 的时候再主持公道,毕竟人们绝大部分的交互都是良性的,每次都进行公正成本过大。

然而Plasma方案提出后很快就被放弃了,原因是Plasma并没有保证数据可用性的安全。上文提到过,我们可以把公链的功能解耦为三层:共识层、执行层和数据可用性层。而Plasma为了可扩展性直接抛弃了数据可用性层——Plasma把原始交易数据全部存在了不安全的链下。这会发生什么问题呢?假设本来应该储存原始交易数据的节点不再提供原始交易数据供用户下载,那么将没有任何人可以运行原始交易数据对异常运行结果发起挑战,用户的资金也可能因此而被盗。

Optimistic Rollups :

Optimistic Rollups使用和Plasma一样的欺诈证明保证合约运行的正确性,并且通过把签名聚合后的原始交易数据上传至无法篡改、无需许可的L1以解决Plasma的数据可用性问题。相应的,因为原始交易数据还是被打包上传至L1,原始交易数据的空间占用成为了性能瓶颈,Optimistic Rollups的TPS会比Plasma低不少,但是依然大幅提升了以太坊的可扩展性。

那么,Optimistic Rollups是否有额外安全风险呢?欺诈证明使用经济学保证如果有合约的运行结果有误,那么就会有挑战者将其指出。也就是说,只要还有一个良性节点在检查交易结果,欺诈证明下的Optimistic Rollups的安全性就与L1相同。

Validium / Zk porter :

与Plasma类似,为了提升可扩展性,智能合约将在链下运行,然后再把运行结果放回链上。不同于欺诈证明,Validium / Zk porter 使用零知识证明来证明链下合约运行的正确性。 零知识证明 同时具备隐私性和扩展性。具备隐私性的原因是,零知识证明是零知识的,也就是说不需要提供原始交易信息,零知识证明就能证明合约运行的正确性。具备扩展性的原因是,验证零知识证明的正确性的速度远快于把整一套程序运行一遍以验证合约运行的正确性。

因此,在Validium / Zk porter解决方案中,链下节点除了要运行合约外,还需要额外构建一个零知识证明,并将之上传至链上,让L1验证零知识证明的正确性,从而验证合约运行的正确性。构建一个零知识证明的计算量是较大的,但因为是链下运行,其成本相对来说较低。

这就像当我们想让1000人对一道数学题的答案取得51%共识的时候,一种方法是让1000人都把数学题做一遍,看看是否有51%以上的人的答案相同,但这样显然效率很低;另一种方法是让一个人把题目做一遍,并且写下计算过程,然后那1000个人只需要检查计算过程的正确性就可以了,而不用自己把题做一遍,这可以大大提升效率。前者就像直接在L1上运行合约,而后者则像是在使用零知识证明的L2运行合约。

同样地,因为Validium / Zk porter的数据储存在链下,它也具有数据可用性存在风险的问题。如果链下提供原始交易数据的节点不再公开数据,而又没有其他节点保留了完整数据,那么Validium / Zk porter系统就会停运,因为没人可以恢复在L2上的活动数据,包括每个账户的余额。但Validium / Zk porter仍相对Plasma安全,因为用户的资金不会因为系统停运了而被盗。L2停运了没有人可以获益,链下节点甚至会因为质押了“保证金”而蒙受损失,这可以减少恶意节点攻击Validium / Zk porter系统的几率。

Zk Rollup :

Zk Rollup使用和Validium / Zk porter一样的零知识证明来保证合约运行的正确性,并且通过把压缩后的原始交易数据上传进不可篡改、无需许可的L1以解决Validium / Zk porter的数据可用性问题。和Optimistic Rollup不同的是,zk Rollup的数据压缩率更高,因为原始交易的某些数据 可以被一起融入到本用于证明合约运行正确性的零知识证明中。更高的压缩率也使得zk Rollup的TPS比Optimistic Rollups快近一个数量级。 zk Rollup使用数学和密码学的方式保证了合约运行的正确性,理论上保证了其安全性和L1相同。其问题在于1) 制造一个对零知识证明友好的EVM 在技术上有许多困难,这使得zk Rollup的落地速度会慢于Optimistic Rollups;2) 生成一个零知识证明 需要成本,现今许多团队正在改进zk算法/硬件以减少生成ZKP的成本和增加其生成速度。尽管zk Rollup有这些问题,因为其更高的可扩展性、安全性和正统性,我认为zk Rollup将有更大概率最终胜出。

要研究什么是L2的核心竞争要素,我们就得先分析L1的核心竞争要素。公链最重要的壁垒是开发者-用户-项目的网络效应,以太坊是最佳例子。那么,对于一个新兴公链来说,谁拥有吸引开发者、用户、项目的特质,谁就最有可能成功,我们称这些特质为公链赛道的竞争要素。

回顾现在获得一定成功的公链的发展路线,我们可以发现其路径是非常相似的:

Solana:Solana采用创新的PoH 时钟机制,大幅提升了其吞吐量。Solana的高性能被SBF所赏识,因此FTX在Solana上搭建其新DEX平台——Serum,FTX 背后的SBF也为Solana站台。Solana背后的金主Multicoin 也利用自己的庞大的资源帮Solana大力扩展了生态。紧接着Solana举办了三次黑客马拉松,鉴于SBF和Multicoin的影响力,第一次黑客马拉松就有1000开发者参加,第二次人数提升到了3000,最后一次则达到了惊人的13000人。此时SOL代币价格已经暴涨,Solona也拥有了大量开发者和用户,生态也逐渐完善。

BSC:币安智能链BSC是一条由顶级交易所币安创造的高性能、EVM兼容、但较中心化的公链。币安作为全球最顶级的交易所,拥有大量的流量和财力,并且也是对bsc的顶级背书,这为BSC的发展带来了很有利的条件。有了币安的支持,BSC开始大力发展生态布局: BSC举办多次黑客松活动,多期开发者资助计划BSC Grant,以及价值1亿美元的BSC生态加速计划 。币安的生态在这些活动的帮助下快速发展,加上币安导入的流量,很快形成了一定的开发者-用户-项目的网络效应,BNB价格也跟着快速增长。

Avalanche:Avalanche用了创新的雪崩共识协议来提升链的性能,其背后是 A16Z,Polychain,Three Arrows Capital等头部基金。除了其性能较高以外,他还有可以部署EVM子网的功能,这可以吸引想要自成一链的项目进入Avalanche。1.8 亿美元的流动性挖矿生态激励计划Avalanche Rush推出后,头部defi项目Aave,Curve和Sushi登陆Avalanche,其TVL也在半个月内猛涨10倍,开发者-用户-项目的网络效应就此形成。

Polygon PoS:Polygon PoS是以太坊EVM兼容的PoS侧链,在牺牲一定安全性的情况下拥有较高的性能。另外,作为被以太坊认可的侧链 ,其具备一定正统性,这使得以太坊头部项目可以放心迁移至性能较高的Polygon而无须担心其品牌受损。Polygon在技术设施相对完善之后启动了1亿美元的基金来推动Polygon网络上的的生态,这吸引了许多以太坊头部项目如1inch、Opensea、Super Rare以及大量用户和开发者,开发者-用户-项目的网络效应就此形成。

总结以上例子,我们认为早期公链的主要竞争要素 为:

1) 生态资源:如果拥有顶级交易所/大V/基金/项目/的支持,它们可以为公链导入用户、开发者和项目,这可以加快公链生态的发展,快速形成网络效应,从而吸引更多用户、开发者和项目进入此公链,否则较难突破公链一开始用户、开发者和项目三无的恶性循环。

2) 公链特性:公链的各项功能必须有一项以上优于以太坊,一方面这样可以吸引需要这项功能的项目 ,另一方面可以让开发者/用户认为这条公链技术上是先进的,未来可期。

3) 迁移难度:主要为是否兼容EVM,若兼容,以太坊开发者和项目都可以轻松迁移,降低转换成本,更受开发者喜欢。A16Z最新的2022报告的数据显示,EVM兼容链上的开发者增加了120%,而非EVM兼容链的开发者数量在2021年仅增加了84%。

L2与L1赛道有几点不同:

因此,早期的L2赛道和主要竞争要素 为:

1) 生态资源:与L1一样,顶级交易所/大V/基金/项目可以帮助公链快速建立网络效应。

2) L2特性 :更高的性能是L2的主要优点,可以为用户带来更好的体验,可以增加项目的竞争力与先进性;在人们预期中,crypto领域会越来越大,公链的交互量会在未来几年暴增。因此,在预期中,性能越强的公链就越难被淘汰。

3) 迁移难度:主要为是否兼容EVM,这直接导致了以太坊项目迁移的开发成本和开发者迁移的转换成本。

4) 正统性:越被“正统”以太坊社区认可的,越符合加密精神的L2,正统性越高。一方面,这可以获得以太坊社区的资源,另一方面,这可以吸引大量“正统”项目、开发者、和用户迁移。

按照这个框架,我们对比一下zk系和optimistic系,我们会发现,zk系有更大胜算:

1) 生态资源: zk系≈optimistic系。除了以太坊社区的大V ,暂时各顶级交易所和顶级大V没有明显的站队,双方也都有不少头部项目,还需再继续观察。

2) L2性能&安全性: zk系>>optimistic系。对于zk Rollups和Optimistic Rollup,因为zk proof可以顺带压缩交易数据里的其他信息如签名,zk的TPS是optimistic的几倍 。并且如果要把资产从optimistic提回L1需要一周时间等待争议期过去,而zk则不需要。对于Validium / Zk porter 和Plasma ,前者的安全性要比后者高不少,以至于Validium / Zk porter仍被zkSync和Starkware使用,而Plasma已经被弃用。

3) 迁移难度: zk系

4) 正统性: zk系>optimistic系。从原理上看,zk使用数学和密码学保证其安全性,而optimistic用的是经济学,前者比后者更安全、更符合用代码构建信任的加密精神。从以太坊社区共识上看,可以感受到人们长期来看更倾向于zk系。例如,V神曾公开表示“短期看好Optimistic模式,长期更关注zk的表现”。在推特上,V神发表过40篇和zk Rollups相关的推文,而只发表过26篇和Optimistic Rollups相关的推文。

总的来说,2) 和4) 都是zk占优,只有3) 暂时是optimistic占优,总体来说zk系成为现阶段最终解决方案的几率要大不少。Optimistic唯一的机会是趁现在zk系L2的基础设施不完善,还在忙于解决技术问题时,找到强力的资源合作方,大规模扩张optimistic系L2的生态,提前侵占以太坊的大部分份额,用巨大的网络效应来抵御zk系L2的进攻。 鉴于我们认为zk系赢面更大,接下来我们将分析zk系rollup赛道的竞争格局。

本文主要介绍zk系L2的四大玩家,Starkware、ZkSync、Polygon Hermes和Scroll,其竞争要素摘要如下图:

国企数字化转型提速

团队:Starkware 成立于2018年,其团队有非常强的密码学背景,发表了非常多学术论文,开拓零知识证明前沿理论,其中一位联创还是Zcash 的联创与Zerocash协议的合著者。

技术:Starkware使用自己发明的STARK技术,比起另一种更通用的零知识证明技术SNARK来说,STARK证明生成地更快、而且可以抵抗量子计算机的攻击,代价是证明占用空间更大,验证证明的时间较慢,较不成熟,也更难兼容EVM。

产品:Starkware拥有StarkEx和Starknet两个产品。StarkEx可以帮客户定制化扩容,用户可基于安全性和效率的考量而选择使用其zk Rollup模式或者Validium模式,目前有 dYdX、Immutable等项目,不过StarkEx并不是通用型L2,在此暂且不讨论。Starknet是一个zk系的通用L2。Starknet基于cairo VM 。为了使cairo VM兼容EVM,Starkware与其他公司合作,推出了Warp: 一个可以将Solidity合约转换为Cairo合约的代码转译器,这让Starknet一定程度上达到了语言级EVM兼容。

当前情况:当前Starkent生态发展一般,几乎没有头部项目,虽然Aave,Maker等头部项目都计划支持Starknet。目前其TVL只有51万美元。

融资:Starkware一共融资近3亿美元,最新一轮融资由Greenoaks Capital,Coatue以及 Tiger Global领投,融资额为1亿美元,估值达到了80亿美元。其资方背景非常雄厚,以太坊方包括了V神和以太坊基金会,资本方包括了红杉、Paradigm、Multichain Capital、Three Arrows Capital、红杉、Tiger Global、Alameda 等大基金。

竞争要素分析:

总结:Starkware团队技术能力非常强劲,产品完整度相对较高,背后有众多明星资本支持,是zk L2中估值最高的项目,现金流非常充裕。然而,其生态资源一般,EVM兼容性也不好,这可能成为其搭建生态的阻力。

团队:zkSync的团队没有Starkware听上去那么惊人。Alex Gluchowski 是zkSync 创始人,高能物理学的博士,曾担任 PaulCamper 首席技术官。ZkSync 声称自己是一个对自由、区块链和数学充满热情的工程师团队,其余与团队有关的信息则鲜有流出。但我们从zkSync 2.0的技术突破中可以看到其办事效率很高。

技术:zkSync使用SNARK 技术构建其zk系统。相比于Starkware的STARK,SNARK的好处是其空间占用更小,并且验证证明更快,技术也相对成熟。

产品:zkSync 2.0是第一个 兼容EVM的L2。相比于Starkware,zkSync开发的时候就考虑了EVM的一些指令集,因此zkSync更兼容EVM,项目更容易迁移。同样的,用户可基于安全性和效率的考量而选择使用其zk Rollup模式或者Validium模式。

当前情况:生态较Starkware繁荣,已上线1inch,yearn等头部defi项目,目前TVL有6千万美元。

融资:ZkSync一共融资5000万+美元,资方主要包括以太坊基金会、VC、CEX和生态合作项目。ZkSync背后的大基金有a16z,USV,Dragonfly等,交易所有Binance,火币,ByBit、OKEx等,合作生态项目有Aave、Balancer、1inch、Curve、Lido等。大量的CEX和生态合作项目可以为ZkSync导入大量项目和流量,使zkSync能更快地建立起网络效应。

竞争要素分析:

总结:zkSync产品完整度相对较高,其EVM兼容性较Starkware好,背后有众多CEX和生态合作项目,拥有较好的生态资源。然而其EVM兼容性仍没有达到字节码级别,以太坊项目迁移仍有一定成本。

团队:Polygon 团队成立于2017年7月,由三位印度加密爱好者创办,联创大部分都是连续创业者。其中,Polygon的CEO, Jaynti Kanani, 是Plasma MVP落地的第一个核心贡献者, Walletconnect协议的第一个Node实现也由他编写。他还为不少web3协议做出过贡献。

技术&产品&当前情况:Polygon团队意图为以太坊打造一整套扩容方案,这也是Polygon名字的来源,因此Polygon有多个和扩容相关的产品和技术,在此我们简要地介绍现在已经较成熟的Polygon PoS公链和其余与zk L2相关的产品。

1) Polygon PoS:这条公链已经发展比较成熟,它属于以太坊的侧链,兼容EVM,在牺牲一定安全性的情况下大幅提升了其扩展性。Polygon PoS在DeFi Summer之前就已经推出,经过多年的发展,Polygon PoS现在已经有较为完整的生态:其已经吸引了1亿+个钱包,拥有非常完备的起初设施,拥有Curve,AAVE,Uniswap,Opensea等头部项目,且已经有上千个Dapp部署在了Polygon上。其TVL已经达到了25亿美元。

2) Polygon Hermez:2021年8月,Polygon 宣布以 2.5 亿美元收购Hermez,并改名为Polygon Hermez。目前已上线的Polygon Hermez是L2支付平台,主要支持转账交易。Polygon Hermez的重头戏是其计划在近几个月发布测试网的Polygon Hermez 2.0,这是一个字节码级兼容EVM的zk Rollup解决方案。相比于Starkware或者zkSync的语言级兼容,Hermez字节码级的兼容性可以让以太坊上的项目以更小的代价迁移,并且对习惯EVM环境的开发者更友好。

3) Ploygon Zero:2021年 12月,Polygon收购Mir Protocol团队 ,并让Mir团队打造最快的zk roullup——Ploygon Zero。其使用SNARK路线的Plonky2技术,此技术可以大大加快zk证明的生成速度。Ploygon Zero产品完整度相对较低,还未推出时间表,预计近期不会上线。

4) Polygon Miden:Miden使用的是较为不成熟、gas成本更高,但是有量子安全性的STARK技术。其创建了语言级EVM兼容的Miden VM 。Miden还在研发中,预计于2023年第一季度推出。 Polygon还推出了专注隐私的L2,数据可用性解决方案,区块链开发框架等产品,产品覆盖面非常广。

融资:Matic 现在完全稀释后市值为42亿美元 ,目前币价市值排名第18。其最新一轮私募融资发生在2022年2月,融资额为4.5亿美元,资方有软银、红杉、Galaxy、Tiger等头部基金。

竞争要素分析:

总结:Polygon因为其PoS链的成功拥有大量生态资源,同时下注多个技术路线 的发展方针也让其可以建立起一个L2的多链生态。同时,PoS链的成功也令其团队有运营和管理公链生态的经验。然而,其产品完成度较低,仍未上线通用版本,有可能会因此错失良机,导致大量用户、开发者和项目先一步被其他L2吸收。

团队:Scroll团队成立2021年1月,由三位中国人创办,现有大约20余名员工。联创Sandy Peng曾是Fission Capital合伙人;联创Ye Zhang北大本科毕业,研究方向就是zk,曾发表相关顶会;联创Haichen Shen是UW博士,有多年在亚马逊的工作经验。Scroll团队现与以太坊基金会的Applied ZKP团队合作打造字节级兼容的EVM。

技术&产品&当前情况:Scroll主要使用SNARK技术打造可以让以太坊上的项目无缝迁移的zkEVM。Scroll还在构建一个去中心化的zk证明生成网络以让zk证明的生成也去中心化,并研制zk证明加速算法 以及相应硬件。Scroll团队预计在2022年7月部署测试网,并在2023年启动主网。

融资:Scroll于2022年4月完成3000万美元 A 轮融资,Polychain Capital 领投,Bain Capital Crypto、Robot Ventures等基金,以太坊基金会的Ying Tong等天使投资人参投。

竞争要素分析:

总结:Scroll字节码级兼容EVM,可以让项目无缝迁移至L2,大大减低了其迁移难度,并且由于其与以太坊基金会的Applied ZKP团队合作,而且资方有一些以太坊社区的成员,有一定正统性。但Scroll成立相对较晚,产品完整度暂时相对较低,还需要一定时间才能上线,而且其生态资源因为仍在发展早期相对较少,还需继续观察其后续发展。

以太坊是当之无愧的公链霸主,如图1所示,根据A16Z的2022年的加密市场报告,人们每日在以太坊上花费的gas fee是第2名到第6名L1的总和的6倍,这可以很好地说明人们在以太坊上交互的强烈需求。但以太坊缺点非常明显,一般来说其TPS只能达到15,反映到用户端则会导致用户每次普通转账的gas fee都高达2-20美元,其余交互操作只会比转账更复杂、费用更高。每次于应用交互都要付出几美元“操作费”在传统互联网是不可想象的。但即便如此,用户对以太坊网络的使用需求依然远远大于其他公链,这得益于以太坊的3个壁垒:

其最主要的壁垒是网络效应,为了进一步论证这一点,我们可以回想一下操作系统的发展历史:Web1巨头微软就靠着其操作系统Windows称霸至今,即使Windows的功能饱受诟病,其地位到现在依然无人可以撼动,其壁垒就是巨大的开发者-用户-软件三边网络效应。公链和操作系统的性质很像,上面的开发者,用户,项目 越多,其价值越大,其网络效应壁垒也越强,也就越能垄断市场。

但以太坊的扩展性问题必须得到解决,否则必然无法撑起今后整个庞大加密市场的交互。在区块链的不可能三角 中,以太坊牺牲了可扩展性,选择了去中心化和安全 ,所幸,模块化区块链的框架可以很好地解决这个问题。

我们可以把一条公链的功能解耦为共识层、执行层和数据可用性层。当这三个功能都需由同一公链解决时,它就会被不可能三角限制。模块化区块链的意思就是让共识层、执行层和数据可用性层由不同逻辑主体执行,这样就可以破除不可能三角的难题。以现在的主流扩容方案rollup举例,rollup把执行层放在链下以获得可扩展性,把共识层和数据可用性层放在链上以保证安全和去中心化,最后用optimistic或者zk的方案让链下执行结果被链上验证,将这三层整合为一个同时拥有可扩展性、去中心化和安全的整体。Rollup方案的细节将在下文详述。

Rollup已经成为现阶段以太坊扩容最理想的解决方案。2020年底,V神发布了文章“以rollup为中心的以太坊路线图”;在2022年V神在ETH上海峰会上也再次肯定了Rollup的历史地位;以太坊的Danksharding等技术也是专门为rollup准备的。在以太坊扩容成功后,以太坊最大的缺点就会被解决,其余以可扩展性为卖点的L1公链的优势就会大大减小甚至消失,从而被进一步被压缩生存空间。相对地,以太坊的垄断地位会进一步提升,开发者-用户-项目的网络效应将更加明显,以太坊从而获得整个加密世界更大的份额。

那么L2们会怎么发展呢?迁移至L2的项目可以同时享有可扩展性、去中心化和安全。同时,因为L2们是基于以太坊的,而且以太坊也对L2非常支持,所以它们也拥有legitimacy。因此,项目在以太坊路线图的指引和社区的鼓动下大规模迁徙至L2是大概率事件,而L2的头部项目则有可能继承大量以太坊的用户 、开发者、项目,形成巨大的网络效应,垄断以太坊内部生态,捕获巨大价值。

以太坊的扩容路线有两条,一条是链上扩容,主要使用分片技术,是ETH 2.0的目标之一。然而,分片的技术困难非常大,ETH一开始目标是做1024个分片,后来发现太过困难,决定缩减至64个分片。但即使如此,现在离部署64个分片还有一段距离。所幸,以太坊的另一条扩容路线,也就是Layer 2,已经做出了巨大突破,并且已经有不少项目落地,处在生态爆发前夕。

最先被实现的layer2是状态通道 ,它可以让两者在常数的gas开销下进行无数次交易,但其功用显然十分有限——用户每与一个人交易都需要建立一次链接,而且能做的操作非常有限。其次被实现的就是侧链 ,简单来说就是开辟一条新的、可扩展性更好但是安全性更差的链帮助主链分担计算量。用户可以把一定资产转移到侧链,进行若干次交易之后,再转回主链。侧链的问题是,其安全性得不到保证。与主链相比,侧链缺乏足够的计算能力来维持共识,这就使侧链可能被矿工攻击。

紧接着就是Optimistic Rollups、Zk Rollup、Plasma和Validium / Zk porter方案。它们的大致的方法论是,把计算执行过程下放至链下,然后再用零知识证明/欺诈证明的方法,在链上证明智能合约运行的正确性。其主要区别如下图所示:

Plasma :

为了提高可扩展性,在Plasma方案中,智能合约将在链下找一个节点运行,然后再把运行结果放回链上。但我们怎么知道这个链下节点没有恶意,其运算结果是正确的呢?方法很简单,只需要把程序在链上跑一遍就可以了。但显然,如果这样做的话,那可扩展性就会退回到L1的水平,因此我们使用欺诈证明来解决这个问题:平时合约的运算结果将直接被放在链上,我们暂且乐观地认为运行结果是正确的;然而,任何人都可以对某次合约的运行结果发起挑战,质疑某次合约运行的正确性,接到挑战后L1就会把合约在链上运行一遍,以检查合约运算是否真的有问题。如果挑战成功,上传错误结果的恶意节点将被罚款,而挑战者则能获得一部分罚款,紧接着整条链将被回滚以消除错误结果。如果有L2的资金想要提取回L1,那么他们需要等待7天 ,以让挑战者们有足够的时间检查运行结果以进行挑战。L1就像法官一样,法官不会参与人们的每次交互,而是等有人提出诉讼 的时候再主持公道,毕竟人们绝大部分的交互都是良性的,每次都进行公正成本过大。

然而Plasma方案提出后很快就被放弃了,原因是Plasma并没有保证数据可用性的安全。上文提到过,我们可以把公链的功能解耦为三层:共识层、执行层和数据可用性层。而Plasma为了可扩展性直接抛弃了数据可用性层——Plasma把原始交易数据全部存在了不安全的链下。这会发生什么问题呢?假设本来应该储存原始交易数据的节点不再提供原始交易数据供用户下载,那么将没有任何人可以运行原始交易数据对异常运行结果发起挑战,用户的资金也可能因此而被盗。

Optimistic Rollups :

Optimistic Rollups使用和Plasma一样的欺诈证明保证合约运行的正确性,并且通过把签名聚合后的原始交易数据上传至无法篡改、无需许可的L1以解决Plasma的数据可用性问题。相应的,因为原始交易数据还是被打包上传至L1,原始交易数据的空间占用成为了性能瓶颈,Optimistic Rollups的TPS会比Plasma低不少,但是依然大幅提升了以太坊的可扩展性。

那么,Optimistic Rollups是否有额外安全风险呢?欺诈证明使用经济学保证如果有合约的运行结果有误,那么就会有挑战者将其指出。也就是说,只要还有一个良性节点在检查交易结果,欺诈证明下的Optimistic Rollups的安全性就与L1相同。

Validium / Zk porter :

与Plasma类似,为了提升可扩展性,智能合约将在链下运行,然后再把运行结果放回链上。不同于欺诈证明,Validium / Zk porter 使用零知识证明来证明链下合约运行的正确性。 零知识证明 同时具备隐私性和扩展性。具备隐私性的原因是,零知识证明是零知识的,也就是说不需要提供原始交易信息,零知识证明就能证明合约运行的正确性。具备扩展性的原因是,验证零知识证明的正确性的速度远快于把整一套程序运行一遍以验证合约运行的正确性。

因此,在Validium / Zk porter解决方案中,链下节点除了要运行合约外,还需要额外构建一个零知识证明,并将之上传至链上,让L1验证零知识证明的正确性,从而验证合约运行的正确性。构建一个零知识证明的计算量是较大的,但因为是链下运行,其成本相对来说较低。

这就像当我们想让1000人对一道数学题的答案取得51%共识的时候,一种方法是让1000人都把数学题做一遍,看看是否有51%以上的人的答案相同,但这样显然效率很低;另一种方法是让一个人把题目做一遍,并且写下计算过程,然后那1000个人只需要检查计算过程的正确性就可以了,而不用自己把题做一遍,这可以大大提升效率。前者就像直接在L1上运行合约,而后者则像是在使用零知识证明的L2运行合约。

同样地,因为Validium / Zk porter的数据储存在链下,它也具有数据可用性存在风险的问题。如果链下提供原始交易数据的节点不再公开数据,而又没有其他节点保留了完整数据,那么Validium / Zk porter系统就会停运,因为没人可以恢复在L2上的活动数据,包括每个账户的余额。但Validium / Zk porter仍相对Plasma安全,因为用户的资金不会因为系统停运了而被盗。L2停运了没有人可以获益,链下节点甚至会因为质押了“保证金”而蒙受损失,这可以减少恶意节点攻击Validium / Zk porter系统的几率。

Zk Rollup :

Zk Rollup使用和Validium / Zk porter一样的零知识证明来保证合约运行的正确性,并且通过把压缩后的原始交易数据上传进不可篡改、无需许可的L1以解决Validium / Zk porter的数据可用性问题。和Optimistic Rollup不同的是,zk Rollup的数据压缩率更高,因为原始交易的某些数据 可以被一起融入到本用于证明合约运行正确性的零知识证明中。更高的压缩率也使得zk Rollup的TPS比Optimistic Rollups快近一个数量级。 zk Rollup使用数学和密码学的方式保证了合约运行的正确性,理论上保证了其安全性和L1相同。其问题在于1) 制造一个对零知识证明友好的EVM 在技术上有许多困难,这使得zk Rollup的落地速度会慢于Optimistic Rollups;2) 生成一个零知识证明 需要成本,现今许多团队正在改进zk算法/硬件以减少生成ZKP的成本和增加其生成速度。尽管zk Rollup有这些问题,因为其更高的可扩展性、安全性和正统性,我认为zk Rollup将有更大概率最终胜出。

要研究什么是L2的核心竞争要素,我们就得先分析L1的核心竞争要素。公链最重要的壁垒是开发者-用户-项目的网络效应,以太坊是最佳例子。那么,对于一个新兴公链来说,谁拥有吸引开发者、用户、项目的特质,谁就最有可能成功,我们称这些特质为公链赛道的竞争要素。

回顾现在获得一定成功的公链的发展路线,我们可以发现其路径是非常相似的:

Solana:Solana采用创新的PoH 时钟机制,大幅提升了其吞吐量。Solana的高性能被SBF所赏识,因此FTX在Solana上搭建其新DEX平台——Serum,FTX 背后的SBF也为Solana站台。Solana背后的金主Multicoin 也利用自己的庞大的资源帮Solana大力扩展了生态。紧接着Solana举办了三次黑客马拉松,鉴于SBF和Multicoin的影响力,第一次黑客马拉松就有1000开发者参加,第二次人数提升到了3000,最后一次则达到了惊人的13000人。此时SOL代币价格已经暴涨,Solona也拥有了大量开发者和用户,生态也逐渐完善。

BSC:币安智能链BSC是一条由顶级交易所币安创造的高性能、EVM兼容、但较中心化的公链。币安作为全球最顶级的交易所,拥有大量的流量和财力,并且也是对bsc的顶级背书,这为BSC的发展带来了很有利的条件。有了币安的支持,BSC开始大力发展生态布局: BSC举办多次黑客松活动,多期开发者资助计划BSC Grant,以及价值1亿美元的BSC生态加速计划 。币安的生态在这些活动的帮助下快速发展,加上币安导入的流量,很快形成了一定的开发者-用户-项目的网络效应,BNB价格也跟着快速增长。

Avalanche:Avalanche用了创新的雪崩共识协议来提升链的性能,其背后是 A16Z,Polychain,Three Arrows Capital等头部基金。除了其性能较高以外,他还有可以部署EVM子网的功能,这可以吸引想要自成一链的项目进入Avalanche。1.8 亿美元的流动性挖矿生态激励计划Avalanche Rush推出后,头部defi项目Aave,Curve和Sushi登陆Avalanche,其TVL也在半个月内猛涨10倍,开发者-用户-项目的网络效应就此形成。

Polygon PoS:Polygon PoS是以太坊EVM兼容的PoS侧链,在牺牲一定安全性的情况下拥有较高的性能。另外,作为被以太坊认可的侧链 ,其具备一定正统性,这使得以太坊头部项目可以放心迁移至性能较高的Polygon而无须担心其品牌受损。Polygon在技术设施相对完善之后启动了1亿美元的基金来推动Polygon网络上的的生态,这吸引了许多以太坊头部项目如1inch、Opensea、Super Rare以及大量用户和开发者,开发者-用户-项目的网络效应就此形成。

总结以上例子,我们认为早期公链的主要竞争要素 为:

1) 生态资源:如果拥有顶级交易所/大V/基金/项目/的支持,它们可以为公链导入用户、开发者和项目,这可以加快公链生态的发展,快速形成网络效应,从而吸引更多用户、开发者和项目进入此公链,否则较难突破公链一开始用户、开发者和项目三无的恶性循环。

2) 公链特性:公链的各项功能必须有一项以上优于以太坊,一方面这样可以吸引需要这项功能的项目 ,另一方面可以让开发者/用户认为这条公链技术上是先进的,未来可期。

3) 迁移难度:主要为是否兼容EVM,若兼容,以太坊开发者和项目都可以轻松迁移,降低转换成本,更受开发者喜欢。A16Z最新的2022报告的数据显示,EVM兼容链上的开发者增加了120%,而非EVM兼容链的开发者数量在2021年仅增加了84%。

L2与L1赛道有几点不同:

因此,早期的L2赛道和主要竞争要素 为:

1) 生态资源:与L1一样,顶级交易所/大V/基金/项目可以帮助公链快速建立网络效应。

2) L2特性 :更高的性能是L2的主要优点,可以为用户带来更好的体验,可以增加项目的竞争力与先进性;在人们预期中,crypto领域会越来越大,公链的交互量会在未来几年暴增。因此,在预期中,性能越强的公链就越难被淘汰。

3) 迁移难度:主要为是否兼容EVM,这直接导致了以太坊项目迁移的开发成本和开发者迁移的转换成本。

4) 正统性:越被“正统”以太坊社区认可的,越符合加密精神的L2,正统性越高。一方面,这可以获得以太坊社区的资源,另一方面,这可以吸引大量“正统”项目、开发者、和用户迁移。

按照这个框架,我们对比一下zk系和optimistic系,我们会发现,zk系有更大胜算:

1) 生态资源: zk系≈optimistic系。除了以太坊社区的大V ,暂时各顶级交易所和顶级大V没有明显的站队,双方也都有不少头部项目,还需再继续观察。

2) L2性能&安全性: zk系>>optimistic系。对于zk Rollups和Optimistic Rollup,因为zk proof可以顺带压缩交易数据里的其他信息如签名,zk的TPS是optimistic的几倍 。并且如果要把资产从optimistic提回L1需要一周时间等待争议期过去,而zk则不需要。对于Validium / Zk porter 和Plasma ,前者的安全性要比后者高不少,以至于Validium / Zk porter仍被zkSync和Starkware使用,而Plasma已经被弃用。

3) 迁移难度: zk系

4) 正统性: zk系>optimistic系。从原理上看,zk使用数学和密码学保证其安全性,而optimistic用的是经济学,前者比后者更安全、更符合用代码构建信任的加密精神。从以太坊社区共识上看,可以感受到人们长期来看更倾向于zk系。例如,V神曾公开表示“短期看好Optimistic模式,长期更关注zk的表现”。在推特上,V神发表过40篇和zk Rollups相关的推文,而只发表过26篇和Optimistic Rollups相关的推文。

总的来说,2) 和4) 都是zk占优,只有3) 暂时是optimistic占优,总体来说zk系成为现阶段最终解决方案的几率要大不少。Optimistic唯一的机会是趁现在zk系L2的基础设施不完善,还在忙于解决技术问题时,找到强力的资源合作方,大规模扩张optimistic系L2的生态,提前侵占以太坊的大部分份额,用巨大的网络效应来抵御zk系L2的进攻。 鉴于我们认为zk系赢面更大,接下来我们将分析zk系rollup赛道的竞争格局。

本文主要介绍zk系L2的四大玩家,Starkware、ZkSync、Polygon Hermes和Scroll,其竞争要素摘要如下图:

团队:Starkware 成立于2018年,其团队有非常强的密码学背景,发表了非常多学术论文,开拓零知识证明前沿理论,其中一位联创还是Zcash 的联创与Zerocash协议的合著者。

技术:Starkware使用自己发明的STARK技术,比起另一种更通用的零知识证明技术SNARK来说,STARK证明生成地更快、而且可以抵抗量子计算机的攻击,代价是证明占用空间更大,验证证明的时间较慢,较不成熟,也更难兼容EVM。

产品:Starkware拥有StarkEx和Starknet两个产品。StarkEx可以帮客户定制化扩容,用户可基于安全性和效率的考量而选择使用其zk Rollup模式或者Validium模式,目前有 dYdX、Immutable等项目,不过StarkEx并不是通用型L2,在此暂且不讨论。Starknet是一个zk系的通用L2。Starknet基于cairo VM 。为了使cairo VM兼容EVM,Starkware与其他公司合作,推出了Warp: 一个可以将Solidity合约转换为Cairo合约的代码转译器,这让Starknet一定程度上达到了语言级EVM兼容。

当前情况:当前Starkent生态发展一般,几乎没有头部项目,虽然Aave,Maker等头部项目都计划支持Starknet。目前其TVL只有51万美元。

融资:Starkware一共融资近3亿美元,最新一轮融资由Greenoaks Capital,Coatue以及 Tiger Global领投,融资额为1亿美元,估值达到了80亿美元。其资方背景非常雄厚,以太坊方包括了V神和以太坊基金会,资本方包括了红杉、Paradigm、Multichain Capital、Three Arrows Capital、红杉、Tiger Global、Alameda 等大基金。

竞争要素分析:

总结:Starkware团队技术能力非常强劲,产品完整度相对较高,背后有众多明星资本支持,是zk L2中估值最高的项目,现金流非常充裕。然而,其生态资源一般,EVM兼容性也不好,这可能成为其搭建生态的阻力。

团队:zkSync的团队没有Starkware听上去那么惊人。Alex Gluchowski 是zkSync 创始人,高能物理学的博士,曾担任 PaulCamper 首席技术官。ZkSync 声称自己是一个对自由、区块链和数学充满热情的工程师团队,其余与团队有关的信息则鲜有流出。但我们从zkSync 2.0的技术突破中可以看到其办事效率很高。

技术:zkSync使用SNARK 技术构建其zk系统。相比于Starkware的STARK,SNARK的好处是其空间占用更小,并且验证证明更快,技术也相对成熟。

产品:zkSync 2.0是第一个 兼容EVM的L2。相比于Starkware,zkSync开发的时候就考虑了EVM的一些指令集,因此zkSync更兼容EVM,项目更容易迁移。同样的,用户可基于安全性和效率的考量而选择使用其zk Rollup模式或者Validium模式。

当前情况:生态较Starkware繁荣,已上线1inch,yearn等头部defi项目,目前TVL有6千万美元。

融资:ZkSync一共融资5000万+美元,资方主要包括以太坊基金会、VC、CEX和生态合作项目。ZkSync背后的大基金有a16z,USV,Dragonfly等,交易所有Binance,火币,ByBit、OKEx等,合作生态项目有Aave、Balancer、1inch、Curve、Lido等。大量的CEX和生态合作项目可以为ZkSync导入大量项目和流量,使zkSync能更快地建立起网络效应。

竞争要素分析:

总结:zkSync产品完整度相对较高,其EVM兼容性较Starkware好,背后有众多CEX和生态合作项目,拥有较好的生态资源。然而其EVM兼容性仍没有达到字节码级别,以太坊项目迁移仍有一定成本。

团队:Polygon 团队成立于2017年7月,由三位印度加密爱好者创办,联创大部分都是连续创业者。其中,Polygon的CEO, Jaynti Kanani, 是Plasma MVP落地的第一个核心贡献者, Walletconnect协议的第一个Node实现也由他编写。他还为不少web3协议做出过贡献。

技术&产品&当前情况:Polygon团队意图为以太坊打造一整套扩容方案,这也是Polygon名字的来源,因此Polygon有多个和扩容相关的产品和技术,在此我们简要地介绍现在已经较成熟的Polygon PoS公链和其余与zk L2相关的产品。

1) Polygon PoS:这条公链已经发展比较成熟,它属于以太坊的侧链,兼容EVM,在牺牲一定安全性的情况下大幅提升了其扩展性。Polygon PoS在DeFi Summer之前就已经推出,经过多年的发展,Polygon PoS现在已经有较为完整的生态:其已经吸引了1亿+个钱包,拥有非常完备的起初设施,拥有Curve,AAVE,Uniswap,Opensea等头部项目,且已经有上千个Dapp部署在了Polygon上。其TVL已经达到了25亿美元。

2) Polygon Hermez:2021年8月,Polygon 宣布以 2.5 亿美元收购Hermez,并改名为Polygon Hermez。目前已上线的Polygon Hermez是L2支付平台,主要支持转账交易。Polygon Hermez的重头戏是其计划在近几个月发布测试网的Polygon Hermez 2.0,这是一个字节码级兼容EVM的zk Rollup解决方案。相比于Starkware或者zkSync的语言级兼容,Hermez字节码级的兼容性可以让以太坊上的项目以更小的代价迁移,并且对习惯EVM环境的开发者更友好。

3) Ploygon Zero:2021年 12月,Polygon收购Mir Protocol团队 ,并让Mir团队打造最快的zk roullup——Ploygon Zero。其使用SNARK路线的Plonky2技术,此技术可以大大加快zk证明的生成速度。Ploygon Zero产品完整度相对较低,还未推出时间表,预计近期不会上线。

4) Polygon Miden:Miden使用的是较为不成熟、gas成本更高,但是有量子安全性的STARK技术。其创建了语言级EVM兼容的Miden VM 。Miden还在研发中,预计于2023年第一季度推出。 Polygon还推出了专注隐私的L2,数据可用性解决方案,区块链开发框架等产品,产品覆盖面非常广。

融资:Matic 现在完全稀释后市值为42亿美元 ,目前币价市值排名第18。其最新一轮私募融资发生在2022年2月,融资额为4.5亿美元,资方有软银、红杉、Galaxy、Tiger等头部基金。

竞争要素分析:

总结:Polygon因为其PoS链的成功拥有大量生态资源,同时下注多个技术路线 的发展方针也让其可以建立起一个L2的多链生态。同时,PoS链的成功也令其团队有运营和管理公链生态的经验。然而,其产品完成度较低,仍未上线通用版本,有可能会因此错失良机,导致大量用户、开发者和项目先一步被其他L2吸收。

团队:Scroll团队成立2021年1月,由三位中国人创办,现有大约20余名员工。联创Sandy Peng曾是Fission Capital合伙人;联创Ye Zhang北大本科毕业,研究方向就是zk,曾发表相关顶会;联创Haichen Shen是UW博士,有多年在亚马逊的工作经验。Scroll团队现与以太坊基金会的Applied ZKP团队合作打造字节级兼容的EVM。

技术&产品&当前情况:Scroll主要使用SNARK技术打造可以让以太坊上的项目无缝迁移的zkEVM。Scroll还在构建一个去中心化的zk证明生成网络以让zk证明的生成也去中心化,并研制zk证明加速算法 以及相应硬件。Scroll团队预计在2022年7月部署测试网,并在2023年启动主网。

融资:Scroll于2022年4月完成3000万美元 A 轮融资,Polychain Capital 领投,Bain Capital Crypto、Robot Ventures等基金,以太坊基金会的Ying Tong等天使投资人参投。

竞争要素分析:

总结:Scroll字节码级兼容EVM,可以让项目无缝迁移至L2,大大减低了其迁移难度,并且由于其与以太坊基金会的Applied ZKP团队合作,而且资方有一些以太坊社区的成员,有一定正统性。但Scroll成立相对较晚,产品完整度暂时相对较低,还需要一定时间才能上线,而且其生态资源因为仍在发展早期相对较少,还需继续观察其后续发展。

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