一文了解以太坊扩容生态的核心：Rollup以及数据可用性（DA）解决方案

按照计划，在未来的3-9个月，以太坊将会迎来两次重要的升级，第一次是所谓的“The Merge”，简单理解就是目前的以太坊主网络将与信标链的权益证明（PoS）系统“合并”起来，这将标志着以太坊PoW时代的结束，以及网络向PoS共识机制的全面过渡。The Merge升级除了大大降低维护网络所需的能源消耗之外，还会减少90%的ETH新增区块奖励，这相当于ETH会经历三次“产量减半”，再加上EIP-1599燃烧机制销毁的ETH，这可能将对市场供需之间的关系产生非常大的影响。（注：在本文当中，我们不再使用以太坊2.0这个术语，它已经被以太坊基金会替换成了“The Merge”，）

而第二次升级的主要内容，就是近期Vitalik等人经常会提起的EIP-4844（又称proto-danksharding），这是部署danksharding扩容方案的第一步，也是以太坊解决扩容难题的重要一步。

而在本文当中，我们重点关注的，就是更新以太坊接下来的扩容路线图以及相关的生态项目进展。

注：以太坊扩容概念涉及到了侧链、状态通道、 Plasma 、数据分片、Rollup、danksharding、跨链桥、DA解决方案等概念，但社区目前的焦距点其实就剩下了后面几个，因此本文会围绕Rollup、danksharding以及相关的DA解决方案进行展开。

扩容的瓶颈，以及以太坊采取的模块化扩容路线

在阐述以太坊采取的模块化扩容路线图之前，我们先来回答一个问题：当我们谈论区块链扩容时，我们谈论的到底是什么？

可能很多人会脱口而出：TPS ！

而这就是Solana对待扩容采取的思路，它采用了横向扩展的技术方案sealevel，旨在随硬件技术的发展逐渐实现扩容。

而在以太坊的扩容逻辑当中，可扩展性 = 验证所有交易的成本。

因此，当一个系统的节点需要执行一切时，它就会遇到成本的问题。当市场的需求在短时间内大于节点的承载范围时，就会出现费用市场，这表现出gas费用飙升、网络确认严重延迟等糟糕现象，我们说，这种系统的可扩展性就是糟糕的（最早的以太坊就是最好的例子）。

而随着技术社区的不断研究和讨论，以太坊社区逐渐形成了以Rollup L2方案为执行层，以太坊主网为共识层和数据可用性（DA）层的模块化扩容共识（至于形成这个共识的历史，有兴趣的读者可以自行去研究，本文不会详细展开）。

简单来说，Rollup L2层将是大部分用户与整个以太坊系统进行交互的一层，绝大部分的tx行为会发生在这里，然后这些L2系统会将聚合的状态数据连同calldata存储在链上或链下（不同的方案会在下文中展开对比）。

而以太坊主网，则作为整个系统的安全共识层，并通过danksharding 数据扩容方案有效增强

Rollup L2层的可扩展性。

在简单了解了以太坊的扩容路线图之后，我们来了解一下涉及到的重点Rollup L2以及DA解决方案。

Optimistic Rollup VS zkRollup

关于采用欺诈证明的Optimistic Rollup以及采用有效性证明（zk解决方案）的zkRollup是什么，以及这些方案的优劣势对比文章已经非常多了，在过去的一年当中，由于Vitalik撰文提到zkRollup会是最终的Rollup扩容方案，再加上当前Optimistic Rollup网络费用较高、向L1主网提款存在1周限制等因素，社区对zkRollup方案的预期是大于Optimistic Rollup的。

而进入今年之后，随着Optimistic Rollup的一些短板问题得到解决（例如提款延迟），以及danksharding扩容方案被提出之后，Optimistic Rollup方案在中短期内更容易实现扩展的呼声变得越来越大。

下面，我们来简单了解一下当下最受期待的几个L2项目的情况（以下L2项目均未发行token）：

Arbitrum

当前网络TVL：31.2亿美元

Rollup类型：Optimistic Rollup

融资情况：种子轮 370 万美元，投资机构Pantera Capital

A轮2000万美元，B轮1亿美元（2021年9月），领投机构Lightspeed Venture Partners，其他参投方包括Polychain Capital、Ribbit Capital、Redpoint Ventures、Pantera Capital、Alameda Research以及 Mark Cuban，投后项目估值12亿美元，最新的项目估值未知。

以下是Arbitrum的生态图：

（注：图片来自Eigen Network博客）

目前Arbitrum网络的TVL主要集中在SushiSwap (SUSHI)、Abracadabra (SPELL)、GMX (GMX)、Curve (CRV)、dForce (DF)、Synapse (SYN)、Dopex (DPX)、Balancer (BAL)、Uniswap (UNI)以及Hundred Finance (HND)这10个应用上。

数据来自 https://defillama.com/chain/Arbitrum

需要注意的一点是，尽管Arbitrum在TVL以及生态应用数量方面暂时处于领先的位置，但其github存储库‌更新频率似乎有所放缓。

Optimism

当前网络TVL：5.3 亿美元

Rollup类型：Optimistic Rollup

融资情况：种子轮350万美元（2020年1月），投资机构 IDEO CoLab Ventures和Paradigm

A轮融资2500万美元（2021年2月），投资机构Andreessen Horowitz

B轮融资1.5亿美元（2022年3月17日），投资机构Andreessen Horowitz和Paradigm，投后项目估值16.5亿美元。

以下是Optimism的生态图：

（注：图片来自coin98博客‌）

目前Optimism网络的TVL主要集中在Synthetix (SNX)、Uniswap (UNI)、Lyra (LYRA)、Synapse (SYN)、cBridge (CELR)、Perpetual Protocol (PERP)、Hop Protocol、ZipSwap (ZIP)、Connext以及G-UNI (GEL)这10个应用上，暂时落后于Arbitrum。

数据来自 https://defillama.com/chain/Optimism

而在研发方面，Optimism团队的github存储库‌更新频率依然保持一个稳定的状态，并且该团队在今年2月份的ETHDenver大会上展示了mini-danksharding‌的研究成果，这也就是目前以太坊社区在积极讨论的EIP-4844原型。

Starkware （StarkEx+StarkNet）

当前网络TVL：StarkEx 11.34亿美元（1、dydx 9.75亿美元，2、Immutable X 0.7 亿美元，3、DeversiFi 0.54亿美元，4、Sorare 0.35亿美元）

StarkNet：仍处于alpha测试阶段

方案类型：ZK Rollup（zk-STARK） +Validium+Volition

融资情况：种子轮 600万美元（2018年1月），投资方包括以太坊创始人Vitalik Buterin、Paradigm、Pantera Capital以及PolyChain，同年7月份，Starkware接受了以太坊基金会的1200万美元投资；

A轮融资3000万美元（2018年10月），红杉资本、Paradigm、Scalar Capital、Multichain Capital、Intel Capital、Semantic Ventures、Pantera等参与投资；

B轮融资7500万美金（2021年3月24日），Paradigm领投，红杉资本、Wing Venture Capital、Pantera Capital继续参投，包括Three Arrows Capital以及Alameda Research也参与了投资；

C轮融资5000万美金（2021年11月），红杉资本领投，Alameda Research、Paradigm、Three Arrows Capital等继续参与投资；

此外，最近Starkware还被曝出正在以60亿美元估值进行1亿美元的D轮融资，目前尚未被确认。

以下是由coin98整理的Starkware的生态图：

在研发方面，Starkware甚至更进一步，该团队提出了L3的模块化设计，这可以为各种应用和用户提供定制化的服务和体验。

此外，StarkWare采用的是Cairo语言，这有利于性能，但并不兼容EVM，因此现有以太坊主网的应用无法直接迁移到StarkNet，因此其生态的扩展，可能需要进行更多的教育和推广工作。

截至目前，尽管StarkNet的主网已经上线，但由于其仍处于alpha阶段，因此存在一些限制。

Matter Labs（zkSync）

当前网络TVL：zkSync 1.4亿美元

zkSync 2.0：仍处于测试阶段

方案类型：ZK Rollup（zk-SNARK）+ zkPorter

融资情况：种子轮 200万美元（2019年9月）， Placeholder领投，1kx、Dekrypt、Hashed以及Dragonfly跟投；

A轮融资 600万美元（2021年2月1日），USV 领投，Placeholder、1kx 和 Dragonfly 等参投；

B轮融资 5000万美元（2021年11月8日），Andreessen Horowitz领投，Placeholder、Dragonfly、1kx等机构参投，AAVE、Lido、Perpetual Protocol等70 多个以太坊生态团队参与了投资。

以下是zkSync的生态图：

（完整生态名单可访问https://ecosystem.zksync.io/）

与StarkWare选择的定制化扩容路线不同，Matter Labs（zkSync）专注的是完整的EVM 兼容性，今年2月份，Matter Labs宣布了zkSync 2.0的公共测试网上线，这是第一个兼容EVM的 ZK Rollup。

尽管如此，zkSync 2.0距离进入实战应用阶段可能还有一段较长的时间。

而zkSync 2.0选择的链外数据可用性方案被称为zkPorter‌

Aztec Protocol

当前网络TVL：0.12亿美元

方案类型：ZK-ZK Rollup‌（PLONK）

融资情况：种子轮融资（2018年11月），ConsenSys Labs和Samos Investments

A轮融资（2021年12月16日），Paradigm领投，Ethereal Ventures、Variant Fund、Nascent、IOSG Ventures等参投；

作为一个专注于隐私保护的L2层，Aztec Protocol目前还没有展现出足够的吸引力，这需要更多的研发和市场推广工作。

数据可用性（DA）解决方案

以上，我们提到了一些当下最受社区期待的以太坊L2项目及其进展，而与它们相关的，则是配套的数据可用性（DA）解决方案。

目前，各大Rollup项目都是使用以太坊L1主网作为链上的数据可用性层，但这显然非常昂贵，并且可扩展性较差。因此，像StarkWare和zkSync采用了Validium、Volition以及zkPorter这样的链外数据可用性解决方案，这些方案要更便宜，但安全性和去中心化属性显然不及以太坊主网。而在今年年底，像danksharding、celestia、Polygon Avail等数据可用性方案也将陆续推出。

因此在这一部分，我们来具体聊一聊这些DA解决方案。

（注：实际上，所有的DA解决方案都会面临权衡取舍的困境，它们必须在成本和安全性之间进行权衡。）

Validiums

最初的validiums方案是使用零知识证明来验证交易有效性，并通过中心数据提供者将交易数据存储在链下，也因此，validiums方案是最便宜的，但其DA保证也是最糟糕的（即安全性最糟）；

由于这些安全问题，当前StarkWare选择的验证设计使用了一个委员会，而不是单个数据提供者。

数据可用性委员会 (DAC)

数据可用性委员会（DAC）可以被认为是具有多个节点的Validiums方案。

这些节点是受生态信任的参与方，他们将数据副本保存在链外，并在rollup运营商恶意行为的情况下将它们重新传递给公众。这些节点通过在链上发布签名来证明 L2 的数据是可用的。

DAC委员会通常由 7-10 名成员组成，因此在考虑到类似制裁这样的极端情况下，他们有权串通冻结（zk rollup的情况）或窃取（optimistic rollup的情况）用户的资金。

当然，好处是DAC委员会的成本是非常低的。

注： 目前，Immutable X以及Sorare就是采用的DAC解决方案。

Volition

Volitions是一个让用户在链上和链下进行选择的数据可用性解决方案，当选择链上选项时，费用更高，但安全性更好，当选择链下选项时，费用更低，但安全性会较差。

Celestium （Celestia）

Celestium 是一个 L2 链，它使用Celestia作为数据可用性层，但使用以太坊主网作为结算和争议解决层。Celestium 可以被认为是一个无需许可的数据可用性委员会 (DAC)，它对数据可用性有额外的经济保证，因为如果委员会行为不当，他们可能会受到惩罚，因此其安全性保证相对DAC会更高一些，但在成本这个因素上，Celestia显然要高于DAC。此外，Polygon Avail也在尝试做类似的事情。

danksharding

在去年的时候，以太坊研发团队是计划通过数据分片来实现链上的数据可用性扩容，但由于其实现难度较大（可能需要数年的时间），这会给其他L1生态带来非常大的竞争机会。

而在Dankrad Feist提出名为danksharding的简化新分片设计后，以太坊的链上数据扩容进程将更快地实现，这会大大缓解竞争压力。

作为以太坊链上DA解决方案，理论上danksharding的安全性自然是最高的，但关于成本这一项，目前还没有一个定论，根据polynya的说法‌，在danksharding未饱和的情况下，danksharding的成本要比validiums更低，但如果达到饱和状态，那么validiums以及其他DA解决方案的成本可能会更低。

这可能需要社区进行更多的研究。

笔者预计，如果加密市场进一步主流化，这些DA解决方案可能都会迎来自己的需求，而目前似乎也很难判断它们将占据多少比例的市场份额。

三、总结

经过开发者们数年的研发与讨论，以太坊目前已经形成了一套非常合理的扩容路线图，这对整个以太坊生态而言无疑会是一件好事。另一方面，今年一些竞争L1的叙事可能会因此而变得缺乏吸引力。

但从长期来看，多链以及多Rollup的格局可能依旧不会改变。

也因此，类似跨链协议这样的赛道，同样还是值得关注的。

而即将爆发的L2战争以及DA方案战争，会是笔者接下来的关注重点。

参考资料：

https://ethereum.org/en/upgrades/merge/

https://defillama.com/

https://l2beat.com/

https://eips.ethereum.org/EIPS/eip-4844

https://blog.celestia.org/ethereum-off-chain-data-availability-landscape/

https://twitter.com/epolynya/status/1495763124250685454