对话Nervos吕国宁:详解Layer2解决方案思路与进展

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对话Nervos吕国宁:详解Layer2解决方案思路与进展

近期,链捕手邀请Nervos联合创始人吕国宁在捕手学堂举办了以“详解Layer2的现状与未来”为主题的AMA活动。

根据官方资料,Nervos是一个开源的公共区块链系统,专注于区块链核心协议或者基础设施的构建,可以很大程度解决了区块链的扩展性问题。Layer 2 技术通常被称为“链下”解决方案,通过减少基础层(根链)负担的方式来处理数据,将主链的部分数据处理转移到 Layer 2 上,从而增强整个区块链网络的可扩展性。

在活动期间,吕国宁向社群用户介绍了Layer 2主要的解决方案思路,目前面临的主要难题有哪些,以及接下来会呈现怎样的发展趋势?现整理全文如下,希望能对读者们有所启发。

整理/Harry Zheng

链捕手:随着DeFi等应用对区块链性能要求越来越高,Layer 2也愈发成为市场焦点,可以先简单介绍下Layer 2的运作机制以及相关概念吗?

吕国宁:Layer2 广义而言,是让交易计算可以在底层区块链以外的虚拟层去完成,并将最后的结果交给底层区块链去完成验证,以借此达到扩容的效果。

随着近年的发展,Layer 2 这个广泛的概念还在不同的时间点,发展出了不同的 Layer2 流派,目前简单来说可以分这么几个分支:

1. 通道(Channel)和通道网络:在链下为特定的个人、群体或者他们所组成的网络开通一个链下的通道,直到他们所有的交易结束要上链进行结算时,再将链下的通道关闭上链。这样的技术下分别衍生出了 State channel和闪电网络等技术。

2. 侧链:构建一条完全独立于主链的区块链,并且透过自己的验证者去打包侧链上的交易,再让他和主链透过映射等方式添加到主链的账本中。例如在 Rollup 崛起前,被讨论很多的 Plasma ,以及 Skale、Omesigo等独立的侧链项目。

3. Rollup 的原理是将许多在区块中的交易数据,打包成一笔“空间浓缩”过的交易,透过空间的压缩,我们可以确保主链上的吞吐量的增加。在这个前提下,又有了各种不同的方式来保证 Rollup 上的交易能够被 Layer1 进行验证,而产生了至于零知识证明的ZK-Rollup 以及基于惩罚机制的 Optimistic Rollup。

链捕手:目前市场上主流的Layer 2 方案有哪些?进展情况都怎么样?

吕国宁:说哪个方案较为主流似乎是个比较主观的说法,但是按照上一题订定的架构分类,我大概和大家分享一下这些分类下的一些常见的项目的进展。

首先是基于通道(Channel Network)的方案,链下的通道是最早的扩容方案之一,由于交易都是在链外通道中产生。因此支付通道网络有个很重要的特色,是可以达到近乎无限的扩容,并且可以对于固定对象以及频率的交易做非常有效率的资金使用。

在最早期的比特币网络中,受限于比特币自身的性能以及比特币区块链本身很有限的验证能力,最成功的比特币 Layer2 方案就是通道这个领域的闪电网络(Lightening Network)。

闪电网络的算是目前在比特币的扩容通道方案中最为成功的,他不但透过惩罚机制等等设计去解决了闪电网络之前,比特币的支付通道解决方案所遇到的作恶问题,同时还确保了交易的双方都可以对通道进行开关。甚至还在设计之初,对于交易的「隐私」进行了考量。

至今,闪电网络仍然在不断的迭代之中,甚至闪电网络的开发团队 Lightning Labs 在日前还透过 Lightning Pool ,为闪电网络提供了流动性的租赁市场,开起了比特币之上的 Lightning Finance (LiFi)。

第二种就是侧链方案(Side Chain)

Side Chain 就是一条独立于 Layer1 之外的链,除了一般意义上的 Side Chain 项目以外,去年被以太坊社区放弃的 Plasma 也是其中之一,目前侧链仍然有许多的团队在进行研究当中,例如 Skale network、Celer Network、Omesigo、Matic,以及我们的 Grants 团队 LeapDao。

目前看来,侧链存在着的优势,是能够有更灵活的空间去兼容 L1 的智能合约平台,例如 EVM,但是目前侧链却存在着两个重要的问题,一是安全性,二是如何去和 Layer1 进行交互。

第三种是 Rollup 方案,这个目前还没有中文名。Rollup 可能会是近期在 ETH 上最受欢迎的 Layer2 解决方案,并分别以 Zk Rollup 和 Optimistic Rollup 为两大阵营。他们分别用零知识证明和博弈机制来保证 Rollup 技术的可使用性,并且各自有各自的拥护者,其中许多还是 DeFi 的明星项目方,这也反应了 DeFi 在经历过上一轮的热潮之后,必须正视扩容的问题。

例如ZKRollup背后有着 Loopring 路印协议以及 Curve ;Optimistic Rollup 也有 Synthetix 、Uniswap 等项目表达支持。Rollup 相较于侧链,是一个更为折衷、以及符合实用主义的做法。虽然 Rollup 的扩容的能力不如侧链,但是由于 Rollup 是把交易经过压缩并组织成一定的数据结构提交上链,因此在这样的机制下,也就从一定程度上解决了之前 Layer 2 尤其是 Plasma 在跟 Layer 1 交互时产生的数据可用性的问题。

但目前 Rollup 技术也都还在测试网阶段,并且只有在特定的场景(比如针对 DEX 等场景设计的 Rollup 方案)有一定限定的情况下开展尝试。目前 Rollup 还有很多关于安全,效率,以及互操作性等问题需要投入更多的资源和人力去解决。

链捕手:你认为未来Layer 1与Layer 2 的存在关系与状态会是怎样的?各自有怎样的价值捕获机制?

吕国宁:首先,Layer 2 都需要建立在 Layer 1 之上,Layer 2 无法独立于 Layer 1 之外存在。其次,Layer 2 通过在 Layer 1 之外通过交互验证交易,从而避免了每一笔交易都要广播到 Layer 1 的整个网络上。最后,Layer 2 对 Layer 1 的依赖越小,那么 Layer 2 的交易费用就越低,并且效率越高。理想的情况下,只在交易双方又争议的情况下在去 Layer 1 验证交易,并通过 Layer 1 来实现仲裁。

以上就是 Layer 1 和 Layer 2 存在关系,但是具体到不同的场景就可以有不同的选择。如果不是特别为 Layer2 进行设计的 Layer1,可能本身在底层会更注重底层效率,往往关注点在于吞吐量和交易延时。

这种 Layer 1 对直接在其上的交易与 Layer 2 做无差别支持,这种 layer 1 通常不会对 layer 2 不做特别的优化,反而 layer 1 的吞吐量和交易带宽决定了 layer 2 的清算效力,这种场景下 layer 2 带来的价值创造很难被 layer 1 捕获。

对于另外一种 Layer1 而言,底层网络的安全和去中心化等会是更重要的职责,性能可以交给 Layer2 去负责,而 Layer1 只负责去验证 Layer2 生成的交易的逻辑是否正确。在这样的基础下,在 Layer1 上的价值捕获,应该必须以整体链上的价值创造和增长正相关。

因此,价值捕获的经济模型怎么沿着这个方向去设计就变得很重要,例如过程中的交易手续费可能就会是 Layer2 捕获价值的关键部分,要通过 layer 1 去捕获交易价值,从而激励 Layer 1 去提供更高的安全性来保护并且刺激 layer 2 交易规模的增长。

然而,这样的价值捕获关系必须在第一天就有完备的设计,否则等主网上线以后在做调整,势必会对于网络中的利益关系人产生更大的影响,甚至抵制。

链捕手:11月5日,以太坊基金会宣布12月初进行ETH2.0版本更新,正式开启ETH2.0,如何理解以太坊2.0会选择在此时间点有所动作?这又会对 Layer2 生态以及公链竞争格局产生怎样的影响?

吕国宁:虽然我们做的是完全不同的另外一条公链,但是我们也长期对以太坊保持高度关注。ETH 2.0 Phase 0原本就预计要在今年年中开启,因为一些因素推迟到了年底。每一次推迟,对后续的 Phase 1 和 Phase 2 而言,都意味着需要更久的时间去等待。

目前 ETH 2.0 开启的第一步,便是为了这个网络提供足够的抵押人,因此在这时候将抵押合约部署上主网,这是一个既定的计划,希望以太坊能够如期的完成自己计划中的路线图的第一阶段。

另外,Eth 2.0 的整个发展是一个长期过程,所以短期而言还不会涉及到合约从 Eth1.0 到 Eth2.0 的切换。所以短期之内,要解决以太坊的交易带宽不足问题,仍然必须依赖 Layer 2 进行扩容,或者寻找其他迁移成本小,甚至用户无迁移感知其他公链做为替代方案。按以太坊目前开发进度,分片估计至少2年以上,这也许是其他公链最好的突破机遇。

绝大多数人没有意识到,以太坊的 Phase 0 阶段只是为了启动信标链,并且在信标链阶段,staking 进去的 ETH Token 是相当于被锁定的,并且锁定期其实是不确定的。

现在参与 ETH 2.0 的 staking,要到 Phase 1 阶段才有可能实现转移,到了 Phase 2 阶段才有可能从 staking 中退出来,而 Phase 2 距离今天,可能需要两三年时间。而这三年以太坊面对的挑战是建设一套完全不同的新体系,并且能支持好 layer2 的同时能成功启动 sharding,并且把开发者和用户全部迁移到 2.0 的网络上来。这是巨大的,无底洞一般的挑战,我甚至认为整个过程无法在三年内完成,可能需要更长的时间,也许 5 年,甚至更久。

希望一切顺利,总而言之,以太坊 2.0 之路,需要以太坊整个社区和支持者们,付出超长期努力才有可能得以实现。

链捕手:那么我想请问下Nervos 在 Layer 2方向你们的优势体现在哪些地方?可以具体举例谈谈吗?

吕国宁:Nervos 是目前唯一为了分层设计而打造的区块链体系,在 Nervos Network 中,Layer 1 是整个网络的价值存储层。旨在最大程度地保证安全性和抗审查性,并充当去中心化价值和加密资产的托管者。

Layer 2 在 Layer 1 区块链的安全性之上,提供了无限的可扩展性和最低的交易费用,并允许在信任模型、隐私性和最终性方面针对特定应用做权衡。如果以社会组织做比喻,我想 Layer 1 像是信托+法院,Layer 2 是具体的商业交易。Layer 1 提供了资产的安全性和交易的争端裁决,而 Layer 2 提供了交易的低成本和便利性。

这样的设计理念在 Nervos 落地的第一天就已经设定好,并且,我们也围绕着这样的理念去重新打造一整套有别于比特币、以太坊的区块链,我可以分成几个点来谈谈 Nervos 的优势:

第一,Nervos 的经济模型保证了 L1 与 L2 利益的对齐,在 Nervos 上,Layer2 的发展蓬勃,不但不会与 Layer1 产生任何的竞争关系,而且还能够使得 Layer1 存储越多的价值因为 Nervos 的原生代币 CKByte 同时也代表链上的存储空间,这导致 Nervos 变得很像是土地。

而 Layer2 像是上面的高楼大厦,dApp 是这些楼盘中的各种商店,因此,如果 Layer2 上头的生态越繁华,代表 Layer1 的土地本身也越有价值,这样的利益对齐的关系从我们体系设计的第一天就是确定了下来。

第二,Nervos CKB 的虚拟机能灵活的支持各种 Layer2 密码学原语的部署。Nervos CKB 的虚拟机 CKB-VM 是基于 RISC-V打造而成,最大的优势就是能够支持各种的底层密码学。

日前 Vitalik 曾经发表过一篇文章名叫做 “以Rollup为核心的路线图” ,你如果细看会发现:以太坊如果要彻底支持 ZKRollup,有个很重要的前提是必须先透过硬分叉,才能让底层的 EVM 虚拟机可以验证 ZKRollup 中使用的零知识证明。

然而要用上硬分叉去支持特定的密码学原语,所花费的时间... 谁也不知道,就目前看到的消息是,为了更好的支持 Layer 2 的几个核心 EIP 被从下一次,预计明年上半年执行的柏林分叉中被取消了,换来又一次无关痛痒,安全无争议的分叉。

很庆幸这个问题在 Nervos 上并不存在,在 Nervos 上的任何密码学原语都可以在不需要硬分叉的情况下就被部署上链,这让更先进的签名算法和零知识证明都可以直接被部署在 Nervos CKB 上,保证 Nervos 上的 Layer2 能够有更快速的发展。

第三,Layer 2 上的交易数据受到 Layer 1 强大的安全作为保护。在 Nervos 的系统架构下,Layer1 负责保证整体资产交易的安全性,这也是 Nervos 具有独特优势之处。从 Nervos 立项以后,就坚持 PoW ,因为我们相信 PoW 是最适合底层区块链的机制,很幸运的 Nervos 在上线不到半年之内,就已经有许多家厂商自动为我们生产了 ASIC 矿机。

目前算力自主网上线至今,也已经成长了 200 倍,未来 Nervos 在经过经年累月的安全保证后,也越来越能够保证攻击的成本和难度是逐步提高。

链捕手:对普通用户而言,他们使用 Layer 2 应用以及代币的流程与体验会有一些重要变化吗?对投资者存在哪些机遇?

吕国宁:原则上来说,Layer2 上的应用目前还没有太明显的进展,很多都还实验阶段。但我们可以确定的一点是,dApp 开发者如果要从以太坊 Layer1 迁移到 Layer2 (或者其他公链时),最希望看到的情况是迁移的新环境,不但有更良好的性能,同时能够让用户维持过往一致的使用习惯,这点就对于 Layer2 而言存在考验。

同时,如果要将资产搬到 Layer2 上,或者从 Layer2 搬回到 Layer1 上,原则上都存在退出期(挑战期)。以确保整体资产的安全性,然而这个退出期的长短,会影响到用户实际的使用体验。因此,在整体 Layer2 的机制设计上,存不存在着一种类似流动性提供者的角色,能够先提供一般用户资金,让他们可以提前体现,变成整体 Layer2 能不能够顺利运行的关键。

如此一来,整体生态对于能够让 Layer2 更顺利运行的利益关系人,势必得设计出激励机制来激励让 Rollup 、侧链或者通道的交易能能够顺利完成的角色,我认为这样的机制设计可能和整体的经济模型有密切的关系,并且和 Layer2 的原生代币的使用也可能有所关联。

链捕手:现在以太坊、波卡的生态越来越多元,对你们有没有形成压力?

吕国宁:当然有压力,没有压力是不可能的,因为 CKB 的优势除了走了一条不一样的路,并且试图解决当下区块链面向未来发展遇到的瓶颈阻力,并且 CKB 一直坚持硬核技术路线,但是作为后来者,我们必须做到十倍以上的优势,才能打动开发者和用户愿意进来尝试或者迁移,这当然是巨大的挑战和压力,对于任何新的协议层的项目都是如此,更何况我们是一个来自中国,希望在全世界范围内竞争的公链团队。

链捕手:对于项目方而言,他们应该如何选择适合自身的Layer 2方案?有哪些需要注意的地方?

吕国宁:不同特性和业务的项目对于 Layer2 也会有不同的需求,原则上来说大致会有几个考量的方面。

第一,dApp 对于安全性的考量。目前有许多的 dApp 对于扩容存在这迫切的需求,其中许多都是 DeFi 的应用。然而 DeFi 的应用同时有需要对于「资产安全」有很大的要求,在这个面向上,侧链的安全性就不如通道和 Rolluop 等方案。

同时,在 Rollup 中,ZK Rollup 透过密码学保护的安全性又大于透过机制设计的 Oprimistic Rollup。因此在安全性的要求上就会让许多不同的 dApp 作出采用不同 Layer2 的选择。

第二个方面,对于性能提升的急迫程度

对于性能提升的急迫程度,也会影响开发者对于 Layer2 方案的采用。举例来说,目前开发速度最快的 Layer2 ,除了闪电网络之外,很大概率是 Rollup 的进度最靠前,这对于许多的 DeFi 项目而言,就成了解决拥堵问题的首选因素之一。

第三个方面,对于前一成本的考量,首先要看需不需要重新编写业务代码。目前 Rollup 虽然在实施上因为数据可取得性的优势,可以相较于先前的侧链或者通道等链下的 Layer2 方案在以太坊上有更高的可行性。

但是像是 ZK Rollup 就面临了没办法支持通用的智能合约,导致像采用 ZK Rollup 的 Matter Labs 必须自己再去实现一套零知识证明的智能合约语言 Zinc,然而这势必也加深了开发者的开发成本和合约审计的成本,相较而言,Optmistic Rollup 和侧链在对于 EVM 这样的主流智能合约平台的兼容能力就相对的更强。

其次是用户迁移成本,开发者在考量是否迁移至 Layer2 时,一个重点考量必定是用户不能流失。这也是为什么目前可能已经有许多的公链性能优于以太坊,但是以太坊仍然拥有巨大的生态优势的原因。因此,如果迁移到 Layer2 之后,用户的使用习惯必须改变,那么势必是 dApp 运营商不愿意看见的。

我们可以看到像是近期 ZK Rollup 上的 Curve测试网版本,以及在 Optimistic Rollup上的 Synthitix ,都会尽力的去整合 metamask 等等以太坊用户习惯的钱包做为登入的方式。

最后一点,是对业务场景的考量。不同的业务场景适用于不同的 Layer2 方案,Rollup 虽然可以透过压缩链上占用的空间,但是仍然只能达到有限度的扩容。虽然可以解决部分 DeFi 紧急的扩容需求,但并不是每一种场景都能够很方便的应用 Rollup。例如在未来的 IOT 或者 API 所引领的流支付等点对点的高频交易,就会是支付通道擅长的场景。

链捕手:不少观点认为,目前项目从Layer 1迁移到Layer 2的成本与门槛仍然很高,因此并没有形成规模性的项目迁移,你如何看待这个观点?为什么Layer 2还没有被大规模使用?

吕国宁:目前主流的 Layer 2 方案都是基于 Ethereum 平台设计,但是很多的 Layer2 不一定能够兼容 EVM ,必须重新实现其智能合约。

当 Layer2 没有办法兼容 EVM 时,在这样的 Layer2 上进行开发就必须重新用不同的语言去编写同一套业务逻辑的应用。不但会花费大量的时间成本,同时在编写完毕后,还必须花时间和金钱去进行代码审计,对于开发者而言都是负担。

因此,我们可以发现,像是 zkRollup 上的 zkSync ,即使没有办法 100 % 兼容 EVM ,也致力于花很多时间,去打造一套和 EVM 相似的语言。继续回到以太坊平台,很多密码学原语要通过硬分叉才能兼容,这对于许多零知识证明的签名算法的Rollup应用会成为很大的技术发展限制。

关于安全,目前 Layer 2 的安全假设和实现,仍然需要时间去验证。Layer2 上的 dApp 至今仍然非常的少,因为大家都没有办法很轻易的就断言 Layer2 的环境是否真正安全可靠,除了技术上的证明和审计之外,也需要时间为其安全性做证明。

最后一个问题是 Layer 2 的互操作性问题,Layer2 彼此之间并不互通,没办法产生网络效应。目前的 Layer2 ,彼此之间是没有办法产生交互,看来安全性、互操作性、以及编程语言都是阻碍。

当今区块链上最热门的 DeFi 领域,之所以能够不断的产生创新,正式因为在 ETH Layer1 上能够不断的组合,各种 DeFi 的乐高积木式组合创新。

在新的环境中,不但单一个 Layer2 上的 dApp 就已经非常的少,而且不同的 Layer2 之间更是缺乏合约交互的机会,等于让 DeFi 等应用最引以为傲的网络效应大打折扣。

链捕手;你认为Layer 2市场目前面临的主要难题还有哪些?接下来会呈现怎样的发展趋势?

吕国宁:Layer 2 的难题:和 Layer2 存在竞争的还有许多过去自称为 Eth Killer 的 Layer1。未来的 Layer2,其实还面临着许多和以太坊环境高度相似的其他 Layer 1 公链,他们其实会是 Layer 2 的强劲对手。

他们可能还具有可以和以太坊进行资产跨链的特色,而且天生的因为承袭以太坊的架构。因此能够对于 EVM 的环境做到更完善的兼容,因此他们可能对于 ETH 上面的 Layer2 产生竞争的关系,甚至在许多面向有更大的优势。

未来势必是多链并存的世界,每条链有个各自的需求和擅长的业务场景。未来的世界势必是一个多链并存的大航海时代,不同的链势必会有着不同的擅长,例如有些公链可能主打金融、有的主打 NFT 、游戏,另外还有些主打存储等等。

我认为这些公链上,最终一定会有部分特别有价值的资产,并且在特定的业务场景中崭露头角,这时候,上层的 Layer2 势必会更多的角色要进行扮演,不仅要帮助扩容,甚至还会承担跨链等互操作性相关的工作。

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