Layer 2 网络与扩容

您将学到什么

• 以太坊为何需要扩容，以及什么是 Layer 2（L2，二层网络）。
• 乐观 rollup 与零知识 rollup 有何不同。
• L2 增加了哪些信任假设：排序器、升级密钥和跨链桥。
• 如何计算跨链到 L2 是否值得付出成本。

讲解

以太坊的基础链称为 Layer 1（L1），每个区块只能处理有限的 gas。需求高时，基础费用会上涨（见第 1 课）。Layer 2 是一个独立的网络，它在 L1 之外执行交易，但会把数据或证明回传到 L1，从而继承以太坊的部分安全性。

Rollup

L2 的主要设计是 rollup。它收集（“汇总”）大量交易，在 L1 之外执行，然后将压缩后的交易数据和新状态发布到 L1 上的一个合约。由于许多用户共享一次 L1 发布，每位用户的成本要低得多。

• 乐观 rollup 假定批次是正确的，除非有人证明并非如此。任何人都可以在挑战期（通常约为七天）内提交欺诈证明。因此，通过官方跨链桥提款回 L1 通常需要约一周时间。
• 零知识（ZK）rollup 发布有效性证明，即证明新状态计算正确的密码学证明。一旦证明在 L1 上得到验证，提款即可完成，通常只需数小时，但证明技术更为复杂。

Dencun 升级（2024 年 3 月）引入了 blob（EIP-4844）：一种更便宜的临时数据空间，rollup 用它来取代普通的 calldata（调用数据）。之后的升级又提高了 blob 容量。这就是 L2 费用大幅下降的原因，不过在需求高时费用仍会上涨。

额外的信任从何而来

• 排序器：负责为 L2 交易排序的运营方。许多 L2 只运行单个排序器。如果它离线，L2 可能停止运行；如果它行为不当，可能延迟交易或改变交易顺序。有些设计允许用户通过 L1 强制提交交易，但这种方式更慢且技术性较强。
• 升级密钥：许多 rollup 合约可以由一个小团体（“安全委员会”或多签钱包，即需要多个签名的钱包）更改。如果密钥可以立即升级合约，用户就要依赖这些密钥持有人。
• 证明成熟度：一些乐观 rollup 尚未具备可用且无需许可的欺诈证明。独立的追踪机构将 rollup 划分为不同的成熟度“阶段”（0、1、2）；阶段越高，对运营方的依赖越少。
• 跨链桥：官方桥（canonical bridge）是 L1 与 L2 之间的官方合约。第三方桥或“快速桥”让您支付一笔费用即可在几分钟内退出，但它们是独立的系统，带有自身的风险（跨链桥被黑事件将在第 9 课中讲解）。

还有其他扩容设计：侧链拥有自己的验证者，并不继承以太坊的安全性；validium 则将数据保存在 L1 之外。它们更便宜，但需要更多信任。

计算示例

假设示例：您计划进行数次代币兑换，每次约 €1,000。假设条件：L1 基础费用 20 gwei，ETH €2,000，忽略优先费用；L2 兑换费用合计 €0.05（执行费用加 L1 数据成本）；不考虑交易平台自身收取的兑换费、价格影响和税费。

1. L1 兑换，150,000 gas：150,000 × 20 gwei = 3,000,000 gwei = 0.003 ETH = €6.00。
2. L2 兑换：€0.05。每次兑换节省：€6.00 − €0.05 = €5.95。
3. 通过一笔 100,000 gas 的 L1 交易跨链转入：100,000 × 20 gwei = 0.002 ETH = €4.00。
4. 仅就转入成本而言的盈亏平衡点：€4.00 ÷ €5.95 = 0.67，因此第一次兑换就已覆盖这笔成本。
5. 退出：官方乐观桥约需 7 天。按 €1,000 收取 0.1% 的快速桥费用为 €1.00，外加 gas。

这一决定不只关乎费用：在资金留在 L2 期间，您还要承担排序器、升级密钥和跨链桥的风险。

常见错误

练习活动

在纸上计算：您在 L1 上持有 €2,000。假设成本：转入 €4.00；通过快速桥退出收取 €2,000 的 0.1%，外加 €0.50 gas；L1 兑换 €6.00；L2 兑换 €0.05。您需要在 L2 上进行多少次兑换，往返（转入加转出）才会比在 L1 上进行这些兑换更便宜？

要点总结

• Rollup 在 L1 之外执行交易，并将数据或证明发布到 L1，从而把成本分摊给众多用户。
• 乐观 rollup 依赖欺诈证明和挑战期；ZK rollup 依赖有效性证明。
• 排序器、升级密钥和跨链桥是额外的信任假设。
• 比较的应是往返的总成本和风险，而不仅是单次兑换的成本。

下一步

下一课将深入探讨稳定币，L1 和 L2 上的大多数 DeFi 活动都以这类代币计价。