Dlaczego w przypadku warstwy 2 potrzebujemy warstwy 3?

Autor: Cynik
TL;DR
1. Z warstwy 1 do warstwy 2
Jak osiągnąć ekspansję techniczną? Ethereum uważa Rollup za jedyne rozwiązanie warstwy 2, ponieważ umożliwia ekspansję Ethereum bez utraty decentralizacji i bezpieczeństwa. Z perspektywy modułowej warstwa 2 jest odpowiedzialna za wykonanie, natomiast rozliczenia, konsensus i dostępność danych są obsługiwane przez warstwę 1.
2. Z warstwy 2 do warstwy 3
Jaka jest różnica między Warstwa 2-Warstwa 3 i Warstwa 1-Warstwa 2? Chociaż technologia Rollup rozwiązuje wąskie gardło obliczeniowe Ethereum, nie rozwiązuje problemu dostępności danych. Górna warstwa musi skompresować dane transakcyjne, aby przekazać je do niższej warstwy, ale kompresji nie można powtórzyć, a wydajność warstw Layer2-Layer3 nie może spowodować znaczącej poprawy.
Dlaczego potrzebujemy warstwy 3, skoro mamy warstwę 2? Warstwa 2 będzie utrzymywać decentralizację i zapewniać możliwość kompozycji jako ogólną warstwę obliczeniową, podczas gdy warstwa 3 powinna służyć jako łańcuch specyficzny dla danej aplikacji, aby sprostać unikalnym potrzebom różnych aplikacji, takim jak kompatybilność, wydajność, prywatność itp.
Skoro oba są ekosystemami łańcucha aplikacji, jaka jest różnica między Layer3 i Cosmos? Layer3 opiera się na ekosystemie Ethereum, co ułatwia pozyskiwanie użytkowników i funduszy, ale ze względu na wysoki stopień powiązania z Ethereum, traci również część suwerenności, na przykład w zakresie przechwytywania wartości tokenów.
3. Z warstwy 3 do warstwy X?
Aktualny stan rozwoju warstwy 3: Arbitrum wydało Orbit Chain 22 czerwca; zkSync ogłosił 26 czerwca, że ​​za kilka tygodni uruchomi ZK Stack; Madara z ekosystemu Starknet pomógł projektowi wdrożyć łańcuch aplikacji Starknet warstwy 3 w ciągu 24 godzin podczas hackathonu.
Warstwa 3 już tu jest, czy warstwa 4 i warstwa 5 są daleko w tyle? Firma LK Venture uważa, że ​​z technicznego punktu widzenia warstwa 3 nie jest już w stanie osiągnąć skoku wydajności poprzez proste łączenie w stosy. Chociaż powiązania ekologiczne między warstwami 1–2–3 są ścisłe (ekologia Ethereum), a interoperacyjność jest silniejsza niż między tradycyjnymi łańcuchami heterogenicznymi (łańcuchy międzyplatformowe są tańsze), nadal nie jest możliwe, aby w pełni odziedziczyły one ekologię od siebie nawzajem. Narracja ekspansji Ethereum może kończyć się na warstwie 3.
Od warstwy 1 do warstwy 2: rozbudowa pojemności
W technologii blockchain istnieje trójkąt niemożliwy do osiągnięcia: bezpieczeństwa, decentralizacji i skalowalności nie da się osiągnąć jednocześnie. Ethereum wybrało pierwsze dwa rozwiązania, nie zapewniając wystarczającego wsparcia dla drugiego. W normalne dni transakcja swap w Ethereum wymaga uiszczenia opłaty za gaz w wysokości 3–4 USD, natomiast na rynku byka z dużym wolumenem obrotu transakcja swap może wymagać uiszczenia opłaty za gaz w wysokości prawie 100 USD, a zatory są bardzo poważne.
Opierając się na ogromnym ekosystemie ustanowionym dzięki przewadze pierwszego gracza, Ethereum nadal zajmuje absolutną dominującą pozycję na rynku, pomimo pojawienia się wielu nowych publicznych łańcuchów skupiających się na skalowalności od 2018 roku. Dlatego ludzie zwrócili swoją uwagę na rozwiązania rozszerzające zbudowane na Ethereum.
Trzy najpopularniejsze spośród nich to sidechain, Validium i Rollup, które opierają się na różnych założeniach dotyczących zaufania.
Łańcuch boczny to niezależny blockchain, który działa niezależnie od warstwy 1 i jest połączony z główną siecią Ethereum za pośrednictwem dwukierunkowego mostu. Łańcuchy boczne mogą mieć osobne parametry bloku i algorytmy konsensusu oraz mogą wydajnie przetwarzać transakcje, ale nie dziedziczą właściwości bezpieczeństwa Ethereum.
Validium wykorzystuje dostępność danych i obliczenia poza łańcuchem do przetwarzania transakcji poza łańcuchem w celu zwiększenia przepustowości i publikuje dowody zerowej wiedzy w łańcuchu w celu weryfikacji transakcji poza łańcuchem na warstwie 1 pod kątem bezpieczeństwa.
Rollup wykonuje obliczenia poza łańcuchem, ale używa Warstwy 1 jako warstwy dostępności danych. Dziedziczy bezpieczeństwo Ethereum poprzez publikowanie dowodów oszustw i dowodów ważności w łańcuchu i weryfikowanie ich w inteligentnych kontraktach warstwy 1.
Ethereum uważa Rollup za jedyne rozwiązanie warstwy 2, ponieważ pozwala ono na rozbudowę Ethereum bez utraty decentralizacji i bezpieczeństwa. Z perspektywy modułowej, warstwa 2 odpowiada za wykonanie, natomiast rozliczenia, konsensus i dostępność danych obsługiwane są przez warstwę 1.
W zależności od przesłanego dowodu, Rollup można podzielić na Optimistic Rollup i ZK Rollup.
W przypadku optymistycznego rollupu, rollup wykonuje transakcje w partiach i wysyła transakcje w partiach, status przed wykonaniem i status po wykonaniu do kontraktu rollup wdrożonego na warstwie 1. Warstwa 1 nie weryfikuje procesu transferu stanu. Dopóki stan początkowy przesłany przez Rollup jest taki sam, jak ten zapisany w kontrakcie Layer1, optymistycznie przenosi on stan do nowego stanu przesłanego przez Rollup. Gwarancją zapobiegania oszustwom są dowody oszustwa. W trakcie trwania sporu inni walidatorzy mogą zakwestionować stan główny i przesłać dowody oszustwa do kontraktu Layer1 Rollup. Spowoduje to, że stan Rollup powróci do stanu końcowego sprzed sporu, zostanie przeliczony stan prawny i zostanie ukarany walidator na podstawie wyniku. W praktyce oszustwa zdarzają się rzadko, więc optymistyczne podejście do przelewu państwowego pozwala w rzeczywistości zaoszczędzić sporo zasobów weryfikacyjnych.
Różnica pomiędzy ZK Rollup i Optimistic Rollup polega na tym, że transfer stanu musi zostać zweryfikowany nie za pomocą kontraktu Layer1 Rollup, ale poprzez weryfikację dowodu ważności w kontrakcie. Po zakończeniu weryfikacji przekazanie państwa zostaje natychmiast sfinalizowane bez konieczności czekania na okres sporny trwający do jednego tygodnia.
Spośród projektów wykorzystujących technologię Optimistic Rollup najbardziej dojrzałe są Arbitrum i Optimism, oba uruchomione w sieci głównej. Wśród nich Arbitrum wdrożyło zabezpieczenie przed oszustwami, jednak jest ono ograniczone do zgłoszeń na białej liście, podczas gdy zabezpieczenie przed oszustwami w Optimism jest wciąż w fazie rozwoju. Obie firmy aktywnie promują proces decentralizacji, w tym decentralizację sekwencerów i walidatorów. Według danych L2Beat, na dzień 26 czerwca 2023 r. wartość netto akcji Arbitrum One i Optimism wyniosła odpowiednio 5,81 mld USD i 2,25 mld USD. Inne projekty wykorzystujące technologię Optimistic Rollup to m.in. Boba Network, Zora Network, Layer2.finance, Fuel, BNBOP, Coinbase itp. Niektóre z nich zostały opracowane z wykorzystaniem oprogramowania OP Stack udostępnianego jako oprogramowanie open source przez zespół Optimism.
Wśród projektów wykorzystujących technologię ZK Rollup, te, które obsługują maszyny wirtualne, to głównie zkSync Era, StarkWare, Polygon zkEVM itp. Obecnie znajdują się one w sieci głównej z wartościami TVL wynoszącymi 618 mln USD, 68,11 mln USD i 42,65 mln USD. Do tych, które obsługują tylko określone rodzaje transakcji, należą dydx, Loopring, zkSync Lite itp., których limity czasowe wynoszą odpowiednio 350 mln USD, 98,47 mln USD i 97,69 mln USD. Aktualnym kierunkiem rozwoju ZK Rollup jest lepsza kompatybilność z Ethereum. Wśród rozwijanych projektów zkEVM znajdują się Taiko, Scroll, Linea itp.
Od warstwy 2 do warstwy 3: dostosowywanie
Warstwa 2: 100x, Warstwa 3: 100x²=10000x?
Przechodząc z warstwy 1 do warstwy 2 koszt zmniejsza się do 1/100. Dlatego naturalnym jest myślenie, że jeżeli te same operacje zostaną wykonane na Warstwie 2 w celu zbudowania Warstwy 3, koszt Warstwy 3 zmniejszy się do 1/10000. Niestety, odpowiedź brzmi: nie.
Rollup rozwiązuje problem obliczeniowy Ethereum poprzez przeniesienie wykonywania operacji poza łańcuch: węzły L1 nie muszą już wykonywać każdej transakcji w partii, aby zweryfikować poprawność transferu stanu. Dzięki technologii dowodów rekurencyjnych w kryptografii obliczenia mogą być ciągle rekurencyjne, co pozwala na uzyskanie nieograniczonej wydajności, ale nie ma możliwości gromadzenia i przetwarzania danych. Warstwa 2 musi przekazać spakowane dane transakcji do inteligentnego kontraktu w Ethereum w formie calldata. Mimo że dane transakcji w pakiecie są skompresowane, nie da się ich skompresować dwukrotnie w ten sam sposób. Dane transakcyjne warstwy 3 muszą zostać ostatecznie przesłane do warstwy 1 (w przeciwnym razie nie można odziedziczyć zabezpieczeń), ale stopnia kompresji transakcji nie da się bardziej obniżyć, więc kosztu dostępności danych nie da się obniżyć poprzez układanie w stosy.
Dlatego warstwa 3 nie może skorzystać ze ścieżki prostego układania w stos. Rozwiązaniem zaproponowanym przez zespół StarkWare jest personalizacja, pozwalająca warstwie 3 i warstwie 2 przyjmować różne funkcje.
Dlaczego potrzebujemy warstwy 3, skoro mamy warstwę 2?
Ethereum gwarantuje bezpieczeństwo i decentralizację, a warstwa 2 odpowiada za skalowalność. Można powiedzieć, że rozwiązuje to trylemat blockchain. Dlaczego warstwa 3 jest nadal potrzebna?
Koncepcję warstwy 3 po raz pierwszy zaproponował zespół StarkWare w artykule (Skalowanie fraktalne: od poziomu 2 do poziomu 3). Zespół StarkWare uważa, że ​​hierarchiczna struktura i koncepcja enkapsulacji stanowią istotę utrzymania żywotności informatyki. Ponadto warstwa 2 maszyny wirtualnej warstwy 2 będzie zachowywać decentralizację i służyć jako ogólna warstwa obliczeniowa, zapewniająca możliwość kompozycji, podczas gdy warstwa 3 powinna służyć jako łańcuch specyficzny dla danej aplikacji, spełniający wyjątkowe potrzeby różnych aplikacji. Kompletność Turinga stanowi dobrą podstawę do stosowania warstw. Po osiągnięciu kompletności Turinga teoretycznie można na jej podstawie stworzyć dowolne możliwe aplikacje.
W rzeczywistości, aby zachować swoją wszechstronność, Layer2 nieuchronnie będzie musiał pójść na pewne kompromisy i nie będzie w stanie sprostać wymaganiom wszystkich aplikacji. Najbardziej bezpośrednim przejawem tego jest fakt, że StarkWare opracował język Cairo i CairoVM w celu bardziej wydajnego generowania dowodów, co nie jest kompatybilne z Ethereum. W tym momencie można zastosować łańcuch warstwy 3 w celu rozwiązania problemu bezpieczeństwa.
Możliwe przypadki użycia warstwy 3 obejmują:
Zgodność: Dzięki zaimplementowaniu interpretera dla innych języków na maszynie wirtualnej warstwy 2 jest ona zgodna z innymi maszynami wirtualnymi.
Wydajność: Jeśli aplikacja wymaga bardzo wysokiego TPS (np. gry, serwisy społecznościowe), można rozważyć zrezygnowanie z części zabezpieczeń, użycie rozwiązania Validum i wybór warstwy 2; Aplikacja może także dostosować format transakcji do własnych potrzeb, aby uzyskać wyższy stopień kompresji.
Prywatność: Łańcuch prywatności jest specjalnie zbudowany i ustalony na warstwie 2, ale nie można go obserwować publicznie.
Ponadto, ponieważ łańcuch aplikacji jest dedykowany i nie będzie bezpośrednio zależny od innych aplikacji, wydajność i koszt łańcucha są stosunkowo pewne. Jednocześnie transakcje pomostowe nie muszą być wysyłane bezpośrednio na warstwie 1, co obniża koszty, a łączenie warstw L2-L3 i L3-L3 jest tańsze. Warstwa 3 ma również oczywistą przewagę przy zbiorczym przesyłaniu transakcji. Stała ilość gazu wymagana do przesłania partii transakcji jest niższa, a średnie zużycie gazu nie wymaga długiego oczekiwania na przesłanie większej liczby transakcji jednocześnie. Może to znacznie złagodzić dylemat pomiędzy czasem potwierdzenia a kosztem w Warstwie 2.
Skoro oba są ekosystemami łańcucha aplikacji, jaka jest różnica między Layer3 i Cosmos?
Można powiedzieć, że Cosmos był pierwszym projektem, w którym zaproponowano koncepcję łańcucha aplikacji. Za pomocą pakietu Cosmos SDK użytkownicy mogą łatwo dostosowywać i uruchamiać własne łańcuchy aplikacji. Cosmos IBC można jeszcze bardziej porównać do protokołu TCP/IP w Internecie, zapewniając natywną interoperacyjność łańcuchów aplikacji utworzonych przy użyciu pakietu Cosmos SDK. Mówiąc prościej, wizja Cosmosu polega na zbudowaniu wszechświata blockchain, w którym połączone będą tysiące łańcuchów.
Layer3 włożył także wiele wysiłku w zapewnienie interoperacyjności. Ze względu na tę samą architekturę techniczną i niskie koszty transakcyjne, wymiana międzyłańcuchowa między warstwą 3 będzie przebiegać bez konieczności zaufania, szybko i tanio, można więc uznać, że płynność między warstwą 3 jest współdzielona. Z punktu widzenia interoperacyjności możliwości oferowane przez Layer3 i Cosmos są niemal takie same.
Zespół ds. badań inwestycyjnych LK Venture uważa, że ​​największa różnica między Layer3 i Cosmos leży w powiązaniu z ekosystemem Ethereum, co jest zarówno zaletą, jak i wadą.
Jeśli chodzi o zalety, najważniejszymi są ogromna płynność i baza użytkowników ekosystemu Ethereum.
Choć Cosmos dysponuje zaawansowaną technologią i dla wielu gigantów jest pierwszym wyborem przy uruchamianiu sieci, to i tak nie może uniknąć losu niskiego udziału w rynku. Według danych DeifLlma, na dzień 26 czerwca 2023 r. całkowita wartość aktywów Ethereum wynosiła 26,2 mld USD, podczas gdy cały ekosystem Cosmos to zaledwie niemal 1 mld USD. Kluczowym czynnikiem sukcesu warstwy trzeciej jest ekosystem Ethereum.
Jeśli chodzi o wady, to główną z nich jest wysoki stopień powiązania z Ethereum, co skutkuje utratą części suwerenności.
W przypadku użytkowników łańcucha Cosmos model tokena jest w całości projektowany przez stronę projektu na podstawie jej potrzeb, a token ma silne uprawnienia. Jednak natywny token łańcucha warstwy 3 będzie podlegał ograniczeniom Ethereum. Chociaż strona projektu może przekształcić natywny token w token Gas, nie można zaprzeczyć, że ostateczne dane transakcji przesłane do Ethereum pochłaniają $ETH. W związku z tym, jeśli token Gas nie jest $ETH, lecz natywnym tokenem wydanym przez niego samego, strona projektu musi stale konwertować natywny token na $ETH w celu przesłania, a ostateczne upoważnienie i tak zostanie przeniesione na $ETH.
Kolejną cechą warstwy 3 jest to, że wszystko, co zostanie wykonane na warstwie 3, może zostać przeniesione do warstwy 2, co zależy jedynie od wyboru warstwy DA.
Jeśli warstwa 2, na której opiera się rozliczenie, ma lukę w zabezpieczeniach lub jej aktywność spada, warstwa 3 może niewielkim kosztem migrować do innych warstw 2 lub nawet bezpośrednio polegać na warstwie 1 w zakresie DA i rozliczeń i stać się warstwą 2. Ze względu na wysoki stopień integracji z ekosystemem Ethereum, wiele innowacyjnych rozgrywek może narodzić się na warstwie 3.
Outlook z warstwy 3 do warstwy X
Aktualny stan rozwoju warstwy 3
22 czerwca Offchain Labs udostępniło narzędzia do wydawania Arbitrum Orbit Chain. Orbit Chain to warstwa 3 umieszczona na warstwie Arbitrum 2. Do rozliczeń możesz użyć jednej z trzech warstw Layer2, w tym Arbitrum One, Arbitrum Nova i Arbitrum Goerli. Użytkownicy mogą wybrać technologię Rollup lub Anytrust. Różnica polega na tym, że Anytrust korzysta z DAC zamiast przesyłać dane transakcyjne do łańcucha, co jest tańsze, ale mniej bezpieczne. Zalety Orbit Chain leżą w prostym procesie wydawania łańcuchów, współdziałaniu z ekosystemem Arbitrum, natychmiastowych aktualizacjach Nitro i kompatybilności z EVM+ zapewnianej przez Stylus (obsługuje Rust, C, C++ i działa na maszynie wirtualnej WASM). Użytkownicy mogą utworzyć dowolny łańcuch Orbit bez konieczności dostosowywania, jednak muszą zdecydować się na Arbitrum Layer2. W przeciwnym razie muszą skontaktować się z Offchain Labs lub Arbitrum DAO w celu uzyskania autoryzacji.
26 czerwca zkSync opublikował artykuł, w którym poinformował, że w ciągu najbliższych kilku tygodni zmodyfikuje istniejący kod źródłowy i uruchomi ZK Stack, umożliwiając użytkownikom wykorzystanie jego personalizacji do zbudowania własnego superłańcucha ZK. W przeciwieństwie do Orbit Chain Arbitrum, ZK Stack kładzie nacisk na suwerenność i interoperacyjność. Użytkownicy mogą go w pełni dostosować do swoich potrzeb. Łańcuchy zbudowane z wykorzystaniem ZK Stack mogą osiągnąć interoperacyjność bez mostów. ZK Stack można wykorzystać do budowy zarówno warstwy 2, jak i warstwy 3. Oficjalnie nie nałożono na niego żadnych ograniczeń i nie ma wymogu, aby decydować się na zkSync. Z tego punktu widzenia suwerenność zapewniana przez ZK Stack wydaje się być silniejsza.
StarkWare jest pierwszym zespołem, który zaproponował koncepcję warstwy 3. Firma intensywnie rozwija tę technologię w swoim ekosystemie Starknet. Madara testuje publiczny Stack. Podczas hackathonu @PragmaOracle zespół wykorzystał Madara do ukończenia wydania łańcucha aplikacji w ciągu 24 godzin. Jednakże, ponieważ Starknet korzysta z unikalnej technologii zk-STARK, poziom dojrzałości technicznej jest stosunkowo niski, a opracowanie i udoskonalenie produktu przed udostępnieniem stosu Starknet publicznie może zająć więcej czasu.
Obecny ekosystem warstwy 3 jest wciąż w początkowej fazie rozwoju, ale wierzę, że wraz z uruchomieniem różnych wygodnych narzędzi do wydawania łańcuchów warstwy 2, warstwa 3 wkrótce stanie się oficjalnie operacyjna. W miarę jak infrastruktura stopniowo się poprawia, najważniejszą kwestią dla wszystkich sieci stało się przyciągnięcie użytkowników.
Warstwa 3 już tu jest, a czy warstwa X jest daleko w tyle?
Z technicznego punktu widzenia warstwa 3 nie jest już w stanie osiągnąć skoku wydajnościowego poprzez proste układanie w stosy. Oczywiście, warstwa 3 może zyskać konkretne korzyści dzięki personalizacji, ale utrata wszechstronności utrudni dalsze układanie w stosy. Oczywiście, jeśli chcemy, tego rodzaju hierarchiczną superpozycję można stosować w nieskończoność, jednak zespół badawczy LK Venture uważa, że ​​na chwilę obecną tego typu superpozycja nie jest w stanie sprostać żadnym potrzebom i doprowadzi do wykładniczego wzrostu złożoności systemu.
Najważniejszą kwestią jest to, że chociaż powiązania ekologiczne między warstwami 1, 2 i 3 są ścisłe (ekologia Ethereum), a interoperacyjność jest silniejsza niż między tradycyjnymi łańcuchami heterogenicznymi (łańcuchy międzyłańcuchowe są tańsze), to nadal nie jest możliwe, aby w pełni odziedziczyły one ekologię od siebie nawzajem. Kontrakty uruchomione na Arbitrum One nie mogą być wywoływane bezpośrednio na Orbit Chain; płynności DEX wdrożonej w zkSync nie można bezpośrednio agregować w ZK Stack.
Obecna sytuacja jest taka, że ​​galeria handlowa została wybudowana i jest coraz wyższa, ale nie ma w niej zbyt wielu sprzedawców ani klientów. Mimo że na pierwszym piętrze znajduje się mnóstwo sklepów (Ethereum), ludzie niechętnie udają się na wyższe piętra, aby robić zakupy, ponieważ nie ma tam tak wielu sprzedawców jak na niższych.
Zespół badawczy ds. inwestycji LK Venture uważa zatem, że zanim technologia blockchain zostanie wdrożona na szeroką skalę, warstwie 3 będzie trudno pozyskać dużą liczbę użytkowników. Jeśli chodzi o warstwę 4, warstwę 5...warstwę N, nawet jeśli poszczególne aplikacje mają specyficzne wymagania, nie sądzę, aby były promowane pod sztandarem warstwy N.
Jak głosi stare przysłowie: Tao rodzi jedno, jedno rodzi dwa, dwa rodzi trzy, a trzy rodzi wszystkie rzeczy. Czy opowieść o ekspansji Ethereum zakończy się na warstwie 3? Testowanie może potrwać jakiś czas.