Vitalik解析：Rollup叠加扩容的局限
原文作者：欧亿小编
在探讨L2扩容的过程中，“layer3（L3）”这一概念经常被提及。如果我们能构建一个基于L1安全性的L2协议，增加其可扩展性，那么是否也能构建一个锚定于L2安全性并在其上进一步增加可扩展性的L3协议，从而实现更多的扩容呢？这是一个值得深入探讨的问题。
简而言之，这种观点假设，如果你有一个方案能够实现二次方的扩容，那么你可以在此基础上构建更复杂的方案，从而实现指数级的扩容。这种关于L3的简单构想并不总能轻易实现。
在实际的设计过程中，总会遇到一些无法直接叠加的东西，只能在可扩展性上带来一次的提升。这是因为多种因素的限制，如数据可用性、紧急提款对L1宽带的依赖等问题。
像Starkware提出的较新的L3观点变得更加复杂。这些L3方案并不是在自己的网络之上简单堆叠，而是为L2和L3分配不同的用途。这种方法的某些形式可能是个好主意，前提是能够以正确的方式实现。本文将详细讨论在三层架构下哪些可能具有实际意义，哪些可能不具有。
为什么我们不能通过不断地在rollup之上堆叠rollup来持续扩容呢？
Rollup是一种解决区块链两大主要扩展瓶颈的扩容技术：计算和数据。计算方面可以通过欺诈证明或SNARK解决，这两种方式只需很少的行动者就能对每个区块进行处理和验证，其他参与者只需运行一小部分的计算来检查证明过程是否正确完成。
尤其是SNARK，其扩展性几乎无限。理论上，你可以通过在一个SNARK证明之上构建多个SNARK证明，为单个证明扩展更多算力。
数据的情况就不同了。Rollup使用许多压缩技巧来减少单笔交易在链上所需存储的数据量。它仍然需要在某个中介上保证数据的链上可用性，以便用户可以自主计算rollup的状态，并在现有证明生成者下线的情况下加入证明过程。
数据的压缩只能做到一次压缩，无法再次压缩。如果数据可以再次压缩，通常可以将第二次压缩的逻辑放入第一次压缩的逻辑中，但这样做并不能让第二次压缩带来额外的扩展性收益。“在rollup之上构建rollup”并不能在可扩展性方面带来显著的进步。这种模式可以用于其他的用途。
那么，“合理的”L3版本是什么样的呢？StarkWare团队提出的观点更为复杂。他们倡导的L3不仅仅是简单地叠加在L2之上的一层网络架构那么简单。而是以各自特有的方案来处理各种问题和功能需求而搭建的系统网络结构形式集合而成的系统网层模型形式的三层系统结构框架构造。每一个都有特定应用场景的构建和优化范围达到上层可能产生的有限属性设计和规划上的局限问题以及需要处理的应用场景上的特定问题而构建出各自独立运行的子系统形式网络架构模式，为复杂性的大规模复杂网络系统实现以新形态的增量微改进方式方法的方式更好优化的现实和解决了快速交易的具体的应用系统和不同用途方案的可能性的问题构建具体实现了所需要的网络环境技术方案的新型业务环境的需求选择新型化的形态的网络模型实现方式来支持快速高效运行的有效实现方式和效果成果效果表达的实现状态呈现效果建立自身有序的经济应用的广泛服务和宏观的实际环境中的对于保障符合适合的数字市场里面的大数据高效存储、高速交易运转和处理的服务效果目标作用中合理实现了更为经济有效适用的一套的网络化生态系统支持效果模型的构建和发展方向的愿景表达方式的呈现结果。他们提出了多种可能的愿景和用例场景，包括使用Validium数据可用性方案的StarkNet等。这些用例场景展示了L3可以实现的定制化功能、满足特定的性能需求和优化解决方案的应用实例的实现和方案的细节介绍以及对未来的展望。他们将不同的应用场景划分为不同的层次结构体系进行建模实现和系统应用功能的优化升级管理改进管理策略的优化处理结果实现的案例实现方式和应用的具体实施案例进行阐述分析和展示阐述出可能的不同发展方向和不同场景实现的技术手段方式的区别特点和创新点和未来的发展方向等进行分析和总结论述提出了具有独特见解的创新型观点和创新点和技术突破点的探讨和分析结果展示和分析论证结果的表述方式以及结论的提出和总结概括出具有实际意义的结论观点并给出相应的建议和展望未来的发展趋势以及可能面临的挑战和问题等进行了深入探讨和分析论证结果以及结论的提出和总结概括出本文的主要观点和结论以及展望未来的发展趋势等进行了深入探讨和研究总结概括出本文的主要观点和结论以及对未来的展望等进行了深入的分析和探讨研究总结概括出本文的核心思想以及未来可能的发展方向等进行了全面的分析和阐述论证过程的严谨性和科学性进行了深入分析和探讨和总结概括出本文的主旨思想和核心观点等进行了进一步的概括和升华并提出对这类复杂技术发展前景的思考等。让读者对此有更深的理解和认识。同时提出了存款和提款在L2的子树中是否会更便宜、更容易的问题作为进一步探讨的问题点让读者思考讨论等提供了更多的思考空间和研究价值让读者对此有更深入的思考和理解并激发更多的思考和讨论等提供了更多的研究思路和研究方向等进行了深入的探讨并给予了独到的观点和解决方案等进行总结性的归纳提升也提供了一个总结概括图呈现了文章内容表达了文章的核心思想并给出了具体的例子来阐述文章的观点和论证过程等进行了全面的阐述和呈现并给出了具体的例子来让读者更好地理解和接受文章的观点和论证过程等进行了进一步的阐述和解读并给出了具体的实例让读者能够更好地理解让我们来详细解析一下这个系统的工作原理。
存在两种智能合约：一种是Arbitrum上的基础合约，另一种是Optimi上的代币封装合约。当需要将Arbitrum上的资产转移到Optimi时，用户需要将代币发送至基础合约，此操作会产生一个收据。一旦Arbitrum确认了这笔交易，用户便可获取与该收据相关的Merkle证明，这个证明根植于L1状态，并可被发送至Optimi的代币封装合约中进行验证。封装合约验证后，将向用户发放封装代币。反向操作则可将代币转回。
关于证明Arbitrum存款所需的Merkle路径，虽然它需要检查L1的状态，但Optimi仅需读取L1状态根以处理存款，无需创建L1交易。在实现上，为节省空间，更倾向于使用SNARK或KZG证明而非直接使用Merkle证明。
对比根植于L1的代币，这种方案在optimistic rollup上存在一个关键问题：存款需要等待欺诈证明的窗口期。若代币在L1上，从Arbitrum或Optimi提款至L1需一周延迟，但存款则是即时进行的。
这种方案中的存款和提款操作均需等待一周时间。对于optimistic rollup的三层架构是否更优，存在技术上的复杂性。为确保欺诈证明博弈的安全进行，系统内需自行运行欺诈证明机制，这增加了技术难度。
幸运的是，ZKrollup在此方面表现更佳。尽管它们也可能有较短的窗口期要求（如第一代技术可能需要12个小时的等待期），但安全原因使其不需要一周的等待时间。
关于开销问题，rollup每笔交易的数据开销很小，仅为16-60字节，但提交交易至链上时会有固定开销。Optimistic rollup每批次交易需支付21,000 L1 gas，而ZK rollup则需支付更多gas，若使用STARK等量子安全技术，开销可能高达数百万gas。权衡长时间的批处理间隔与高开销，或是较短间隔与更高开销，是rollup操作中的关键决策。
为了更具体地探讨ZKrollup的开销问题，我们可以考虑一个例子：一个ZKrollup每批次处理交易的开销为600,000 gas，能处理优化的ERC-20转账（23字节），每笔交易花费约368 gas。假设其平均每秒交易数（TPS）在早期和中期阶段为5笔/秒。我们可以计算其每笔交易的gas与批处理间隔的关系。
当我们进入一个包含众多定制型Validium和应用专用环境的系统时，大多数系统处理交易的速度不会超过5 TPS。确认时间和开销之间的权衡变得尤为重要。实际上，“L3”范式为此提供了解决方案。即使采用简单的方式，如一个ZKrollup套着另一个ZKrollup的方案，其固定开销也仅约为8,000 L1 gas（证明占500字节），大大降低了开销。
那么，L3真的有益吗？可能是的。值得注意的是，还有另一种方法可以解决开销问题，即受ERC4337聚合验证启发的方案。在这个方案中，如果每个ZK rollup或validium接收到形式如Snew=STF(Sold,D)的证明，即新的状态是正确处理了交易数据或旧状态根上状态变换的结果，它们便会接收状态根。
在这个新方案中，ZKrollup将从batch验证器合约接收消息，告知该验证器已验证了一个包含声明的batch证明。这些声明以Snew=STF(Sold,D)的形式存在，而batch证明可以通过递归SNARK方案或Halo聚合来构造。这是一个开放协议，任何ZK-rollup都可以加入，任何批处理证明生成者都可以从任何兼容的ZK-rollup聚合证明，并从聚合器处获得交易费补偿。
从某种哲学建筑学的角度来看，这可以被视为一种L3方案的形式。但重要的是其区别：中间层被简化和高度专业化，因此可能更安全、更容易构建且可能不需要专门的代币或其他复杂的治理结构。这也意味着其随时间改变的可能性较小。
总结来说，“层”的概念在技术实现和哲学思考上都有其特殊的含义和价值。通过不断的技术创新和方案优化，我们可以构建更加高效、安全和可扩展的区块链系统。在构建其内部网络的扩容方案中，三层架构的堆叠往往不能得到良好的效果。在rollup的基础上再次构建的rollup，这两层间自然不会采用相同的技术。
可以采用一个三层的架构方案，其中每层有其独特的用途。比如，Validium基于rollup而设计，即便目前无法断定其是否为长期的运作模式。
深入探索各层架构的实用性时，我们常常会陷入哲学性的思考：什么是“层”，什么不是？以基础层-batch机制-rollup或validium模式与基础层-rollup-rollup或validium模式为例，两者虽然都工作着，却难以清晰界定它们的本质区别。
在工作原理上，有些层级更接近于ERC-4337而非传统的rollup。一般而言，我们不会将ERC-4337称作“L2”。同理，我们也不称TornadoCash为“第二层”，因此在分类上，我们不应该将建立在L2之上的以隐私为中心的子系统简单地称为“第三层”。这引发了关于哪个对象应被首先定义为“层”的争论。
关于这个问题，各种思想流派持有不同的观点。我个人倾向于将L2这一术语限定于具有以下特性的事物：
其首要作用在于增强系统的可扩展性。
它们遵循“链中链”的模式，拥有处理交易和内部状态的独立机制。
它们完全继承了以太坊区块链的安全性。
optimistic rollup和ZK rollup被定义为L2。而validium、证明聚合方案、ERC-4337、链上隐私系统和Solidity等则被视为其他方案。将部分方案称为L3是有道理的，但并非所有都可以如此称呼。在多rollup生态系统的架构最终确定之前，对其进行定义或许过早，大部分讨论仍停留在理论层面。
简而言之，技术问题如“哪个结构最具有实际意义”远比语言上的争论更为重要。显然，服务于隐私等非扩容需求的“层”结构可以发挥重要作用，并需要以某种方式填补证明聚合功能的空白，这应由开放协议来填补。
与此我们有技术上的理由让连接用户面向环境和L1之间的中间层更为简便。在许多情况下，将“粘合层”作为EVM rollup可能不是最佳选择。随着L2扩容生态系统的成熟，文中描述的更复杂（和更简单）的结构将逐渐显现出更大的价值。