以太坊的进化：二层扩展与一键多链的无限潜力

原文作者：YBB Capital Researcher  Ac-Core

TLDR

• 跨链资产转移因不同区块链的架构和共识机制各异，缺乏统一标准，导致复杂且昂贵的验证过程，限制资产流动；现有第三方桥接器面临信任和安全挑战，中心化桥接器需维持流动性，成本转嫁用户，一键发链如同解决三角问题是一个折中的资产桥接方案。

• 市场成熟度 OP Stack 与 Superchain 率先抢占市场，Base 已成为成功代表；AggLayer 凭借与以太坊的原生兼容性更易被接受，但需确保聚合过程的安全性和可靠性；Elastic Chain 需评判 ZKsSync 自身的发展，无论市场还是技术仍是短期看 OP，长期看 ZK。

• 在行业创新不足的背景下，DeFi 仍是 Rollup 出现的主要应用。现阶段 DePIN、RWA、大型 GameFi 在 Rollup 出现概率不高，SocialFi 和 NFT 市场会出现在 Rollup，但市场热度未知。马太效应整体适合区块链，无限增发的 Rollup 趋势长期关注头部，短期关注中下游。

  一、连接链间的孤岛：桥接器的问题

  在我们进行跨链资产转移时，不同区块链各自拥有独特的架构、共识机制、状态证明和状态转换，并且缺乏统一的标准和互操作性导致跨链通信和数据交换存在着一定的复杂性。这些验证过程通常过于昂贵，无法在链上执行。 这种限制导致使用多签名委员会来证明对方链状态的认证网络激增。所以目前没有一种能够实现所有区块链之间互操作的通用去中心化的标准或协议，这限制了资产在不同区块链之间的自由流动。

  为促进跨链资产转移，虽出现了大量第三方桥接器，但这些桥接器在运营上面临着“信任问题”的巨大的网络安全挑战。即使中心化桥接器能够完全确保安全，仍需要在每个集成链上维持足够的流动性来维持运营，其成本也会转嫁给用户。当前存在无法满足原生的去中心化资产桥接和难以对第三方桥接器产生信任的问题，ZKsync、Polygon、Optimism 三者分别推出了自己更加原生的 Elastic Chain、AggLayer、Superchain Explainer 的本地化多链扩展方案。

  二、ZKsync 3.0 ：Elastic Chain

  图源：zksync.mirror

  2023 年 ZKsync 背后的主要开发公司 Matter Labs 发布了他们的 ZK Stack，这是一个允许开发者在 ZKsync 技术基础上构建自己的区块链的工具包，从本质上讲这些定制链都将通过弹性链（ Elastic Chain）相互连接，让 ZKsync 3.0 从单个以太坊 L2 变为 The Elastic Chain。

  ZKsync 3.0 协议的核心升级于 2024 年 6 月 7 日发布，是 ZKsync 现阶段最复杂的一次升级，将 ZKsync L1 桥重新配置为共享路由器合约，以支持不断扩大的可互操作 ZK 链网络，ZK Rollup 框架 ZK Stack 支持的链之间的本地、无信任、低成本互操作性。

  根据 Matter Labs 的解释："Elastic Chain 是一个由 ZK Chains（rollups、validiums 和 volitions）组成的无限可扩展网络，它们通过数学验证方法确保其安全性，并在统一直观的用户体验下实现无缝互操作，旨在让用户在不同的 ZKsync 生态系统内的互操作性更加顺滑流畅。

  2.1 Elastic Chain 弹性链架构

  Elastic Chain 并不是单单依靠 ZK 技术实现的，相同也无法通过给其他非 ZK 的多链系统加上 ZK 证明的“补丁”来实现，先从高纬度来看其网络是由 ZK Router、ZK Gateway、 ZK Chains 三部分来实现的。

  1.ZK Router（ZK 路由器）：

  • 核心路由机制：ZK Router 是 ZKSync 3.0 架构的主要路由组件，负责管理和协调网络中的不同链和节点之间的通信和数据传输；

  • 跨链通信：通过高效的跨链通信协议，ZK Router 确保不同链之间的数据能够快速、安全地传输，提升整体网络的互操作性和性能。

    2.ZK Gateway（ZK 网关 / 出入口）：

    • 入口和出口节点：ZK Gateway 充当 ZKSync 3.0 网络的入口和出口节点，处理外部区块链（例如以太坊主链）与 ZKSync 网络之间的交互；

    • 资产桥接：负责资产在外部区块链和 ZKSync 网络之间的桥接和转移，确保资产能够安全高效地在不同链之间流动；

    • 交易聚合：将用户的交易聚合成批量，然后生成零知识证明，提交到外部区块链进行验证，减少链上数据负载和交易费用；

    • 中间件：整体可以理解为部署在以太坊和 ZK Chains 之间的中间件，以促进 ZK Chains 之间的全面互操作性。

      3.ZK Chains（ZK 链本身）：

      通过生成和验证零知识证明确保交易的有效性和安全性，将结果提交给 ZK Router 进行汇总和协调。并通过 ZK Gateway 和 L1 智能合约相互连接，使用 ZK Stack 构建的完全独立运行，可定制的自主 Rollup、Validium 或 Volitions。

      据 ZKsync 解释，Gateway 是 Elastic Chain 的关键组件以实现 ZK Chains 无缝结算到以太坊。通过 Gateway 提交证明和数据到以太坊，具有以下优势：

      • 跨批次和跨链的证明合成，降低L1验证成本；

      • 状态差压缩对于发送到 Gateway 的小批次数据进行压缩，并以大批次的方式高效转发到L1；

      • 更快的最终确认通过验证链的证明并防止其矛盾，以实现低延迟的跨链桥接，这由大量验证者的质押来强化。ZK Chain 无需信任其他链；

      • 活跃性每个 ZK Chain 的活跃性由其验证者独立管理，Gateway 不影响其活跃性，链可以自由离开 Gateway；

      • 抗审查性跨链强制交易将比普通L1抗审查交易便宜，使其对所有用户更具可及性。

        ZK Chains 无需使用 ZK Gateway，可以直接结算到以太坊，并可随时选择离开 ZK Gateway 网络而不影响其链的安全性。ZK Chains 可以在使用 ZK Gateway 和直接结算到以太坊之间自由切换。ZK Gateway 将由去中心化、无信任的验证者集群操作，以确保网络的弹性和可靠性。参与这个去中心化验证过程需要 ERC 20 代币。ZKSync 网络治理将指定一种代币用于此目的（可以是 ZK 代币）。

        验证者将收取桥接费用以及每字节状态差数据发布到 ZK Gateway 的费用。这为验证者提供了加入 ZK Gateway 的激励，因为随着越来越多的价值交易上链，他们的收入可以成倍增长。同时，由于验证者提供的重新压缩服务，通过 ZK Gateway 结算数据将比直接在以太坊网络上结算更便宜，这或许也是大多数 ZK Chains 可能会选择加入的原因。

        三、Polygon 2.0 ：Agglayer

        图源：Polygon Agglayer

        3.1 Agglayer 设计溯源

        与 OP Stack 和 ZK Stack 类似，可使用 Polygon CDK 创建的区块链可直接接入 Agglayer，利用其统一的桥接和安全性服务，实现与其他区块链的互操作性共同构成了 Polygon 2.0 的核心架构。

        Agglayer 的核心思想源于 Umbra Research 提出的共享有效性排序（Shared Validity Sequencing）设计，该设计旨在实现多个 Optimistic Rollup 之间的原子跨链互操作性。通过共享排序器，系统可以统一处理多个 Rollup 的交易排序和状态根发布，确保原子性和条件执行。

        实现逻辑：需要通过以下三个组件：

        • 共享排序器：接收和处理跨链交易请求；

        • 区块构建算法：共享排序器负责构建包含跨链操作的区块，确保这些操作的原子性；

        • 共享欺诈证明：在相关 Rollup 之间共享欺诈证明机制，以强制执行跨链操作。

          由于现有 Rollup 已具备 Layer 1 和 Layer 2 之间双向消息传递功能，Umbra 仅添加了一个 MintBurnSystemContract 合约（Burn 与 Mint）来实现对三个组件的补齐。

          工作流程：

          • 链 A 上的 Burn 操作：任何合约或外部账户可以调用，成功后记录到 burnTree；

          • 链 B 上的 Mint 操作：排序器在执行成功后记录到 mintTree。

            不变量和一致性：

            Merkle 根的一致性：链 A 上的 burnTree 和链 B 上的 mintTree 的 Merkle 根必须相等，以保证跨链操作的一致性和原子性。

            系统运行：

            共享排序器负责将两个 Rollup 的交易批次和声明状态根发布到以太坊。它可以是中心化的，也可以是去中心化的（如 Metis）。排序器接收交易并为 Rollup A 和 B 构建区块。对于 A 上的交易，如果与 MintBurnSystemContract 交互成功，则尝试在 B 上执行相应的 Mint 交易。如果 Mint 交易成功，则包含 A 上的 Burn 交易和 B 上的 Mint 交易；如果失败，则排除这两笔交易。

            3.2 Agglayer 的核心组件

            在 Polygon 2.0 的 Agglayer 中，统一桥（Unified Bridge）和悲观证明（Pessimistic Proofs）是其核心组件。

            1. 统一桥（Unified Bridge）

            技术框架：

            • 跨链通信：统一桥的核心在于实现不同链之间的无缝通信。它通过跨链通信协议来实现不同 Layer 2 解决方案和以太坊主链之间的数据和资产转移。

            • 流动性聚合：该桥梁将不同 Layer 2 解决方案的流动性聚合在一起，使用户能够在不同的链之间自由移动资产，而无需担心流动性分散的问题。

              实现逻辑：

              • 消息传递：统一桥通过消息传递机制来实现跨链通信。消息包含交易的相关信息，并通过桥梁协议在链之间传递；

              • 资产锁定与释放：当用户在一条链上锁定资产时，统一桥会在目标链上相应地释放等值资产。这一过程需要使用智能合约来确保安全和透明；

              • 互操作性协议：为了确保不同链之间的互操作性，统一桥采用标准化的互操作性协议。这些协议定义了如何处理跨链交易、如何验证交易的有效性，以及如何处理潜在的冲突。

                图源：Aggregated Blockchains: A New Thesis

                2. 悲观证明（Pessimistic Proofs）

                技术框架：

                • 安全性：悲观证明是一种安全措施，旨在防止欺诈性交易。它通过在交易验证过程中引入额外的验证步骤，确保所有交易都是有效的；

                • 延迟验证：与乐观证明（Optimistic Proofs）不同，悲观证明假设交易可能是恶意的，并在确认之前进行全面验证。

                  实现逻辑：

                  • 初始验证：在交易被提交后，系统会立即进行初步验证。这包括检查交易的基本信息和签名的有效性；

                  • 深度验证：在初步验证通过后，交易会进入深度验证阶段。系统会调用一系列智能合约，检查交易的复杂性和潜在的风险；

                  • 争议解决：如果在验证过程中发现任何问题，系统会触发争议解决机制。这一机制允许用户和验证者提交额外的证明，以解决争议并确保交易的最终有效性。

                    通过统一桥和悲观证明，Agglayer 能够提供一个高度安全、可扩展且互操作的区块链环境。这些组件不仅增强了系统的安全性，还简化了跨链交易的操作，使用户能够更加轻松地在不同链之间进行交互，扩展内容见 YBB Capital 往期文章《从模块化到聚合，探索 Polygon 2.0 的 Agglayer 核心》（1）

                    四、Optimism：Superchain Explainer

                    Optimism 于 2023 年率先开启了一键发链的道路，第一项工作即为 OP Stack 建立一个统一网络的标准。OP Stack 是以太坊扩展解决方案——The Optimism Superchain 的启动平台，同时也是是所有使用 OP stack 构建的 L2 进行交互和交易的枢纽。

                    想必大家对于 OP Stack 已经较为熟悉，为做简述，Optimism Superchain 会共享一个共同的 OP Stack 开发堆栈、桥接、通信层和安全性，以确保各个链能够协调一致地进行通信，并作为一个单独的单元发挥作用。该结构可细分为五个不同的层，每个层都有其特定的目的和功能：

                    • 数据可用性层决定了基于 OP 栈的链原始输入主要通过以太坊 DA 获取；

                    • 排序层控制用户交易的收集和转发方式，通常由单个序列器管理；

                    • 衍生层将原始数据加工成执行层的输入，主要使用 Rollup；

                    • 执行层定义系统状态结构和转换功能 以太坊虚拟机（EVM）是中心模块；

                    • 结算层允许外部区块链通过基于证明的故障证明查看 OP 堆栈链的有效状态。

                      相比于 Elastic Chain 和 Agglayer，Optimism Superchain 出现最为早期抢先占领了市场，也跑出了 Base 并在每天 Gas 支出中占据了绝大部分开支，直观反应出了 Base 的链上活跃度。

                      图源：Dune Optimism - Superchain Onchain Data

                      五、 一键发链的主观思考（本章节仅代表作者个人观点）

                      5.1  AggLayer、Superchain、Elastic Chain 的竞争看法

                      以上三种扩展方案均是围绕各自 Rollup 扩容叙事的一种延展，从市场成熟度出发 OP Stack 与 Superchain 率先抢占了市场，Base 已经是最为成功的代表。

                      AggLayer 的原生兼容性较为优势，可直接在现有的以太坊网络上运行，不需要对底层协议进行大幅度修改，更容易被现有的以太坊用户和开发者接受，这种方案的优点是能够有效利用现有的以太坊网络，其挑战在于如何确保聚合过程的安全性和可靠性。

                      Elastic Chain 现阶段的初步判断是需评判 ZKsync 生态的发展和社区的建设，如果 ZK sync 自身没有发展起来，Elastic Chain 后期吸引开发者和维持社区的激情可能会受到阻力，无论是市场还是技术角度考虑，仍是短期看 OP 长期看 ZK。

                      另上述三种方案都会带来 Rollup 的原生问题：中心化程度较为集中。随着近期出现的 Based Rollup 的扩容方案在未来可能也会是一个潜在的竞争对手，它把排序器直接交给了L1即以太坊本身的方式，让L2 不再需要额外的排序器或者复杂的验证步骤。这种较为原生的扩容，虽然也会存在一些潜在 MEV 问题，但后续发展仍值得关注。

                      图源：ZKsync - Introducing the Elastic Chain

                      5.2 Rollup 未来的发展趋势和应用的创新

                      整体来看，随着“一键发链”的推动，作为以太坊主流扩容方式的 Rollup 数量将不断增加。即便是 2023 年比特币生态的大爆发，其非原生扩展也借鉴了许多以太坊的扩容逻辑。在市场创新不足的背景下，Rollup 的应用创新和影响可能有限。

                      对于每条 VM 链，无论市场变化如何，TVL 仍是主要指标，因此最先出现的应用仍是各类 DeFi 协议。此外可能会出现 SocialFi 协议和 NFT 交易市场。

                      其他赛道中，DePIN 在 Rollup 和L1上难以发展，龙头可能出现在 Solana；RWA 概念在L1上发展概率较大但在 Rollup 上信心不足；GameFi 也会出现，但大型游戏只会在专注于 GameFi 的 Rollup 上有机会。因此，现阶段最确定的应用仍是 DeFi 类。

                      然而，区块链的马太效应明显，多链时代的到来，资源将集中于头部项目，强者恒强，末尾淘汰。

                      扩展链接：
                      （1）从模块化到聚合：探索 Polygon 2.0 的 Agglayer 核心

                      https://medium.com/ybbcapital/from-modularity-to-aggregation-exploring-the-core-of-polygon-2-0s-agglayer-e492d d 05 ceb 9 

                      参考文章：

                      【 1 】Introducing the Elastic Chain

                      https://zksync.mirror.xyz/BqdsMuLluf6AlWBgWOKoa587eQcFZq2 0 zTf 7 dYblxsU

                      【 2 】zkSync Protocol Upgrade v2 4: New precompiles, more blobs, Validiums, and more. #519 

                       https://github.com/zkSync-Community-Hub/zksync-developers/discussions/519