原文標題：How do layer 2s really differ from execution sharding?

原文作者：Vitalik Buterin，以太坊創辦人

原文編譯：0xjste，金色財經

兩年半前，我在「以太坊終局」的文章中指出，從技術角度來看，區塊鏈未來發展的不同路徑看起來非常相似。在這兩種情況下，鏈上都有大量的交易，並且處理這些交易需要（i）大量的計算和（ii）大量的數據頻寬。像我用來寫這篇文章的筆記型電腦上運行的 2TB reth 存檔節點這樣的常規以太坊節點，並不足以直接驗證如此巨大的數據和計算量，即使有偉大的軟體工程作品和 Verkle 樹。

在「L1 分片」和以rollup 為中心的世界中，都使用ZK-SNARKs 來驗證計算，並使用DAS（資料可用性採樣）來驗證資料可用性。這兩種情況下的 DAS 是相同的。兩種情況下的 ZK-SNARKs 技術也是相同的，差別在於一種是智慧合約程式碼，另一種是協定的一個嵌入特性。從技術角度來看，以太坊實際上正在進行分片，而 rollup 是分片的一部分。

這引出了一個自然的問題：這兩個世界之間的差別是什麼？一個答案是程式碼錯誤的後果不同：在 rollup 世界中，代幣會遺失，而在分片鏈世界中，會有共識失敗。但我預計隨著協議的固化和形式驗證技術的改進，錯誤的重要性會減少。那麼，我們可以預期這兩種願景的長期差異是什麼呢？

執行環境的多樣性

2019 年我們在以太坊上短暫嘗試過的一個想法是執行環境。本質上，以太坊會有不同的「區域（zone）」，這些區域可以有不同的帳戶工作規則（包括完全不同的方法，如 UTXO），虛擬機的工作方式以及其他特性。這將使在以太坊獨立完成所有工作的情況下難以實現的一些方法得以實現。

最終，我們放棄了一些更具野心的計劃，只保留了 EVM。然而，以太坊的 L2（包括 rollup、valdiums 和 Plasmas）在某種程度上充當了執行環境的角色。今天，我們通常專注於 EVM 等效的 L2，但這忽略了許多替代方法的多樣性：

· Arbitrum Stylus，除了 EVM 之外還增加了一個基於 WASM 的第二個虛擬機器。

· Fuel，使用類似比特幣（但更完整）的 UTXO 架構。

· Aztec，引入了一種新的語言和程式設計範式，旨在圍繞 ZK-SNARKs 的隱私保護智慧合約進行設計。

Fuel 的UTXO 架構

我們可以嘗試將EVM 變成一個覆蓋所有可能範式的超級虛擬機，但這將導致對每個概念的實現效果都遠不如讓像這些平台專注於各自的領域。

安全權衡：規模和速度

以太坊L1 提供了非常強的安全保障。如果某些數據在L1 上被確認的區塊中，這整個共識（包括在極端情況下的社會共識）都確保數據不會以違反應用程式規則的方式被編輯，任何由數據觸發的執行不會被撤銷，資料也將保持可存取性。為了實現這些保證，以太坊 L1 願意接受高昂的成本。在撰寫本文時，交易費用相對較低：二層網路每筆交易費用不到一美分，即使是 L1 上的基本 ETH 轉帳費用也不到 1 美元。如果技術進步夠快，以致於可用區塊空間成長能夠跟上需求，這些成本可能會保持在低水準——但也可能不會。而且即使每筆交易 0.01 美元，對於許多非金融應用程式（例如社交媒體或遊戲）來說也太高了。

但社群媒體和遊戲不需要 L1 相同的安全模型。如果有人花一百萬美元來撤銷他們輸掉的一場棋局的記錄，或使你的推文看起來像是在實際發布後三天發布的，這也是可以接受的。因此，這些應用不應該為相同的安全成本付出代價。一個以 L2 為中心的方法使這一點成為可能，透過支援從 rollup 到 plasma 再到 validiums 的各種資料可用性方法。

不同用例，不同L2類型

另一個安全權衡出現在從 L2 到 L2 傳遞資產的問題上。預計在 5-10 年後，所有 rollup 都會是 ZK rollup，超高效的證明系統如 Binius 和 Circle STARKs 結合查找和證明聚合層，將使 L2 能夠在每個 slot 提供最終狀態根。目前，我們有複雜的混合樂觀 rollup 和 ZK rollup，各種證明時間窗。如果我們在2021 年實施了執行分片，保持分片誠實的安全模型將是樂觀rollup，而不是ZK——因此L1 將不得不管理系統複雜的欺詐證明邏輯，並有資產從分片轉移到分片的一周等待期。但我認為這個問題最終也是暫時的。

第三個也是同樣持久的安全權衡維度是交易速度。以太坊每 12 秒產生一個區塊，不願意更快，因為那會過度中心化網路。然而，許多 L2 正在探索幾百毫秒的區塊時間。 12 秒已經不太糟糕了：平均而言，用戶提交一筆交易需要等待約6-7 秒才能被包含到區塊中（不僅僅是6 秒，因為有可能下一個區塊不會包含它們）。這與我用信用卡付款時的等待時間差不多。但許多應用需要更高的速度，L2 提供了這一點。

為了提供更高的速度，L2 依賴預確認機制：L2 自己的驗證者數位簽章承諾在特定時間包含交易，如果交易未被包含，他們可能會受到懲罰。一種稱為 StakeSure 的機制進一步概括了這一點。

L2 預先確認

我們可以嘗試在L1 上做這一切。 L1 可以結合「快速預確認」和「慢速最終確認」系統。它可以結合不同安全等級的分片。然而，這會為協議增加很多複雜性。此外，全部在L1 上進行會有過度超載共識的風險，因為許多更高規模或更快吞吐量的方法有更高的中心化風險或需要更強形式的“治理”，如果在L1 上進行，這些更強要求的影響會波及到協議的其他部分。透過 L2 提供這些權衡，以太幣可以大部分避免這些風險。

L2 在組織和文化上的優勢

想像一個國家被分成兩半，一半變成資本主義，另一半變成高度政府主導的社會（與現實中的這種情況不同，假設在這個思想實驗中，它不是任何種類的創傷性戰爭的結果；而是某一天一條邊界神奇地出現了，僅此而已）。在資本主義部分，餐廳由各種去中心化所有權、連鎖店和特許經營經營。在政府主導的部分，它們都是政府的分支機構，例如警察局。第一天，不會有太大變化。人們大體上遵循現有的習慣，什麼有效，什麼無效取決於技術現實，如勞動技能和基礎設施。一年後，你會期望看到大的變化，因為不同的激勵和控制結構導致行為的大變化，影響到誰來，誰留下，誰離開，建什麼，維護什麼，以及什麼被遺棄。

工業組織理論涵蓋了許多這些區別：它不僅談論政府運作的經濟與資本主義經濟之間的區別，還討論了由大型特許經營主導的經濟與例如每個超市由獨立企業家經營的經濟之間的區別。我認為，以 L1 為中心的生態系統和以 L2 為中心的生態系統之間的差異也類似。

「核心人員運作一切「的架構會出很大問題

以太坊作為一個二層網路為中心的生態系統的關鍵好處可以表述如下：

以太坊是一個以L2 為中心的生態系統，你可以自由獨立地建構一個屬於你的子生態系統，具有你獨特的特性，同時又是更大以太坊的一部分。

如果你只是在建立以太坊客戶端，你是更大以太坊的一部分，雖然你有一定的創造力空間，但比起 L2 要少得多。如果你在建立一個完全獨立的鏈，你有最大的創造力空間，但你失去了共享安全性和共享網路效應的好處。 L2 形成了一個快樂的中間地帶。

L2 不僅創造了一個技術機會，可以實驗新的執行環境和安全權衡以實現規模、靈活性和速度：它們還為開發者構建和維護它、以及社區圍繞著它形成和支持它創造了激勵。

事實是，每個L2 是孤立的，這意味著部署新方法是無許可的：不需要說服所有核心開發者你的新方法對鏈的其餘部分是“安全的”。如果你的 L2 失敗，那就是你的責任。任何人都可以致力於完全奇怪的想法（例如 Intmax 對 Plasma 的方法），即使它們完全被以太坊核心開發者忽略，他們也可以繼續建置並最終部署。 L1 特性和預編譯不是這樣的，即使在以太坊，L1 開發成功和失敗的決定往往取決於比我們希望的更多的政治因素。無論理論上可以建構什麼，L1 為中心的生態系統和 L2 為中心的生態系統創造的不同激勵最終會極大地影響實際建構的東西，其品質和順序。

以太坊以L2 為中心的生態系所面臨的挑戰

1 層+ 2 層架構也會出問題

這種以 L2 為中心的方法面臨一個關鍵挑戰是協調，而 L1 為中心的生態系統幾乎不需要面對這個問題。換句話說，儘管以太坊分支出去，挑戰在於保持它仍然感覺像“以太坊”，並具有作為以太坊而不是 N 個獨立鏈的網路效應。今天的情況在許多方面並不理想：

· 將代幣從一個L2 移動到另一個L2 通常需要中心化的橋接平台，對於普通用戶來說很複雜。如果你在 Optimism 上有代幣，你不能只是將別人的 Arbitrum 地址貼到你的錢包中，然後發送資金。

· 跨鏈智慧合約錢包支援不好－無論是個人智慧合約錢包或組織錢包（包括 DAO）。如果你在一個 L2 上更改了你的金鑰，你還需要在每個其他 L2 上更改你的金鑰。

· 去中心化的驗證基礎設施往往缺乏。以太坊終於開始有像 Helios 這樣的優秀輕客戶端。然而，如果活動都發生在需要自己集中 RPC 的 L2 上，那就沒有意義。原則上，一旦你有了以太坊頭鏈（header chain），為 L2 製作輕客戶端並不難；實際上，強調它的人太少了。

有努力在改善所有這三方面。對於跨鏈代幣交換，ERC-7683 標準是一個新興的選項，不像現有的「中心化橋」，它沒有任何固定的中心運營商、代幣或治理。對於跨鏈帳戶，大多數錢包採取的方法是在短期內使用跨鏈可重播訊息來更新金鑰（cross-chain replayable messages to update keys），長期則使用金鑰儲存 rollup。 L2 的輕客戶端開始出現，如 Beerus for Starknet。此外，透過下一代錢包，用戶體驗的最新改進已經解決了許多更基本的問題，例如消除用戶手動切換到正確網路存取 dapp 的需求。

Rabby 展示了跨多條鏈的資產餘額的綜合視圖。在不久前的黑暗時代，錢包還沒有做到這一點！

但需要認識到，以 L2 為中心的生態系在協調時確實在某種程度上逆流而上。單一L2 沒有自然的經濟誘因來建立協調基礎設施：小的沒有，因為它們只會看到其貢獻的小份額好處，而大的也沒有，因為它們會從加強自己的本地網路效應中受益更多。如果每個 L2 單獨優化其個別部分，沒有人考慮每個部分如何適應更大的整體，我們會得到上文幾段中的圖片所示的城市化反烏托邦。

我不聲稱對這個問題有神奇的完美解決方案。我所能說的最好的建議是，生態系統需要更充分地認識到跨 L2 基礎設施是一種以太坊基礎設施，應該像 L1 用戶端、開發工具和程式語言一樣被重視和資助。我們有 Protocol Guild；也許我們還需要基礎設施公會。

結論

「L2」和「分片」常被描述為兩種相反的區塊鏈擴展策略。但當你看底層技術時，會讓人費解：實際的底層擴展方法完全相同。你有某種數據分片。你有欺詐證明者或 ZK-SNARKs 證明者。你有跨 {rollup, 分片} 通訊的解決方案。主要區別是：誰負責建造和更新這些部分，它們有多大的自主權？

從技術角度來說，以 L2 為中心的生態系統就是分片，可以依照自己的規則來創造自己的分片。這種分片功能強大，可以激發創造力和自主創新。但它也面臨關鍵挑戰，特別是在協調方面。為了使像以太坊這樣的L2 為中心的生態系統成功，它需要理解這些挑戰，並直接面對它們，以盡可能多地獲得L1 為中心生態系統的好處，並儘可能接近擁有兩者的最佳狀態。

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