特別感謝 Karl Floersch 的反饋和審查

以太坊第二層生態繫統在過去一年裡迅速擴展。傳統的EVM擴展生態繫統包括Arbitrum、Optimism和Scroll，最近又加入了Kakarot和Taiko，這些項目在提升安全性方麵取得了巨大進展；L2beat頁麵很好地總結了每個項目的現狀。此外，我們還看到團隊們在構建側鏈的衕時也開始構建Rollup（Polygon），第一層項目緻力於成爲validiums（Celo），還有全新的嘗試（Linea、Zeth…）。最後，還有不僅僅是EVM生態繫統的”幾乎EVM”，如Zksync，擴展如Arbitrum Stylus，以及更廣泛的努力，如Starknet生態繫統、Fuel等等。

其不可避免的後果之一是我們看到 Layer 2 項目變得更加異構化的趨勢。我預計這種趨勢將持續下去，原因如下：

• 一些目前獨立於 Layer 1 的項目正在尋求更接近以太坊生態繫統，併可能成爲 Layer 2。這些項目可能需要逐步過渡。現在一次性全部轉換會導緻可用性下降，因爲該技術尚未準備好將所有內容彙總起來。稍後再一次性過渡可能會冒失去動力的風險，而且可能來不及産生實質性的意義。
• 一些集中式項目希望爲他們的用戶提供更多的安全保證，併正在探索基於區塊鏈的途徑來實現這一目標。在很多情況下，這些項目可能是在以前的時代探索“許可的聯盟鏈”的項目。實際上，他們可能隻需要一種“中間層”的去中心化程度。此外，他們通常非常高的吞吐量使它們在短期內甚至不適合使用側鏈。
• 非金融應用程序，例如游戲或社交媒體，希望實現去中心化，但隻需要中等程度的安全性。在社交媒體案例中，這實際上涉及以不衕的方式處理應用程序的不衕部分：像用戶名註冊和賬戶恢覆這樣的罕見和高價值活動應該採用彙總處理，而像帖子和投票這樣頻繁和低價值的活動則需要更少的安全性。如果鏈式故障導緻您的帖子消失，那是可以接受的代價。但是，如果鏈式故障導緻您丟失賬戶，那就是一個更大的問題。

一個重要的主題是，盡管目前在以太坊第一層上的應用程序的用戶在短期內支付較小但仍可見的滾動手續費是可以接受的，但來自非區塊鏈世界的用戶不會這樣認爲：如果你之前支付1美元，那麽支付0.10美元更容易接受，而如果之前支付0美元，那麽支付0.10美元就很難接受。這既適用於當前集中化的應用程序，也適用於較小的第一層區塊鏈，這些區塊鏈在其用戶基數保持較小規模時通常費用很低。

一個自然的問題出現了：在彙總、validiums和其他繫統之間的這些覆雜的權衡中，哪種對於特定應用程序是合理的？

Rollups、validiums、斷開連接的繫統

首先，我們將探討安全與規模的第一個維度，描述如下：如果你有一個在L1上髮行的資産，然後存入L2，再轉移到你的賬戶，你有多大的保證能將該資産帶回L1？

還有一個併行的問題：導緻這種保證技術選擇和水平是什麽，以及該技術選擇的權衡是什麽？

我們可以用圖錶簡單地描述這一點：

值得一提的是這是一個簡化的架構，併且有很多中間選項。例如：

• 在 rollup 和 validium 之間：任何人都可以進行鏈上支付以支付交易費用的 validium，此時運營商將被迫提供一些數據上鏈，否則會損失押金。
• 在 plasma 和 validium 之間：Plasma繫統提供了類似Rollup的安全保證，具備鏈下數據可用性，但它隻支持有限數量的應用程序。一個繫統可以提供完整的EVM，併曏不使用這些更覆雜應用程序的用戶提供Plasma級別的保證，曏使用這些應用程序的用戶提供validium級別的保證。

這些中間選項可以被視爲介於彙總和validium之間。但是，是什麽促使應用程序選擇該頻譜上的特定點，而不是更左或更右的某個點？這裡，有兩個主要因素：

1. 以太坊原生數據可用性的成本，隨著技術的進步，成本將會降低。以太坊的下一個硬分叉Dencun引入了EIP-4844（又名“proto-danksharding”），提供約 32 kB/秒的鏈上數據可用性。在接下來的幾年中，隨著@vbuterin/sharding_proposal">完整 danksharding 的推出，這一數字預計將分階段增加，最終目標是約 1.3 MB/秒的數據可用性。與此衕時，數據壓縮方麵的改進將使我們能夠用相衕數量的數據做更多事情。
2. 應用程序的自身需求：用戶會因高費用而受苦，還是因應用程序出現問題而受苦？ 金融應用程序會在應用程序故障時遭受更大損失；游戲和社交媒體涉及每個用戶大量的活動，但相對價值較低，因此對它們來説，安全權衡是不衕的。

這種權衡大約看起來像這樣：

另一種值得一提的部分保證是預先確認。預確認是由彙總或驗證中的某些參與者簽名的消息，錶示“我們證明這些交易包含在這個訂單中，併且後狀態根就是這個”。這些參與者很可能會簽署與後來的實際情況不符的預先確認，但如果他們這樣做，押金就會被燒毀。這對於諸如消費者支付之類的低價值應用程序非常有用，而諸如數百萬美元的金融轉賬之類的高價值應用程序可能會等待“常規”處理。確認由繫統的完全安全性支持。

預確認可以被視爲混合繫統的另一個示例，類似於“plasma/validium混合”繫統。上麵提到過，但這一次是在具有完全安全性但高延遲的 rollup（或 validium）和具有低延遲的安全級別低得多的繫統之間進行混合。需要較低延遲的應用程序的安全性較低，但可以與可以接受較高延遲的應用程序生活在衕一生態繫統中，以換取最大的安全性。

無需信任讀取以太坊

另一種不太被關註但仍然非常重要的連接形式涉及到繫統讀取以太坊區塊鏈的能力。特別是，這包括在以太坊恢覆時能夠恢覆。要了解爲什麽這很有價值，請考慮以下情況：

假設根據圖示所示，以太坊鏈髮生了回滾。這可能是在一個紀元內的臨時故障，當鏈還未最終確定時，或者可能是因爲有太多驗證者離線而導緻鏈在一個較長時間內無法最終確定的不活躍泄漏期間。

最壞的情況是這樣的。假設頂部鏈的第一個區塊從以太坊鏈的最左側區塊讀取一些數據。例如，有人在以太坊上存入了100 ETH到頂部鏈。然後，以太坊髮生了回滾。然而，頂部鏈沒有回滾。結果是，頂部鏈的未來區塊正確地跟隨了新的正確以太坊鏈上的區塊，但是現在錯誤的舊鏈接的後果（即100 ETH的存款）仍然是頂部鏈的一部分。這種漏洞可能允許製造貨幣，將頂部鏈上的橋接ETH變成一個分數準備金。

有兩種方法可以解決這個問題：

1. 頂級鏈隻能讀取最終確定的以太坊區塊，因此永遠不需要恢覆.
2. 如果以太坊恢覆，頂級鏈可能會恢覆。兩者都可以防止這個問題。前者更容易實現，但如果以太坊進入不活動泄漏期，可能會導緻長時間喪失功能。後者更難實現，但始終確保最佳功能。

請註意，(1) 確實有一種邊緣情況。如果對以太坊的 51% 攻擊創建了兩個新的不兼容的區塊，併且這兩個區塊衕時出現，那麽頂級鏈很可能會鎖定錯誤的區塊（即以太坊社會共識最終不支持的區塊），併且會必鬚恢覆以切換到正確的位置。可以説，沒有必要提前編寫代碼來處理這種情況；它可以簡單地通過硬分叉頂部鏈來處理。

鏈以無需信任的方式讀取以太坊的能力很有價值，原因有兩個：

1. 它減少了將以太坊（或其他 L2）上髮行的代幣橋接到該鏈所涉及的安全問題

2. 它允許使用共享密鑰庫架構的賬戶抽象錢包安全地保存該鏈上的資産。

   （1） 是重要的，盡管這個需求已經被廣泛認可。（2） 也很重要，因爲它意味著你可以擁有一個錢包，可以輕鬆更改密鑰，併在許多不衕的鏈上持有資産。

擁有一座橋梁會讓你成爲valium嗎？

假設頂層鏈最初是一條單獨的鏈，然後有人在以太坊上放置了一個橋接合約。橋接合約隻是一個接受頂鏈區塊頭的合約，驗證提交給它的任何頭是否帶有有效證書，錶明它已被頂鏈共識接受，併將該頭添加到列錶中。應用程序可以在此基礎上構建來實現諸如存入和提取代幣之類的功能。一旦這樣的橋梁就位，是否可以提供我們之前提到的資産安全保證呢？

到目前爲止，還不行！有兩個原因：

1. 我們正在驗證這些塊是否已簽名，但狀態轉換是否正確。因此，如果您將在以太坊上髮行的資産存入頂鏈，併且頂鏈的驗證器變得不誠信，他們可以簽署一個無效的狀態轉換來竊取這些資産。
2. 頂級鏈仍然無法讀取以太坊。因此，如果不依賴其他（可能不安全）第三方橋，您甚至無法將以太坊原生資産存入頂鏈。

現在，讓我們讓這座橋成爲一個驗證橋：它不僅檢查共識，還檢查 ZK-SNARK 證明任何新塊的狀態都已正確計算。

完成此操作後，頂級鏈的驗證者將無法再竊取您的資金。他們可以髮布一個包含不可用數據的區塊，阻止所有人撤回，但他們無法竊取（除非試圖爲用戶提取贖金以換取泄露數據）允許他們撤回的數據）。這與 validium 具有相衕的安全模型。

然而，我們仍然沒有解決第二個問題：頂鏈無法讀取以太坊。

爲此，我們需要執行以下兩件事之一：

1. 在頂部鏈中放置一個橋接合約來驗證最終的以太坊區塊。
2. 讓頂部鏈中的每個塊都包含最近以太坊塊的哈希值，併具有強製哈希鏈接的分叉選擇規則。也就是説，鏈接到不在規範鏈中的以太坊區塊的頂鏈區塊本身就是非規範的，併且如果頂鏈區塊鏈接到最初是規範的以太坊區塊，但隨後變得非規範，頂部鏈塊也必鬚變得非規範。

紫色鏈接可以是哈希鏈接，也可以是驗證以太坊共識的橋接合約。

這夠了嗎？事實證明，仍然不行，因爲有一些小的特殊情況：

1. 如果以太坊受到 51% 攻擊會髮生什麽？
2. 如何處理以太坊硬分叉升級？
3. 您如何處理鏈的硬分叉升級？

一個對以太坊的51%攻擊會産生與對頂級鏈的51%攻擊相似的後果，但是卻是相反的。以太坊的硬分叉有風險使得在頂級鏈中的以太坊橋接不再有效。一種對社會的承諾 - 如果以太坊還原了一個已經確定的區塊，就進行還原；如果以太坊進行硬分叉，就進行硬分叉，這是解決這個問題最清晰的方式。這樣的承諾很可能永遠不需要實際執行：你可以在主鏈上設置一個治理小工具，如果它髮現可能的攻擊或硬分叉的證據，就激活，隻有在治理小工具失效時才對頂部鏈進行硬分叉。

不幸的是，唯一可行的答案是（3），在以太坊上需要一種形式的治理機製工具，可以讓以太坊上的橋接合約了解頂級鏈的硬分叉升級。

總結：雙曏驗證橋幾乎足以使一條鏈成爲validium。剩下的主要是社會承諾，如果以太坊髮生異常情況導緻橋梁不再工作，另一條鏈將硬分叉作爲響應。

結論

“與以太坊的連接”有兩個關鍵維度：

1. 提現到以太坊的安全性
2. 讀取以太坊的安全性

這些都很重要，併且有不衕的考慮因素。兩種情況都有一個譜：

請註意，每個維度都有兩種不衕的測量方式（所以實際上有四個維度？）：提現的安全性可以通過（i）安全級別和（ii）從最高安全級別中受益的用戶或用例的百分比來衡量，而讀取的安全性可以通過（i）鏈能夠讀取以太坊的區塊的速度，尤其是已經完成的區塊與任意區塊之間的比率以及（ii）鏈對處理諸如51%攻擊和硬分叉等極端情況的社會承諾的強度來衡量。

在這個設計空間中的許多領域都有具價值的項目。對於某些應用來説，高安全性和緊密聯通非常重要。而對於其他應用來説，爲了更高的可擴展性，可以接受更寬鬆的安全性。在許多情況下，從今天開始使用更寬鬆的方式，然後在未來十年隨著技術的改進過渡到更緊密的耦合可能是最優的選擇。

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