以太坊L2升级，通往高吞吐与低成本的必经之路

以太坊，作为全球第二大加密货币和智能合约平台的领军者，始终面临着“不可能三角”的挑战：如何在去中心化、安全性和可扩展性之间取得平衡，随着用户数量的激增和DeFi、NFT等应用的爆发，以太坊主网（L1）的交易费用高、确认速度慢等问题日益凸显，为了解决这一瓶颈，Layer 2（L2）扩容方案应运而生，并持续进行着重要的升级与演进，旨在为以太坊生态注入新的活力，实现“以太坊杀手”们未能企及的愿景——即高吞吐、低交易成本,同时保持以太坊主网的安全性与去中心化特性。

以太坊L2的核心价值与必要性

L2扩容方案的本质是将大部分的计算和交易处理从以太坊主网（L1）转移到链下进行，只将最终结果或必要的数据提交回L1进行确认，这就像在城市周边建立多个卫星城（L2），分担主城区（L1）的人口（交易）压力，而主城区则专注于核心的行政管理和安全保障（共识与安全）。

L2升级的核心价值在于：

1. 降低交易成本（Gas费）：通过链下处理，大幅减少了对L1区块空间的直接竞争,从而显著降低了用户的交易费用。
2. 提升交易吞吐量（TPS）：L2可以每秒处理远超L1的交易数量,有效缓解网络拥堵。
3. 保持安全性：L2的安全性最终依赖于以太坊主网，通过“欺诈证明”或“有效性证明”等机制,确保链下交易的有效性。
4. 增强用户体验：更快的确认速度和更低的费用,能吸引更多用户和开发者加入以太坊生态。

主流L2技术方案及其升级亮点

以太坊L2领域主要有几种技术路线,每种都在不断升级优化：

1. Optimistic Rollups（乐观汇总）

   • 核心原理：假设提交到L2的交易是有效的，除非有人提交欺诈证明来证明其无效,L1负责最终裁决。
   • 代表项目：Arbitrum、Optimism (OP Mainnet)、zkSync (早期版本为Optimistic)。
   • 升级详情与亮点：
     • 更快的批次确认：新一代Optimistic Rollups（如Arbitrum Orbit上的子链、Optimism的Bedrock升级）致力于缩短交易从提交到最终确认的时间，通过优化数据排序、压缩和提交机制。
     • 降低数据成本：通过更高效的数据编码（如Calldata压缩）和更优的数据可用性方案（如结合DA层）,降低用户提交数据的成本。
     • EVM兼容性增强：持续提升与以太坊虚拟机（EVM）的兼容性，降低开发者迁移和开发的门槛,使得在L2上部署应用如同在L1上一样自然。
     • 改进的欺诈证明机制：优化欺诈证明的生成和验证效率，使其更快速、更经济,从而提升安全性。
     • 模块化与生态系统扩展：如Arbitrum Orbit允许开发者创建自己定制的Optimistic Rollup子链,形成更丰富的L2生态系统。

2. ZK-Rollups（零知识汇总）

   

   • 核心原理：使用零知识证明（ZKP）技术，将一批交易的计算结果压缩成一个证明，提交给L1验证，L1无需重新执行交易,只需验证证明的有效性。
   • 代表项目：StarkNet、zkSync Era、Polygon Zero (Hermez)。
   • 升级详情与亮点：
     • 更强的隐私性与更低的Gas费：ZK-Rollups天生具有隐私保护能力，且由于L1只需验证一个小小的证明，Gas费通常比Optimistic Rollups更低。
     • 即时最终性：一旦ZK证明被L1确认，交易即具备最终性，无需等待挑战期，这是相较于Optimistic Rollups的显著优势。
     • 虚拟机升级：
       • StarkNet：基于StarkWare的STARK证明，正持续升级其Cairo虚拟机，提升性能和开发者友好度,并计划支持更复杂的智能合约。
       • zkSync Era：基于zkEVM技术，致力于提供与EVM完全兼容的环境，并不断提升其证明生成速度和交易处理能力，其升级重点在于实现更优的ZK-EVM性能、更低的成本以及更丰富的功能。
     • 证明效率提升：研究人员和项目方不断优化ZK算法和证明生成过程，如使用递归证明、更高效的电路设计等,以减少证明生成的时间和计算资源消耗。
     • 通用ZK-Rollups：从专注于特定类型（如支付）扩展到支持通用智能合约，成为真正的“通用L2”。

3. 其他创新L2方案

   • Validiums：与ZK-Rollups类似，但数据不发布到L1，而是发布到侧链或其他数据可用性层，进一步降低成本，但牺牲了一些去中心化安全性（依赖于数据可用性层）。
   • Volitions：由Arbitrum推出，允许开发者在同一Rollup内灵活选择将交易数据发布到L1（Optimistic模式）或L2数据可用性层（类似Validium模式），以在成本、安全性和去中心化之间取得平衡。
   • Danksharding（远期愿景）：虽然这是L1级别的升级，但它将为L2提供更廉价、更高效的数据可用性解决方案，是未来L2大规模普及的关键基石，它通过将L1区块空间分割成更小的“数据块”（shards）,让L2可以更经济地获取数据可用性。

以太坊官方对L2的支持与未来展望

以太坊基金会（EF）对L2扩容方案给予了高度关注和支持，认为其是以太坊可扩展化路径的重要组成部分,官方层面：

• 协议升级：以太坊主网的升级（如伦敦升级引入EIP-1559、上海升级提款功能）也为L2创造了更好的环境。
• 标准制定：积极推动L2相关的标准制定，如数据可用性委员会、跨链通信协议等。
• 研发资助：通过EF等机构资助L2相关技术的研发，如ZK证明技术、Rollup协议等。

以太坊L2的升级和发展将围绕以下几个方向：

• 更强的互操作性：不同L2之间的资产跨链交互将更加便捷高效。
• 更优的用户体验：统一的钱包体验、无缝的跨层交互。
• 丰富的应用生态：L2将成为各类Dapp、DeFi、GameFi、SocialFi等应用的主要孵化地。
• 与L1的深度融合： Danksharding等L1升级将极大释放L2的潜力，实现“以太坊万兆网络”的愿景。

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