科普 | 各以太坊 Layer 2 扩容方案的评估对比
随着越来越多的扩容方案日渐成熟，以太坊二层网络扩容方案（文章简称 L2，以此对应的以太坊本身为 L1）也变得难以驾驭。
更棘手的是，每个解决方案都宣称他们的方案是去信任化、安全、更经济及易于使用的，
不应该人家说什么我们就当是什么，应该进行全面的尽职调查，这样才能理解各种解决方案在不可避免的条件下所作的权衡。
概述
为了简化问题，我们的评估将从以下四个方面着手，分别是：
- 安全性（Security）
- 性能（Performance）/经济性（economics）
- 易用性（Usability）
- 其他
除了这些问题之外，我们还汇总了一张对照表（译者注：这张表是本文的重点），可作为与解决方案提供商对话的起点。我们尽了最大努力保持对比的中立和客观，但是在表格里简洁地表达不同方法的细微差别仍然是一项艰巨的任务。我们希望更多的上下文能弥补这一问题。
非常感谢 Georgios Konstantopoulos（Layer 2独立研究员），John Adler，Ben Jones，JD Kanani，Patrick McCorry，Justin Drake（以太坊基金会）和Brecht Devos（Loopring 路印），感谢他们对该表的审查和更正。
| 状态通道 | 侧链 0 | Plasma | Optimistic Rollup | Validium | zkRollup | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 示例 | Pisa、Celer | Skale、PoA | OMG、Matic | OVM、Fuel | StarkEx | zkSync、Loopring |
| 安全性 | ||||||
| 在线假设（例如瞭望塔） | 有 | 使用保证金机制来绕过 | 有 | 使用保证金机制来绕过 | 无 | 无 |
| 大量退出能力假设 | 无 | 无 | 有 | 无 | 无 | 无 |
| 验证者可联手冻结资金 | 不可 | 可 | 不可 | 不可 | 可 | 不可 |
| 验证者可联手盗取资金 | 不可 | 可 | 不可 | 不可 | 可 1 | 不可 |
| 运营者密钥暴露风险 | 高 | 高 | 一般 | 一般 | 高 | 低 |
| 密码学经济学攻击风险 | 一般 | 高 | 一般 | 一般 | 一般 | 低 |
| 密码学元件 | 标准 | 标准 | 标准 | 标准 | 新 | 新 |
| 性能/经济性 | ||||||
| 在 Eth1 上的最大吞吐量（TPS） | 1~无限 2 | 10 K+ | 1~9 K+ 2 | 2K 3 | 20 K+ | 2 K |
| 在 Eth2 上的最大吞吐量（TPS） | 1~无限 2 | 10 K+ | 1~9 K+ 2 | 20 K+ | 20 K+ | 20 K+ |
| 资金利用的效率性 | 无 | 有 | 有 | 有 | 有 | 有 |
| 需要额外的链上交易来开启一个新账户 | 是 | 否 | 否 | 否 | 否 | 否 5 |
| 交易手续费 | 极低 | 低 | 极低 | 低 | 低 | 低 |
| 便利性 | ||||||
| 取款时间 | 1 笔交易 | 1 笔交易 | 1 周 4、7 | 1 周 4、7 | 1~10 分钟 7 | 1~10 分钟 7 |
| 主观终局性时延 | 即时 | 无（信任运营者） | 1 笔交易 | 1 笔交易 | 1~10 分钟 | 1~10 分钟 |
| 中观终局性的客户端验证 | 可 | 不可（信任运营者） | 不可 | 不可 | 可 | 可 |
| 即时的交易确认 | 满足 | 部分满足 | 部分满足 | 部分满足 | 部分满足 | 部分满足 |
| 其它维度 | ||||||
| 智能合约灵活度 | 有限 | 灵活 | 有限 | 灵活 | 灵活 | 灵活 |
| EVM 字节码可移植性 | 不可 | 可 | 不可 | 可 | 不可 | 不可 |
| 原生隐私选项 | 有限 | 无 | 无 | 无 | 有 | 有 |
0 某些研究完全不认为侧链应被归入 L2 范畴，可见：https://twitter.com/gakonst/status/1146793685545304064
1 要看相关升级机制的实现，不过一般来说都可以
2 有非常复杂的限制
3 为保证与 EVM 的可组合性，吞吐量的上限是 300 TPS
4 这个参数实际上是可调的，但大部分研究员都觉得 1 到 2 周时间比较安全
5 要看相关的实现。zkSync 是不需要的，但 Loopring 需要
7 理论上来说，可以通过流动性提供商缓解这个问题，但是会让整个方案的资金利用效率性变差
1. 安全性
在线假设（例如：瞭望塔）
协议是否要求用户在线（liveness）？换句话说：是否需要用户自己或通过受信任的代表（如：瞭望塔）监控扩容解决方案在链上（即 L1 层）的所有活动？在某些情况下，可以将监控需求委派给受信任的各方，并提供与其服务用户一致的激励措施（如：通过担保）。但是，需要注意，如果受信任的代表在行为不当，其损失的金额始终不会超过保证金的大小。
大家应该考虑受信任的代表是否有机会窃取比保证金更多的价值，以及能在多大程度上承受这种风险。
大量退出能力假设
扩容解决方案的安全性假设是否包括所有用户都能在短时间内成功退回到L1层（用户提款退出）？如果出于安全原因，L2扩容方案的所有用户需要在短时间内退出L2时，就出现这个情况。如果他们选择留下，则运营者可能会进行一些操作耗尽仍留在L2中的资金。例如，在 Matic 方案中，所有用户退出的窗口为 1 周。
但是，在网络拥塞和 DoS 攻击的情境下，这个假设能不能成立是很成问题的。例如，在给定时间范围内大规模退出，以太坊网络可能高度拥堵，可能导致交易无法及时打包。即使网络并不拥堵，攻击者仍可以尝试操纵 GAS 价格以致交易不能及时处理。这是值得考虑的攻击手段。
托管性（Custody）
达到特定数量的 L2 验证者能否无限期禁止用户操作自己的资金？他们可以窃取用户资金吗？如果希望在项目保持不受审查，那么这点尤其重要。
运营者热钱包秘钥暴露风险
L2 扩容方案的资金安全是否取决于操作员保护密钥（即热钱包密钥）的能力、而密钥又必须时刻在线以保持系统正常运行？众所周知，热钱包很难获得真正的保护。
易受加密货币经济攻击
扩容方案应对加密经济攻击有多脆弱？是否基于博弈论假设？有多种涉及加密经济诱因的攻击，包括：贿赂 L2 验证者（或其操作人员），贿赂 L1 上的矿工，创建黑产 DAO 等。这些攻击手段正在迅速发展，而依赖于博弈论假设的扩容系统，难以证明可以根除这些攻击。
同样还包括从技术上讲不是盗窃但实际上是等效的场景。例如，对 Validium 的双花攻击，攻击者无法通过设计窃取其他人的资金，但仍然可以双花自己的资金。
密码学元件
解决方案是否依赖于标准密码学，还是利用了新颖的密码学研究，例如 SNARK 或 STARK？通常，越早创造的密码学元件，被破解的机会就越小。越是最先进的和最近的原语，则对团队实现的能力要求更高，并且需要有更多审核。
2.性能/经济性
最大吞吐量
在以太坊 1.0 上扩容方案的最大可能吞吐量是多少？在以太坊 2.0 上呢？尽管今天解决方案的吞吐量可能令人满意，但是有理由展望未来，并预测额外吞吐量的需求，以及计划采用的解决方案是否能够适应未来。
资本利用效率
扩容解决方案的资本利用效率如何？是否需要大量资金才能运作？对用户而言，资本利用效率较低的系统成本会更高，并且可能会由于缺乏即时流动性而导致运营中断。例如，支付通道的资金利用效率相对较低，因为通道运营商必须锁定其平均通道数量的倍数，以确保通道不会达到容量上限。
开立新帐户的成本
刚开始使用 L2 的新用户是否需要在 L1链上提交交易以在 L2 上开启账户？在比较表中，我们指出了方案的最佳实现是否需要提交交易，但是方案的实现可能会有差异。例如，zkSync 和 Loopring 都使用 zkRollup，但是 Loopring 要求用户进行L1交易来开设帐户，然而 zkSync 却不需要。
3.易用性
提款时间
提款到 L1 需要多长时间？为了解决争端，某些解决方案中的取款可能需要等待一周或更长时间。为了减轻这种漫长的等待时间，是否有流动性提供者为用户提供流动性以换取风险溢价？如果存在这样的流动性提供者，它们的可靠性和成本如何？由于快速提款也需要付出一定的代价，所以使用这种解决方案的真正代价有多大？达到主观终局性（subjective finality）的时间
在协议的安全性假设下，交易需要多久达到不能在 L1上被回滚的状态？我们用主观终局性（subjective finality）一词的意思是，即使 L1 智能合约仍不能依赖此状态，也可以说服外部观察者相信交易的不可逆性。例如，在 Optimistic Rollup 中，只需在以太坊上得到一次确认就能达到 L1 终局性，而完全终局性则需要大约1周的时间。
主观终局性的客户端可验证性
轻客户端（浏览器/手机钱包）是否能核实达到主观终局性的时间（请参见前面的问题）？继续上面的示例， 在 Optimistic Rollup 中，进行 1 次确认就能达到 L1 终局性，但要确认交易是最终的，则必须下载整个 Rollup 状态并执行上周的所有交易，以确保所有的 Optimistic Rollup 块都是正确的。
即时交易确认
扩容方案可以提供完全的交易即时确认，还是担保下的即时确认？大多数 L2 协议实现了 “即时表观终结性”，即，交易似乎将在 UX（用户体验）上得到了即时确认。但只有支付通道（状态通道）为这些确认提供完整的安全保证，而在其他协议中，这些交易仍可以在 L1 中确认之前的一段时间内撤销（revert）。不过，撤销它们（不管是否成功）需要付出代价，它们都会因此失去一些安全保证金（即抵押存款）。
交易即时确认也取决于扩容解决方案的具体实施细节。
4.其他方面
智能合约
L2 层是否支持任意可编程的智能合约，或者仅支持使用某些 谓词实现的有限子集？EVM 字节码可移植性
能否几乎不做任何改动就移植现有以太坊合约？原生隐私支持
该协议是否提供对隐私原生支持？默认情况下，如果没有低成本的屏蔽式交易，隐私将得不到非常有效的保护，因为各种平台上进行的有关去匿名化的多项研究都雄辩地证明了这一点（参考 1、参考 2）。
附言：关于 zkRollup 的旁注
有两种有效使用 zkRollup 的扩容解决方案，您可以立即试用：Loopring（在主网上线了）和 zkSync（Matter Labs的平台将于6月发布）。它们之间的主要区别是底层证明系统的选择不同。Loopring 使用具有特定于应用程序的可信设置（trusted setup）的 Groth16 SNARK，而 zkSync 使用具有通用可信设置的较新的证明系统 PLONK。考虑到该证明系统在设计领域的最新突破，我们相信 PLONK 将成为 zkRollup 普及的重要加速器。我们也会在日后的文章中详细介绍这项技术。
（完）
原文链接: https://medium.com/matter-labs/evaluating-ethereum-l2-scaling-solutions-a-comparison-framework-b6b2f410f955 作者: Alex Gluchowski 翻译: 登链社区翻译小组
本译文文原发于登链社区，EthFans 经授权转载。转载中对译文有少许改动。