分析 | 比较Arbitrum与Layer2扩容赛道其他种子选手优劣势

原文标题：《 Pantera 合伙人：比较 Arbitrum 与 L2 扩容赛道其他种子选手优劣势 》

原文作者：Paul Veradittakit，区块链投资机构 Pantera Capital 合伙人

原文编译：Perry Wang

2019 年初，Pantera 领投了?Offchain Labs?的 种子轮融资，Offchain Labs 构建了 Arbitrum 协议，即一种使用 Optimistic Rollups 技术的以太坊 DApp 扩容解决方案。似乎（NBA 达拉斯独行侠队老板）马克·库班最近又追加了一些投资。

上周五，仅对开发者开放的 Arbitrum 主网上线，包括得到?Uniswap?社区的支持，将「在 Arbitrum 上部署 Uniswap v3」。您可以在下面正文中阅读更多关于 Arbitrum 工作原理以及它与以太坊上其他第 2 层（Layer2）解决方案的比较。

由于以太坊的设计理念中是将安全性和信任置于效率之上，随着以太坊的大规模普及和交易吞吐量剧增，导致其网络效率极为低下。以太坊 DApp 上的加密用户因此遭遇了糟糕的用户体验，他们通常必须支付高得离谱的交易费用，并且得面对极其缓慢的交易时间。因此对在以太坊上打造 Layer2 解决方案的需求不断增长，Layer2 解决方案找到了一种有效打包交易数据并定期将其发布到以太坊网络的方法，解决了以太坊原始网络的许多效率低下问题。

Offchain Labs 最近宣布部署 Arbitrum One，即其 Layer2 扩容技术 Arbitrum 的主网测试版，该技术采用了 Optimistic Rollups 机制。

Arbitrum 围绕一个 Rollup 链构建，该链执行提交到 Arbitrum 网络的所有交易，并将其数据记录在以太坊上的收件箱（inbox）智能合约中。

为了在以太坊上反映这些交易，验证者可以将收件箱中多个交易的数据汇总成一个简明的摘要，称为「断言」（assertion），然后将其发布到以太坊主网。这些断言被乐观地认为是有效的，除非在设定的等待期内受到另一个验证者的质疑；不正确的断言或质疑会被处以罚没资金的惩罚。

这种机制有效地减少了以太坊网络必须完全验证的单个交易的数量，使 Arbitrum 能够提供显著提升交易速度、降低交易成本。

Arbitrum 还被设计为对开发者非常友好，与以太坊虚拟机（EVM）完全兼容，并原生支持 Etherscan、Hardhat 和 Truffle 等第三方工具。这些优势，以及 Arbitrum 的大规模扩容性改进，使得该协议成为吸引构建高吞吐量 DApp 开发者的热门种子选手。

支持 Layer2 协议的两种相互竞争的技术是侧链和 ZK Rollups。

(Polygon 所采用的) 侧链本质上是一个完全独立的区块链，它通过将区块头发布到以太坊来定期与以太坊「同步状态」。由于这些侧链仅接收到以太坊交易量的一小部分，因此可以显著提高成本效率和速度。然而由于侧链完全独立于底层区块链运行，它们容易受到各种攻击，影响到开发者在侧链上进行构建的决心。

(StarkWare 所采用的) ZK Rollups 与 Optimistic Rollup 技术类似：它们在链下（在一个 Rollup 链上）执行交易，记录所有交易数据，并定期将聚合多个交易的断言发布到以太坊主网。不过与 Optimistic Rollups 不同，并不总是乐观地假设断言是有效的。验证者还必须发布随附的有效性证明，即 ZK-STARK。不幸的是，ZK-STARK 技术仍然不成熟，不能很好地概括，并且通常其计算构建起来非常缓慢。该技术出色的安全保证使其成为以太坊扩容解决方案的远期候选者，但在目前状态下，它们仍然难以使用且难以处理。

Optimistic Rollups 某种程度上介于侧链与 ZK Rollup 之间，通过开发良好、可用的基础架构，保留了与 ZK-STARK 相同的很多安全保障。

Arbitrum 开发者主网测试版上线一周之内，逾 250 个项目陆续登陆，清晰显示了对以太坊扩容基础设施的疯狂需求。在这一测试版期间，如有必要，Arbitrum 团队将保持暂停或升级网络的能力，以消除最后一刻出现的任何错误或效率低下。在所有项目都能够在 Arbitrum 上构建和测试其应用后，该协议计划向最终用户开放，并开始向完全去中心化过渡。

最终，随着加密货币和 DeFi 继续赢得爆炸式增长，Arbitrum 为希望在以太坊上构建强大、用户友好且高效的 DApp 的开发者提供了最有前途的候选扩容方案之一。

在过去的一周中，Offchain Labs 将其以太坊扩容解决方案 Arbitrum 协议部署到了以太坊主网上。作为 Layer2 协议，Arbitrum 使用 Optimistic Rollups 技术将智能合约执行数据高效紧凑地打包到以太坊上，从而显著提高交易速度和降低交易成本。

以太坊无疑是当今人气最高的 DApp 区块链之一，以太坊上的各种 DeFi 协议锁定了近 650 亿美元资产，基于以太坊的 DApp 每天有超过 100,000 名活跃用户。以太坊网络主打优化可验证性和安全性，面对所收到的大量交易（每天近 150 万笔），其处理能力捉襟见肘，导致交易速度极其缓慢，且 Gas 费用高得离谱。这里介绍个背景知识，以太坊用户目前预计自己的交易大约得需要 4 分钟才能完成结算，平均 Gas 费用为 1 美元。对于更大规模的交易，比如 Uniswap 交易，Gas 费用可能接近 8-9 美元。

过去一年以 Gwei 为计价单位的以太坊 Gas 费水准，来源：YCharts

为了更好地处理 Dapp 和 DeFi 协议的高吞吐量，有几个项目推出了 Layer2 解决方案，构建中被称为区块链「第一层」Layer1 的以太坊之上。Layer2 协议在高层次上找到了一种有效打包交易数据并定期将其发布到以太坊网络的方法。当交易量很高时，直接在以太坊上验证每笔交易可能会导致费用上天、效率慢如蜗牛； 而 Layer2 能够比原生以太坊实现更为巨大的性能改进，因为它们有效地减少了每笔交易在区块链网络上的计算负载。

Arbitrum Layer2 解决方案的关键是 Optimistic Rollup。在 Rollup 中，交易验证者通过在链下执行这些交易，将多个交易打包在一起，然后将交易数据和智能合约最终状态的简明账户（称为「断言」）发布到 Layer1 区块链中。

Arbitrum 特别使用 Optimistic Rollups，其中发布到以太坊的断言被乐观地「假设」为真实和正确，除非受到其他验证者的质疑。验证者只将断言——而不需要随附的有效性证明——发布到以太坊网络。为了激励诚实验证，验证者还必须在特定时间段内向以太坊投入保证金。在这一窗口期，如果另一个验证者对原始验证者的断言提出异议，他们可以在以太坊上正式「挑战」该断言，并投入自己的保证金。如果原始验证者的断言不正确，原始验证者将失去其保证金。如果挑战者不正确，挑战者将失去自己的保证金。如果一个断言在没有受到任何成功挑战的情况下度过了指定的时间窗口，它就会被「接受」为真实，将与以太坊区块链的最终状态合并。

Arbitrum 上的断言验证和挑战，来源：Arbitrum Whitepaper

通过将多个交易聚合为与以太坊的单一交互（发布单个断言），Arbitrum 大大减少了以太坊所必须处理的单个交易的总数。所有这些交易在技术上仍然「发布」到以太坊（通过断言），但网络不再需要独立验证每个交易（并在每个节点上完全执行每个交易的每个步骤）。此外，由于断言被设计为紧凑型，它们通常在以太坊区块链上占用的空间更少，这有助于它们能更快地被打包进以太坊区块中。总而言之，这些效率提升带来了交易速度和成本的显著提高，使得 DApp 能更容易应对大量用户和交易。

从架构角度来看，Arbitrum 上的交易被提交到 Arbitrum Rollup 链，后者可以被认为是一个侧链，用于处理以太坊链下的交易执行。来自这些交易的数据被记录下来，然后发布到以太坊上一个开放的收件箱智能合约。验证者（可以是任何人，因为 Arbitrum 是完全无需许可的）然后将收件箱中的交易数据聚合成断言，然后发布到以太坊中。外部用户可以通过简单执行发布到收件箱中的交易，来恢复 Arbitrum Rollup 链的当前状态。

Arbitrum 还针对开发难度进行了高度优化，包括完全的 EVM 兼容性、与 Etherscan 的集成以及对 Hardhat 和 Truffle 等流行工具的原生支持。这些特色，再加上 Arbitrum 的大规模扩容性改进，使得该协议成为吸引构建高吞吐量 DApp 开发者的热门种子选手。

鉴于以太坊的广泛流行，一些项目已经推出了 Layer2 解决方案，以增强区块链的扩容性。除了 Optimistic Rollup 技术之外，Layer2 解决方案的另外两种高人气技术是 zk-Rollups 和侧链。

Polygon（以前称为 Matic Network）使用的侧链本质上是一个完全独立的区块链，用于执行交易，偶尔会与 Layer1 区块链交互。由于侧链只处理 Layer1 网络总交易量的一小部分，侧链被高吞吐量「阻塞」的可能性大大降低，因此可以提供更低的交易费用和更快的交易速度。为了确保侧链和 Layer1 区块链是一致的，侧链会定期将它们的区块头发布到 Layer1 链，确保两条链的「状态」保持一致。侧链通过在以太坊之外执行交易来提高效率，减少以太坊的整体计算负载。这样做的一个不幸后果是，侧链通常无法提供与 Layer1 区块链相同的安全保证，因为从根本上说，它要求 Layer1 链不会自行验证每个交易 / 区块。无效状态转换攻击随之成为可能，即多数侧链验证者串通一气，人为地产生一个区块，从交易参与者那里窃取资金，并将伴随的区块头发布到以太坊以完成盗窃。Optimistic Rollups 通过将所有交易数据记录到以太坊的收件箱来防止此类攻击。任何人都可以在收件箱中执行交易以确认 Rollup 链的状态，验证或挑战验证者的断言。侧链和 Optimistic Rollups 之间的主要区别在于，侧链将区块链的历史快照发布到以太坊，而 Optimistic Rollups 将整个区块链历史记录到以太坊。

StarkEx 所采用的 ZK-Rollups 技术在架构上类似于 Optimistic Rollups。两者都在单独的 Rollup 链中执行交易，然后定期使用断言将所有数据记录到以太坊中，以验证 Rollup 交易。两者的关键区别在于，在 zk-Rollups 中，验证者必须向以太坊发布有效性证明以及他们的断言； 与 Optimistic Rollups 不同，zk-Rollups 协议并不乐观地假设这些断言是有效的。其前缀 ZK 来自这样一个事实，即随附的证明是一个 ZK-STARK，或者叫简洁的全透明零知识证明。ZK-STARK 的具体技术细节不在本文的讨论范围内，但简单说，ZK-STARK 是一种加密原语，允许用户证明他们「了解」某些事实，而在证明自身中无需包含有关该事实的任何揭示性信息。ZK-STARK 在扩容方面的主要好处是它们非常紧凑，大大提升验证者将断言和相关证明发布到以太坊的效率。这些证明也保证了 Rollup 链的状态始终与以太坊同步；由于所有断言都必须是可证明有效的，因此与 Optimistic Rollups 不同的是，不存在可能有无效断言存储在以太坊中的「挑战期」。?

尽管具有紧凑的结构和强大的安全保证，但用于有效构建和计算 ZK-STARK 的技术和抽象仍然相当不发达，使得这一技术难以使用，并且通常具有高度的用例特定性。ZK Rollups 的大多数现有实现只能处理特定类型的交易，例如代币转移或原子交换。此外它们的构建速度可能非常缓慢；以具有约 1000 笔交易的一个区块为例，要在非专业硬件上搭建验证架构可能需要近 20 分钟。随着专门服务于 ZK-STARKS 的更专业硬件（例如 GPU 验证器）和加密抽象开始出现，ZK Rollups 可能会被证明是最成功的 Layer2 扩容机制之一。在那之前，该技术在效率改进和可用性方面仍然非常捉襟见肘，这使得 Optimistic Rollups 在短期内成为更有前途的解决方案。

上周推出的 Arbitrum 主网被特别命名为「Arbitrum One」，以将其明确为由 Arbitrum 技术提供支持的旗舰区块链。随着 Arbitrum 生态系统的不断发展和完善，其他 Rollup 链（也使用 Arbitrum 技术，但可能会进行修改）也可能会涌现，专门为各种用例量身定制。

Arbitrum One 目前处于主网测试阶段，如果需要，Arbitrum 团队将有能力暂停和升级区块链。在这段时间里，开发者可以感受通 Arbitrum 的安全性和效率，并在该区块链接受天量吞吐量之前甄别任何最后一刻出现的漏洞或错误。目前 Arbitrum One 向所有请求访问的开发者开放（已有超过 250 个项目），一旦所有项目都能够在 Arbitrum 上构建和测试其 Dapp，届时将向最终用户开放访问。该团队的目标是在今年夏天尾声时过渡到完全去中心化。

最近外界对加密领域兴趣激增是一把双刃剑——带来了新用户和流动性来源，随之而来的是以太坊出现严重的网络堵塞、漫长的交易时间和巨额的 Gas 费。随着以太坊当前和未来不断的普及，构建可持续的基础设施、高效、安全地为吞吐量更大的 DApp 提供动力，显得比以往任何时候都更加重要。

Arbitrum 为使用 Optimistic Rollups 作为 Layer2 扩容机制提供了强大的现实样本，大大提高了以太坊交易的成本和时间效率，同时保留了几个关键的安全保证。大量项目（250 个，并且还在增加中）已经在 Arbitrum 开发者主网上进行构建，证明了对这种可扩容基础设施的需求，以及对当前 Layer2 赛道选手的失望。随着以太坊生态系统继续蓬勃发展，Arbitrum Layer2 解决方案催生出新一代高度可扩容、高效的 DApp，为世界各地的加密用户提供有显著提升（更便宜、更快捷）的体验。

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编译者/作者：区块律动BlockBeat

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