以太坊擴容的敘事，或將在 Layer 3 終結？可能還需要時間去檢驗。
（前情提要：科普｜Layer3 是什麼、與 L2 差異？如何改善區塊鏈世界？ ）
（背景補充：Vitalik撰文「以太坊Layer3的願景」: 怎樣的L3才合理？不該重複堆疊Rollups (全文) ）
TL;DR
從 Layer1 到 Layer2
技術上如何實現擴容？以太坊將 Rollup 看作唯一的 Layer2 方案，因為其在不損失去中心化和安全性的前提下實現了對以太坊的拓展。從模組化的角度來看，Layer2 負責執行，而結算、共識、資料可用性都交給 Layer1 去處理。
從 Layer2 到 Layer3
Layer2-Layer3 與 Layer1-Layer2 有什麼區別？雖然 Rollup 技術解決了以太坊的計算瓶頸，但它並沒有解決資料可用性的問題。上層需要壓縮交易資料以傳遞給下層，但壓縮不能重複進行，Layer2-Layer3 效能並不能帶來大幅提升。
有了 Layer2，為什麼還需要 Layer3？Layer2 將維持去中心化，作為通用的計算層，提供可組合性，而 Layer3 應該作為應用特定鏈，滿足不同應用獨特的需求，如：相容、效率、隱私等。
同樣是應用鏈生態，Layer3 與 Cosmos 有什麼不同？Layer3 依託以太坊生態，更容易獲取使用者與資金，但是由於其與以太坊的高度繫結，也失去了部分主權，比如代幣的價值捕獲。
從 Layer3 到 LayerX？
Layer3 發展現狀：Arbitrum 於 6 月 22 日釋出 Orbit Chain；zkSync 於 6 月 26 日宣佈將在幾周內推出 ZK Stack；Starknet 生態的 madara 已經幫助一個專案在駭客松期間 24 小時內，部署了一條 Starknet Layer3 應用鏈。
Layer3 來了，Layer4、Layer5 還會遠嗎？LK Venture 認為，從技術原理上看，Layer3 已經無法通過簡單的堆疊獲得性能上的飛躍。儘管 Layer1-2-3 之間的生態關聯緊密（以太坊生態），互操作性比傳統的異構鏈之間強（跨鏈更便宜），但是彼此之間仍然無法做到生態的完全繼承。以太坊擴容的敘事，或將在 Layer3 終結。
從 Layer1 到 Layer2：擴容
區塊鏈中存在著一個不可能三角，即安全、去中心化與可擴充套件性無法同時實現。以太坊選擇了前兩者，而對後者的支援不足。平日在以太坊中進行一次 swap 需要 $3-$4 的 Gas Fee，而在交易量高漲的牛市一次 swap 甚至需要近 $100 的 Gas Fee，擁堵現象十分強烈。
依託著先發優勢建立起的龐大生態，儘管許多主打可擴充套件性的新公鏈自 2018 年後持續湧現，以太坊仍然佔據著市場的絕對主導地位，眾人於是將目光投向了在以太坊基礎上構建的擴容方案。
其中受到廣泛應用的是側鏈、Validium 與 Rollup 三種方案，彼此有不同的信任假設。
側鏈是獨立於 Layer1 執行的獨立區塊鏈，通過雙向橋樑與以太坊主網連線。側鏈可以有單獨的區塊引數和 共識演算法 ，能夠高效處理交易，但是未繼承以太坊的安全屬性。
Validium 使用鏈下資料可用性和計算，在鏈下處理交易來提高吞吐量，並向鏈上釋出 零知識證明 以便在 Layer1 上驗證鏈下交易，獲得安全性。
Rollup 在鏈下進行計算，但是使用 Layer1 作為資料可用性層，通過向鏈上釋出欺詐證明或有效性證明，在 Layer1 智慧合約中進行驗證，繼承了以太坊的安全性。
以太坊將 Rollup 看作唯一的 Layer2 方案，因為其在不損失去中心化和安全性的前提下實現了對以太坊的拓展。從模組化的角度來看，Layer2 負責執行，而結算、共識、資料可用性都交給 Layer1 去處理。
根據提交證明的不同，Rollup 可以分為 Optimistic Rollup 與 ZK Rollup。
對於 Optimistic Rollup 而言，Rollup 批量執行交易，將批量的交易、執行前狀態與執行後狀態發給部署在 Layer1 的 Rollup 合約。Layer1 不驗證狀態轉移過程，只要 Rollup 提交的初始狀態與儲存在 Layer1 合約中的相同，就樂觀地將狀態轉移至 Rollup 提交的新狀態。對於欺詐行為的防止是通過欺詐證明來保證的，在一段時間的爭議期內，其他驗證者可以對該狀態根發出挑戰，向 Layer1 的 Rollup 合約傳送欺詐證明。這會使 Rollup 狀態退回爭議前的確定狀態，並重新計算合法的狀態，根據結果對驗證者做出懲罰。實際上，欺詐情況很少發生，所以樂觀的狀態轉移實際節省了很大的驗證資源。
ZK Rollup 與 Optimistic Rollup 的區別在於，狀態的轉移需要進行驗證，不是由 Layer1 的 Rollup 合約，而是在合約中驗證有效性證明 Validity Proof，驗證完成後狀態的轉移立即獲得最終性，不需要等待長達一週的爭議期。
使用 Optimistic Rollup 技術的專案中，最成熟的是 Arbitrum 與 Optimism，都已上線主網執行。其中，Arbitrum 已實現了欺詐證明，但是僅限白名單提交，而 Optimism 的欺詐證明還在開發中。兩家都在積極推進去中心化程式，包括排序器與驗證器的去中心化。
延伸閱讀：科普｜Rollup分類有幾種？除了Validity、Optimistic之外還有..
根據 L2Beat 的資料顯示，截至 2023 年 6 月 26 日，Arbitrum One 與 Optimism 的 TVL 分別為 $5.81B 與 $2.25B。其他使用 Optimistic Rollup 技術的專案包括 Boba Network, Zora Network, Layer2.finance, Fuel, BNBOP, Coinbase 等，其中部分是使用 Optimism 團隊開源的 OP Stack 進行開發的。
使用 ZK Rollup 技術的專案中，支援虛擬機器的主要是 zkSync Era, StarkWare, Polygon zkEVM 等，當前已上主網，TVL 為 $618M, $68.11M, $42.65M。只支援特定型別交易的有 dydx, Loopring, zkSync Lite 等，TVL 為 $350M, $98.47M, $97.69M。目前 ZK Rollup 的發展方向是更好的以太坊相容性，正在開發的 zkEVM 專案有 Taiko, Scroll, Linea 等。
從 Layer2 到 Layer3：訂製
Layer2: 100x, Layer3: 100x^2=10000x?
從 Layer1 到 Layer2，成本降低為 1/100。所以很自然會想到，在 Layer2 上進行相同的操作構建 Layer3，Layer3 的成本將降為 1/10000。很可惜答案是否定的。
Rollup 通過將執行轉到了鏈下，確實解決了以太坊的計算問題：L1 節點不再需要執行批量中的每個交易以驗證狀態轉移的正確性，感謝密碼學中的遞迴證明技術，計算能夠不斷遞迴以獲取無上限的效能，然而資料可用性是無法堆疊的。Layer2 需要將打包的交易資料以 calldata 形式傳入以太坊中的智慧合約，儘管對打包的交易資料進行了壓縮處理，但是資料無法被相同的辦法壓縮兩次。Layer3 的交易資料最終也要提交至 Layer1（否則無法繼承安全性），然而對交易的壓縮程度無法再低，因此資料可用性層面無法通過堆疊獲得成本的降低。
因此，Layer3 無法走簡單堆疊這條路，StarkWare 團隊提出的方案是訂製化，讓 Layer3 和 Layer2 承擔不同的功能。
有了 Layer2，為何還需要 Layer3？
以太坊提供了安全性和去中心化，Layer2 提供了可拓展性，可以說解決了區塊鏈的三難困境，為什麼還需要 Layer3？
Layer3 的概念最早是由 StarkWare 團隊在文章《 Fractal Scaling: From L2 to L3 》中提出。StarkWare 團隊認為，這種層級化的結構，封裝的思想，也正是電腦科學維持活力的核心要義。此外，Layer2 虛擬機器的 Layer2 將維持去中心化，作為通用的計算層，提供可組合性，而 Layer3 應該作為應用特定鏈，滿足不同應用獨特的需求。圖靈完備性為層級化打下了良好基礎，一旦具備圖靈完備性，則理論上可以在其上建立任何可能的應用。
實際上，Layer2 為了維持其通用性，必定會進行部分取捨，無法滿足所有應用的需求。最直接的體現，是 StarkWare 為了更高效地生成證明，開發了 Cairo 語言與 CairoVM，對以太坊並不相容，這時就可以由一條 Layer3 鏈來解決其安全性。
可能的 Layer3 用例包括：
- 相容：通過在 Layer2 的虛擬機器上實現一個其他語言的直譯器，以相容其他虛擬機器
- 效率：如果應用追求超高的 TPS（例如遊戲、社交），可以考慮讓渡一部分安全性，使用 Validum 方案，在 Layer2 上結算；應用也可以根據自己的需求訂製交易格式，以實現更高的壓縮率。
- 隱私：專門搭建一條隱私鏈，在 Layer2 上結算，但是無法被公開觀測到。
此外，由於應用鏈是專用的，不會收到其他應用的直接影響，鏈的效能與成本較為確定。同時，橋接交易不用直接在 Layer1 上傳送，成本更低，L2-L3 與 L3-L3 的橋接更便宜。在批量提交交易上，Layer3 還有一個明顯的優勢，提交一個批次交易所需的固定 Gas 更低，不需要長時間等待更多的交易一起提交以降低平均 Gas，能夠顯著緩解 Layer2 中存在的確認時間與成本之間的兩難困境。
同是應用鏈生態，Layer3 與 Cosmos 有什麼不同？
Cosmos 可以說是最早提出應用鏈概念的專案，通過 Cosmos SDK，使用者可以方便地訂製化發行自己的應用鏈。Cosmos IBC 更是對標網際網路中的 TCP/IP 協議，為使用 Cosmos SDK 構建的應用鏈提供原生的互操作性。簡單來說，Cosmos 的願景是構建一個萬鏈互聯的區塊鏈宇宙。
Layer3 在互操作性上也下足了工夫。由於相同的技術架構，低廉的交易成本，Layer3 之間的跨鏈將具備無信任、快速且便宜的特點，於是可以認為，Layer3 之間的流動性是共享的。從互操作性的角度來看，Layer3 和 Cosmos 帶來的功能幾乎相同。
延伸閱讀：Bankless﹕Cosmos 會是區塊鏈的終極形態嗎？
LK Venture 投研團隊認為，Layer3 與 Cosmos 最大的不同，在於其與以太坊生態的繫結，這既是優勢，也是劣勢。
提到優勢，主要在於以太坊生態龐大的流動性與使用者量。
Cosmos 儘管技術強大，是很多巨頭的發鏈首選，但是仍然無法逃脫市場佔有率低的宿命。根據 DeifLlma 的資料，截止到 2023 年 6 月 26 日，以太坊的 TVL 為 $26.2B，而整個 Cosmos 生態加起來僅為近 $1B。Layer3 要想成功，以太坊生態是其中的關鍵要素。
提及劣勢，主要在於與以太坊的高度繫結，喪失了部分主權。
對於使用 Cosmos 鏈而言，代幣模型完全由專案方根據需求自主設計，代幣賦能強。然而，Layer3 鏈的原生代幣會受到以太坊的限制。儘管專案方可以將原生代幣作為 Gas 代幣賦能，但是無法否認的是，最終交易資料提交至以太坊所消耗的是 $ETH。因此，如果 Gas 代幣用的不是 $ETH 而是自己發行的原生代幣，專案方需要不斷地將原生代幣兌換成 $ETH 以提交，最終賦能還是轉移至 $ETH。
Layer3 的另一個特點在於，任何在 Layer3 上做的事，實際上都可以遷移到 Layer2，本身只取決於 DA 層的選擇。
如果 Layer3 所依賴結算的 Layer2 發生安全漏洞或者活躍度下降，Layer3 可以低成本地遷移至其他 Layer2，甚至直接依賴 Layer1 進行 DA 和結算，變成 Layer2。由於其與以太坊生態的高度繫結，Layer3 上可能誕生眾多創新玩法。
從 Layer3 到 LayerX 的展望
Layer3 發展現狀
6 月 22 日，Offchain Labs 釋出了用於發行 Arbitrum Orbit Chain 的工具。Orbit Chain 是在 Arbitrum Layer2 之上的 Layer3，可以選擇利用 Arbitrum One, Arbitrum Nova, Arbitrum Goerli 在內的三條 Layer2 之一進行結算。使用者可以自己選擇使用 Rollup 或 Anytrust 技術，其區別在於 Anytrust 使用 DAC 而不用將交易資料提交至鏈上，價格更低廉，但是安全性稍弱。Orbit Chain 的優勢在於其簡單的發鏈流程、與 Arbitrum 生態的互操作性、Nitro 的即時更新以及 Stylus 提供的 EVM + 相容性（支援 Rust, C, C++ 編寫，執行在 WASM 虛擬機器）。使用者可以無需可地訂製化發行任何 Orbit Chain，但是必須在 Arbitrum Layer2 上結算，否則需要聯絡 Offchain Labs 或者 Arbitrum DAO 獲得授權。
6 月 26 日，zkSync 釋出文章，宣稱將在未來幾周內對現有的開原始碼進行修改，推出 ZK Stack，讓使用者能夠使用其訂製化構建自己的 ZK 超級鏈。與 Arbitrum 的 Orbit Chain 不同，ZK Stack 強調主權與互操作性，使用者根據需求進行完全的訂製化，使用 ZK Stack 構建的鏈可以實現無橋的互操作性。ZK Stack 既能夠用於構建 Layer2 也能夠構建 Layer3，官方並未對其進行限制，沒有要求必須在 zkSync 上結算。從這點來看，ZK Stack 提供的主權似乎更強。
延伸閱讀：Matter Labs再釋出ZK Stack，模組化野心鎖定「L2+L3」
作為最早提出 Layer3 概念的 StarkWare 團隊，在其 Starknet 生態中也正在大力培植 Layer3 的發展，Madara 正在為面向公眾的 Stack 進行測試。在 @PragmaOracle hackathon 中，有團隊利用 Madara 在 24 小時內完成了應用鏈的發行。不過，由於 Starknet 採用獨特的 zk-STARK 證明技術，技術成熟度相對較低，可能還需要更長時間的開發來完善產品，之後再面向公眾釋出 Starknet Stack。
當前 Layer3 生態仍在早期階段，但是隨著各 Layer2 便捷發鏈工具的推出，相信很快就會有 Layer3 正式執行。當基礎設施逐漸完善，如何吸引使用者已經成為所有鏈最關注的問題。
Layer3 來了，LayerX 還會遠嗎？
從技術原理上看，Layer3 已經無法通過簡單的堆疊獲得性能上的飛躍。當然，Layer3 可以通過訂製化來獲得特定的優勢，但是通用性的損失會使得進一步的疊加變得困難。當然，只要願意，這種層級化的疊加是可以無限進行的，但是，LK Venture 投研團隊認為，目前而言這種疊加無法滿足任何的需求，同時會導致系統複雜度的幾何級升高。
最為重要的一點，儘管 Layer1-Layer2-Layer3 之間的生態關聯緊密（以太坊生態），互操作性比傳統的異構鏈之間強（跨鏈更便宜），但是彼此之間仍然無法做到生態的完全繼承。在 Arbitrum One 上部署的合約，無法直接在 Orbit Chain 上呼叫；在 zkSync 上部署的 DEX 的流動性，無法直接匯聚到 ZK Stack 上。
現在的情況是，商場已經蓋起來了，而且越來越高，但是沒有多少商販和顧客。儘管一層底商人滿為患（以太坊），但是人們仍然不願意前往高層商場消費，因為高層的商販數量不如低層多。
因此，LK Venture 投研團隊認為，在區塊鏈技術獲得超大規模應用前，Layer3 恐怕都很難獲得較高的使用者量。至於 Layer4、Layer5……LayerN，即使有各別應用有特定需求，相信也不會打著 LayerN 的旗號進行宣傳了。
古語云：道生一，一生二，二生三，三生萬物。以太坊擴容的敘事，或將在 Layer3 終結？可能還需要時間去檢驗。
