以太坊的進化：二層擴展與一鍵多鏈的無限潛力

作者：YBB Capital Researcher Ac-Core

TLDR

• 跨鏈資產轉移因不同區塊鏈的架構和共識機制各異，缺乏統一標準，導致複雜且昂貴的驗證過程，限制資產流動；現有第三方橋接器面臨信任和安全挑戰，中心化橋接器需維持流動性，成本轉嫁用戶，一鍵發鏈如同解決三角問題是一個折衷的資產橋接方案。

• 市場成熟度OP Stack與Superchain率先搶佔市場，Base已成為成功代表；AggLayer憑藉與以太坊的原生兼容性更易被接受，但需確保聚合過程的安全性和可靠性；Elastic Chain需評判ZKsSync自身的發展，無論市場或技術仍是短期看OP，長期看ZK。

• 在產業創新不足的背景下，DeFi仍是Rollup出現的主要應用。現階段DePIN、RWA、大型GameFi在Rollup出現機率不高，SocialFi和NFT市場會出現在Rollup，但市場熱度未知。馬太效應整體適合區塊鏈，無限增發的Rollup趨勢長期關注頭部，短期關注中下游。

一、連結鏈間的孤島：橋接器的問題

當我們進行跨鏈資產轉移時，不同區塊鏈各自擁有獨特的架構、共識機制、狀態證明和狀態轉換，並且缺乏統一的標準和互通性導致跨鏈通訊和資料交換存在著一定的複雜性。這些驗證過程通常太昂貴，無法在鏈上執行。 這種限制導致使用多重簽名委員會來證明對方鏈狀態的認證網路激增。所以目前沒有一種能夠實現所有區塊鏈之間互通的通用去中心化的標準或協議，這限制了資產在不同區塊鏈之間的自由流動。

為促進跨鏈資產轉移，雖出現了大量第三方橋接器，但這些橋接器在營運上面臨著「信任問題」的巨大的網路安全挑戰。即使中心化橋接器能夠完全確保安全，仍需要在每個整合鏈上維持足夠的流動性來維持運營，其成本也會轉嫁給用戶。目前存在著無法滿足原生的去中心化資產橋接和難以對第三方橋接器產生信任的問題，ZKsync、Polygon、Optimism三者分別推出了自己更原生的Elastic Chain、AggLayer、Superchain Explainer的本地化多鏈擴展方案。

二、ZKsync3.0：Elastic Chain

圖源：zksync.mirror

2023年ZKsync 背後的主要開發公司Matter Labs 發布了他們的ZK Stack，這是一個允許開發者在ZKsync 技術基礎上構建自己的區塊鏈的工具包，從本質上講這些定制鏈都將通過彈性鏈（ Elastic Chain）相互連接，讓ZKsync 3.0 從單一以太坊L2 變成The Elastic Chain。

ZKsync 3.0 協定的核心升級於2024 年6 月7 日發布，是ZKsync現階段最複雜的一次升級，將ZKsync L1 橋重新配置為共享路由器合約，以支援不斷擴大的可互操作ZK 鍊網絡，ZK Rollup框架ZK Stack 支援的鏈之間的本地、無信任、低成本互通性。

根據Matter Labs 的解釋：”Elastic Chain 是一個由ZK Chains（rollups、validiums 和volitions）組成的無限可擴展網絡，它們透過數學驗證方法確保其安全性，並在統一直觀的用戶體驗下實現無縫互操作，旨在讓使用者在不同的ZKsync生態系內的互通性更加順暢流暢。

2.1 Elastic Chain 彈性鏈架構

Elastic Chain並不是單單依賴ZK技術實現的，相同也無法透過給其他非ZK的多鏈系統加上ZK證明的「補丁」來實現，先從高緯度來看其網路是由ZK Router、ZK Gateway、 ZK Chains三部分來實現的。

1. ZK Router（ZK 路由器）：

• 核心路由機制：ZK Router是ZKSync 3.0架構的主要路由元件，負責管理和協調網路中的不同鍊和節點之間的通訊和資料傳輸；

• 跨鏈通訊：透過高效率的跨鏈通訊協議，ZK Router確保不同鏈之間的資料能夠快速、安全地傳輸，提升整體網路的互通性和效能。

2. ZK Gateway（ZK 閘道/ 出入口）：

• 入口和出口節點：ZK Gateway充當ZKSync 3.0網路的入口和出口節點，處理外部區塊鏈（例如以太坊主鏈）與ZKSync網路之間的交互；

• 資產橋接：負責資產在外部區塊鏈和ZKSync網路之間的橋接和轉移，確保資產能夠安全且有效率地在不同鏈之間流動；

• 交易聚合：將使用者的交易聚合成批量，然後產生零知識證明，提交到外部區塊鏈進行驗證，減少鏈上資料負載和交易費用；

• 中介軟體：整體可以理解為部署在以太坊和ZK Chains 之間的中間件，以促進ZK Chains 之間的全面互通性。

3. ZK Chains（ZK鏈本身）：透過產生和驗證零知識證明確保交易的有效性和安全性，將結果提交給ZK Router進行匯總和協調。並透過ZK Gateway和L1 智能合約相互連接，使用ZK Stack構建的完全獨立運行，可自訂的自主Rollup、Validium或Volitions。

根據ZKsync解釋，Gateway是Elastic Chain的關鍵組件以實現ZK Chains無縫結算到以太坊。透過Gateway提交證明和資料到以太坊，具有以下優勢：

• 跨批次和跨鏈的證明合成，降低L1驗證成本；

• 狀態差壓縮對於傳送到Gateway的小批次資料進行壓縮，並以大批次的方式有效率地轉送到L1；

• 更快的最終確認通過驗證鏈的證明並防止其矛盾，以實現低延遲的跨鏈橋接，這由大量驗證者的質押來強化。 ZK Chain無需信任其他鏈；

• 活躍性每個ZK Chain的活躍性由其驗證者獨立管理，Gateway不影響其活躍性，鏈條可以自由離開Gateway；

• 抗審查性跨鏈強制交易將比普通L1抗審查交易便宜，使其對所有用戶更具可及性。

ZK Chains無需使用ZK Gateway，可以直接結算到以太坊，並可隨時選擇離開ZK Gateway網路而不影響其鏈的安全性。 ZK Chains可以在使用ZK Gateway和直接結算到以太坊之間自由切換。 ZK Gateway將由去中心化、無信任的驗證者群集操作，以確保網路的彈性和可靠性。參與這個去中心化驗證過程需要ERC20代幣。 ZKSync網路治理將指定一種代幣用於此目的（可以是ZK代幣）。

驗證者將收取橋接費用以及每位元組狀態差資料發佈到ZK Gateway的費用。這為驗證者提供了加入ZK Gateway的激勵，因為隨著越來越多的價值交易上鍊，他們的收入可以倍增。同時，由於驗證者提供的重新壓縮服務，透過ZK Gateway結算資料將比直接在以太坊網路上結算更便宜，這或許也是大多數ZK Chains可能會選擇加入的原因。

三、Polygon 2.0：Agglayer

圖源：Polygon Agglayer 3.1 Agglayer 設計溯源

與OP Stack和ZK Stack類似，可使用Polygon CDK創建的區塊鏈可直接接入Agglayer，利用其統一的橋接和安全性服務，實現與其他區塊鏈的互通性共同構成了Polygon 2.0的核心架構。

Agglayer 的核心思想源自於Umbra Research 提出的共享有效性排序（Shared Validity Sequencing）設計，該設計旨在實現多個Optimistic Rollup 之間的原子跨鏈互通性。透過共用排序器，系統可以統一處理多個Rollup 的交易排序和狀態根發布，確保原子性和條件執行。

實現邏輯：需要透過以下三個元件：

1. 共用排序器：接收和處理跨鏈交易請求；

2. 區塊建構演算法：共享排序器負責建立包含跨鏈操作的區塊，確保這些操作的原子性；

3. 共享詐欺證明：在相關Rollup 之間共享詐欺證明機制，以強制執行跨鏈操作。

由於現有Rollup 已具備Layer 1 和Layer 2 之間雙向訊息傳遞功能，Umbra 僅增加了一個MintBurnSystemContract 合約（Burn 與Mint）來實現對三個元件的補齊。

工作流程：

1. 鏈A 上的Burn 操作：任何合約或外部帳戶可以調用，成功後記錄到burnTree；

2. 鏈B 上的Mint 操作：排序器在執行成功後記錄到mintTree。

不變量和一致性：

Merkle 根的一致性：鏈A 上的burnTree 和鏈B 上的mintTree 的Merkle 根必須相等，以確保跨鏈操作的一致性和原子性。

系統運作：

共享排序器負責將兩個Rollup 的交易批次和聲明狀態根發佈到以太坊。它可以是中心化的，也可以是去中心化的（如Metis）。排序器接收交易並為Rollup A 和B 建立區塊。對於A 上的交易，如果與MintBurnSystemContract 互動成功，則嘗試在B 上執行對應的Mint 交易。如果Mint 交易成功，則包含A 上的Burn 交易和B 上的Mint 交易；如果失敗，則排除這兩筆交易。

3.2 Agglayer的核心組件：

在Polygon 2.0 的Agglayer 中，統一橋（Unified Bridge）和悲觀證明（Pessimistic Proofs）是其核心組件。

1. 統一橋（Unified Bridge）

技術框架：

• 跨鏈通訊：統一橋的核心在於實現不同鏈之間的無縫通訊。它透過跨鏈通訊協定來實現不同Layer2 解決方案和以太坊主鏈之間的資料和資產轉移。

• 流動性聚合：該橋樑將不同Layer2 解決方案的流動性聚合在一起，使用戶能夠在不同的鏈之間自由移動資產，而無需擔心流動性分散的問題。

實作邏輯：

• 訊息傳遞：統一橋透過訊息傳遞機制來實現跨鏈通訊。訊息包含交易的相關訊息，並透過橋樑協議在鏈之間傳遞；

• 資產鎖定與釋放：當使用者在一條鏈上鎖定資產時，統一橋會在目標鏈上相應地釋放等值資產。這個過程需要使用智能合約來確保安全和透明；

• 互通性協定：為了確保不同鏈之間的互通性，統一橋採用標準化的互通性協定。這些協議定義瞭如何處理跨鏈交易、如何驗證交易的有效性，以及如何處理潛在的衝突。

圖源：Aggregated Blockchains: A New Thesis

2. 悲觀證明（Pessimistic Proofs）

技術框架：

• 安全性：悲觀證明是一種安全措施，旨在防止詐欺性交易。它透過在交易驗證過程中引入額外的驗證步驟，確保所有交易都是有效的；

• 延遲驗證：與樂觀證明（Optimistic Proofs）不同，悲觀證明假設交易可能是惡意的，並在確認之前進行全面驗證。

實作邏輯：

• 初步驗證：在交易提交後，系統會立即進行初步驗證。這包括檢查交易的基本資訊和簽名的有效性；

• 深度驗證：在初步驗證通過後，交易會進入深度驗證階段。系統會呼叫一系列智能合約，檢查交易的複雜性和潛在的風險；

• 爭議解決：如果在驗證過程中發現任何問題，系統會觸發爭議解決機制。此機制允許用戶和驗證者提交額外的證明，以解決爭議並確保交易的最終有效性。

透過統一橋和悲觀證明，Agglayer 能夠提供一個高度安全、可擴展且互通的區塊鏈環境。這些組件不僅增強了系統的安全性，還簡化了跨鏈交易的操作，使用戶能夠更加輕鬆地在不同鏈之間進行交互，擴展內容見YBB Capital往期文章《從模組化到聚合，探索Polygon 2.0的Agglayer核心》（1）

四、Optimism：Superchain Explainer

Optimism 於2023年率先開啟了一鍵發鏈的道路，第一項工作即為OP Stack 建立一個統一網路的標準。 OP Stack 是以太坊擴展解決方案——The Optimism Superchain的啟動平台，同時也是所有使用OP stack 構建的L2 進行互動和交易的樞紐。

想必大家對於OP Stack已經較為熟悉，為做簡述，Optimism Superchain會共享一個共同的OP Stack開發堆疊、橋接、通信層和安全性，以確保各個鏈能夠協調一致地進行通信，並作為一個單獨的單元發揮作用。此結構可細分為五個不同的層，每個層都有其特定的目的和功能：

• 資料可用性層決定了基於OP 堆疊的鏈原始輸入主要透過以太坊DA 取得；

• 排序層控制使用者交易的收集和轉發方式，通常由單一序列器管理；

• 衍生層將原始資料加工成執行層的輸入，主要使用Rollup；

• 執行層定義系統狀態結構和轉換功能以太坊虛擬機（EVM）是中心模組；

• 結算層允許外部區塊鏈透過基於證明的故障證明查看OP 堆疊鏈的有效狀態。

相較於Elastic Chain和Agglayer，Optimism Superchain出現最為早期搶先佔領了市場，也跑出了Base並在每天Gas支出中佔據了絕大部分開支，直觀反應出了Base的鏈上活躍度。

圖源：Dune Optimism – Superchain Onchain Data

五、 一鍵發鏈的主觀思考

5.1 AggLayer、Superchain、Elastic Chain的競爭看法

（本章節僅代表作者個人觀點）

以上三種擴展方案都是圍繞各自Rollup擴容敘事的一種延展，從市場成熟度出發OP Stack與Superchain率先搶佔了市場，Base已經是最為成功的代表。

AggLayer 的原生相容性較為優勢，可直接在現有的以太坊網路上運行，不需要對底層協議進行大幅度修改，更容易被現有的以太坊用戶和開發者接受，這種方案的優點是能夠有效利用現有的以太坊網絡，其挑戰在於如何確保聚合過程的安全性和可靠性。

Elastic Chain現階段的初步判斷是需評判ZKsync生態的發展和社區的建設，如果ZK sync本身沒有發展起來，Elastic Chain後期吸引開發者和維持社區的激情可能會受到阻力，無論是市場還是技術角度考慮，仍是短期看OP長期看ZK。

另上述三種方案都會帶來Rollup的原生問題：中心化程度較為集中。隨著近期出現的Based Rollup的擴容方案在未來可能也會是一個潛在的競爭對手，它把排序器直接交給了L1即以太坊本身的方式，讓L2 不再需要額外的排序器或複雜的驗證步驟。這種較為原生的擴容，雖然也會存在一些潛在MEV問題，但後續發展仍值得關注。

圖源：ZKsync – Introducing the Elastic Chain 5.2Rollup未來的發展趨勢和應用的創新

整體來看，隨著「一鍵發鏈」的推動，作為以太坊主流擴容方式的Rollup數量將會不斷增加。即便是2023年比特幣生態的大爆發，其非原生擴展也藉鑒了許多以太坊的擴容邏輯。在市場創新不足的背景下，Rollup的應用創新和影響可能有限。

對於每條VM鏈，無論市場變化如何，TVL仍是主要指標，因此最先出現的應用仍是各類DeFi協定。此外可能會出現SocialFi協議和NFT交易市場。

其他賽道中，DePIN在Rollup和L1上難以發展，龍頭可能出現在Solana；RWA概念在L1上發展機率較大但在Rollup上信心不足；GameFi也會出現，但大型遊戲只會在專注於GameFi的Rollup上有機會。因此，現階段最確定的應用仍是DeFi類。

然而，區塊鏈的馬太效應明顯，多鏈時代的到來，資源將集中在頭部項目，強者恆強，最後淘汰。

擴充連結：

（1）從模組化到聚合：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-e492dd05ceb9

參考文章：

【1】Introducing the Elastic Chain

https://zksync.mirror.xyz/BqdsMuLluf6AlWBgWOKoa587eQcFZq20zTf7dYblxsU

【2】zkSync Protocol Upgrade v24: New precompiles, more blobs, Validiums, and more. #519

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