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从Arbitrum宕机:看比特币L2和以太坊L2的不同道路

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昨天Arbitrum网络从10:29-11:57停止运转了约90分钟,为什么以太坊L2会宕机?

从Arbitrum宕机:看比特币L2和以太坊L2的不同道路

Arbitrum官方给出的回答是:

因为铭文协议带来的用户量激增,导致Arbitrum的sequence也就是定序器停止工作,最终导致网络宕机。

为什么用户量激增能导致Arbitrum宕机?比特币链上打了十几万种铭文也没见宕机?因为,Arbitrum的定序器是中心化的,只有官方一个节点在运行网络,所以,当这个节点(定序器)出问题时 ,网络肯定会宕机。

其实你可以简单理解为Arbitrum这个POS网络账本的运行就是靠官方自己的节点(定序器),但是,为啥用户还敢用它,因为,Arbitrum的账本会Roullp后(卷起来压缩)打包给以太坊网络,让以太坊网络节点验证账本,从而来保障账本安全,以太坊L2基本都是这个思路。无论OP-Roullp还是ZK-Roullp都是把账本打包给以太坊主网,让主网节点来验证二层账本。这样做的核心目标就是让二层的账本可信。

打个不太雅观的比喻:儿子是没钱的,儿子的信用也不值钱,因此,儿子从老子的那里拿支票当钱花,用老子的信用为儿子担保。以太坊的二层账本本身是没有信用的(定序器中心化,何来信用?)二层账本的信用是依附于以太坊一层的,这是目前以太坊 L2比较主流的设计。

当然,这样设计目前已经是最优解,但是,会有几个问题:

1、二层会有单点风险,因为定序器中心化,比如,容易出现宕机。

2、二层的资产不抗审查,可以被强制冻结。

这是几乎所有以太坊二层都面临的问题!

以太坊二层网络有这样的问题?那么比特币二层能解决这些问题吗,比特币二层和以太坊二层在设计上会有哪些异同?

探讨这个问题之前,我们需要先搞明白几个问题:

1、什么是Layer2?Layer2的本质是什么?

2、Layer2的设计原则是什么?比特币Layer2和以太坊Layer2在设计上会有哪些异同?

3、比特币Layer2的正确道路

一、什么是Layer2?Layer2的本质是什么?

Layer2的概念被人们熟知是因为以太坊生态,但是,Layer2的概念却不是以太坊生态原创,而是来源于比特币。

比特币0.1版本的代码里保留了一份原始版本的代码,是中本聪留下的。这段代码支持用户在交易被矿工打包确认之前更新交易。如果一个用户的余额增加,另一个用户的余额就会相应减少,一旦用户完成了交易,他们就可以只向主链网络传输一个交易结果然后关闭他们的支付通道。基于“支付通道“后来诞生了闪电网络,闪电网络是比特币最早的Layer2,也是加密世界里最早且可行的Layer2

因此,在我们谈什么是Layer2时,不能仅以 以太坊Layer2马首是瞻,也不能以以太坊Layer2的设计方案为唯一衡量标准(毕竟以太坊Layer2是经过这两年的发展才基本确定了roullp这个设计方向的可行性),而是应该透过现象看到本质,需要了解Layer2的本质是什么?这样才能设计出切实可行的Layer2。

无论是比特币Layer2还是以太坊Layer2,其诞生的背景都是当Layer1主网无法实现更复杂更高性能的应用场景时,需要把Layer1资产跳脱到Layer2去实现。以太坊需要Layer2去拓展其性能,比特币则更需要Layer2。比如,BTC可以在闪电网络里实现快速高效的支付场景;ETH则可以跨到Arbitrum去速度更快、Gas更低且更复杂的智能合约场景。

因此,无论是比特币Layer2还是以太坊Layer2,其本质都是一样的,都是让Layer1的主网资产跨到Layer2实现更复杂更高性能的应用场景。因此,Layer2的本质是一个去中心化的跨链方案 一个高性能且无需信任的二层网络。

那么,无论是比特币Layer2还是以太坊Layer2,在设计时都得遵循一些最基本的原则:

1、必须实现Layer1资产无需信任地跨到Layer2,这是最重要的第一步。

2、Layer2网络的账本一定是安全且无需信任的

只有同时满足以上两个条件,才是一个切实可用且完全去中心化的Layer2。

二、比特币Layer2和以太坊Layer2在设计上会有哪些异同?

我们搞清楚了Layer2的本质是什么,也搞明白了Layer2设计的基本原则,那么,我们来看一下,比特币Layer2和以太坊Layer2在实际设计上有哪些异同?

1、必须实现Layer1资产无需信任地跨到Layer2。

在解决这个问题方面,以太坊的方式是:Layer2官方在以太坊主网首先部署一个托管资产的智能合约,当用户从以太坊主网把ETH跨到Layer2,用户的ETH被锁定在该智能合约并在Layer2网络1:1生成新的ETH。当用户发出跨回主网的指令时,Layer2的ETH销毁,同时触发Layer1上的智能合约把ETH解锁给用户。这是以太坊Layer1和Layer2的跨链实现方式。是通过以太坊的智能合约以及Layer1和Layer2网络通讯实现的,可以实现去信任化。

那么,比特币的Layer2该如何实现去信任的BTC跨链呢?

在2021年比特币Taproot升级之前,是无法做到完全去中心化的BTC跨链的,但是,由于Taproot升级带来了Schnorr签名和MAST合约,让完全去中心化的比特币跨链成为现实。

Schnorr签名是一种比椭圆曲线签名更适合比特币的签名算法(不是我说的,当时中本聪创造比特币时,其实是想用Schnorr签名的,但是当时Schnorr签名还未开源,2009年Schnorr签名开源后,经过长达12年的考察和验证,最终于2021年比特币Core通过Taproot升级把Schnorr签名正式引入了比特币,以太坊也一直想支持Schnorr签名,但是由于升级签名算法涉及以太坊的帐户体系等复杂问题,因此以太坊一直没有升级为Schnorr签名。)

Schnorr签名最大特点是聚签,可以实现1000个比特币地址来签名管理同一笔资产,不仅可以实现签名的隐私性,还可以让1000个签名提交的数据合并为一笔,彻底解决多重签名带来的数据堆积问题,因此,Schnorr签名可以突破原来比特币最多15重多签的限制,实现完全去中心化的签名管理。

而Mast合约,全称Merkle Abstract Syntax Tree,是使用默克尔树来加密复杂的锁定脚本,其叶子是一系列相互不重叠的脚本,支出时,只需披露相关脚本以及从该脚本通向默克树根的路径。

简单理解Mast合约就是等效于VM的功能(类智能合约功能),可以通过指令来执行既定的操作,比如,Mast合约 Schnorr签名的组合,可以通过触发Mast合约来让参与去中心化资产管理的1000个节点进行签名,从而智能化地按照合约制定的规则来执行比特币的进出与花费,这里没有任何人为的干预,完全靠合约执行,从而实现比特币的去中心化管理。

Schnorr签名 Mast合约的有机组合,就可以实现完全去中心化的BTC Layer2。为了方便理解,我们以BTC Layer2项目BEVM为例(BEVM就是使用了Schnorr签名 Mast合约来实现的),来看完全去中心化的BTCLayer2是如何实现的。

当用户把比特币主网的BTC跨到BEVM时,用户的BTC进入1000个节点托管的合约地址内,然后,同时在BEVM即BTC Layer2网络按照1:1的生成新的BTC,当用户发出把BTC从BEVM跨回主网的指令时,BEVM网络节点将触发Mast合约,1000个托管资产的节点将按照既定的规则自动签名,把BTC返回到用户地址。整个过程,实现了完全的去中心化和无需信任。

从以上内容可以看出,通过使用Taproot带来的Mast合约 Schnorr签名的组合,比特币也可以和以太坊Layer2一样实现完全去信任的跨链,这是实现完全去中心化的BTC Layer2最重要的第一步。

2、Layer2网络的账本一定是安全且无需信任的。

以太坊Layer2的账本是由定序器管理,在处理交易时,是按照一定比例,一般是10:1的比例,把Layer2的账本roullp后打包上传到以太坊主网,然后由以太坊节点验证,但是,以太坊Layer2的定序器(就是Layer2网络的运行节点,一般都只有官方1个节点)是完全中心化的,均是由Layer2官方来运行和掌握。

如此中心化的设计如何取得用户信任呢?主要是通过把Layer2的账本roullp打包到以太坊主网让矿工节点验证,如果用户不信任该账本,可以通过发起链下检举来验证账本,因此,Op-Roullp又被称为乐观证明,就是其信任假设是乐观地认为官方不作恶,如果作恶,可以通过检举来证明。这些组合设计,基本可以保障Layer2账本是可信的。

但是,这也导致以太坊Layer2有定序器单点风险,也导致Layer2上的ETH等资产是不抗审查的,是可以被外部力量强制冻结的,因为,ETH Layer2排序器就官方自己一个节点,是可以被中心化控制的。这也将导致ETH Layer2的资产规模是有上限的,因为,很多大资金将因为不抗审查的问题而不敢进入,试想,如果你有10万枚ETH,你敢把这些资产跨到一个不抗审查的以太坊Layer2吗?昨天Arbitrum网络宕机事件也暴露了定序器单点风险的问题。

同时,这里还衍生出两个对于用户不友好的问题:

a、由于Op-Roullp有一个7天期限的检举机制,因此,当用户把ETH从Layer2跨回以太坊主网时,至少需要过完7天的检举期。

b、由于ETH Layer2的定序器完全是项目官方一个节点在控制,因此,ETH Layer2的跨链及交易手续费完全由项目官方独享的(据悉Base、ZKsync等ETH Layer2每月排序器营收超500万美金,高峰时超1000万美金),而Layer2用户无法分享这些网络增长红利。

那么,比特币Layer2如何实现账本可信呢?

我们仍以BEVM为例,前面我们提到,BEVM是通过Mast合约 Schnorr签名的组合来实现比特币去中心化跨链,而为了实现Layer2和Layer1的实时通讯,BEVM的网络是完全运行的比特币轻节点,因此BEVM是由1000个比特币轻节点组成的可信网络。

为了保障Layer2账本绝对安全,保证网络节点不作恶,BEVM借鉴了比特币网络的经济学博弈机制,BEVM把托管比特币的节点和Layer2网络运行的节点合二为一,即通过质押资产运行Layer2网络的节点也是托管BTC资产的节点,同时,BEVM设计了一套完全基于经济学的自动化动态质押机制,即保证BEVM的Layer2节点质押的BTC/主网代币的总价值永远大于其托管的资产价值,以经济学博弈的机制来保障Layer2的网络节点没有动力作恶,从而保障Layer2的账本是绝对安全可信的。

除此之外,BEVM的设计还带来两个好处,这也是以太坊Layer2所不具备的:

a、BEVM的网络节点是完全去中心化的,不是由某个项目方控制的,因此,BTC在BEVM这个Layer2上是抗审查的,是任何力量都无法冻结的,是可以与比特币主网随时互跨进出的。因此,可以解决大资金的信任问题。

b、由于BEVM网络是由去中心化节点运行的,因此,产生的跨链及网络手续费是与节点、用户共享的,不是项目方独享的。

三、比特币Layer2的正确道路

通过上文的对比,可以清晰看到比特币Layer2和以太坊Layer2的异同,由于比特币以太坊先天的不同,因此,在设计比特币Layer2时,不能照搬照抄以太坊Layer2模式,而是应看透Layer2本质,结合比特币特点,才能走出比特币Layer2的正确道路。

比特币Layer2的正确设计方向:

1、比特币Layer1天然不是图灵完备的,比特币极简的UTXO设计和区块空间无法验证运算复杂数据和程序,因此,企图通过客户端验证或者在比特币有限的UTXO及区块空间内做改良方案,是不可行的,该方向不仅实现方案极其复杂,而且应用场景有限,最多只能支撑发行资产,想去拓展更高性能的Layer2方向,是行不通的。唯一正确的方向是把BTC以去中心化的方式跳脱到Layer2,从而实现更复杂更高性能的场景拓展。

2、一定要解决比特币去中心化跨链到Layer2的问题,这是一切的基础。通过Hash时间锁、挂钩、封装、多签等传统的比特币跨链方式很难取得用户的信任。比特币2021年Taproot升级带来的Mast合约 Schnorr签名的技术组合,可以解决比特币去中心化跨链问题,也是比特币Layer2非常值得探索的方向。

3、在保障Layer2账本安全可信这一点,绝对不能照抄以太坊Layer2的模式,试图通过roullp的方式把BTC Layer2账本压缩打包到比特币链上去验证,这一点是不可行的,因为,比特币区块链不支持OP或者ZKP的验证,矿工不会参与Layer2账本的验证,把这些账本存到比特币链上只是一个存证,没有任何意义。要保障Layer2账本安全,可以学习比特币的经济学博弈机制,通过经济学和博弈论的层面来设计节点动态质押机制,从而实现Layer2网络节点没有动力作恶,从而保障Layer2的账本安全。

当然,我们也寄希望于未来比特币再次进行BIP级别的升级,实现比特币网络可以验证OP或者ZKP,比特币矿机可以进行ZKP计算,此时ZK-roullp可以进入比特币网络,那时,比特币Layer2则可以实现更终极的方案。但是,这可能是未来5-10年甚至更久才能实现的事。

基于以上分析,我们可以看到,目前最落地可行的BTC Layer2方案是基于Taproot升级带来的Mast合约 Schnorr签名,结合比特币轻节点动态质押网络实现Layer2和Layer1的实时通讯和网络安全,从而实现真正去中心化的比特币Layer2,而这正是BEVM已经实现落地的方案(具体细节可以参考BEVM白皮书:https://github.com/btclayer2/BEVM-white-paper)

那么,比特币Layer2有机会超越以太坊Layer2的体量吗?

答案几乎是肯定的:

我认为至少有以下几个原因:

1、目前已经有完全去中心化的BTC Layer2方案可以使用。

在没有完全去中心化的方案之前,最大的比特币封装资产是通过中心化机构Bitgo发行的WBTC,目前约65亿美金规模。在完全去中心化的方案出现后(如BEVM),预测该市场可以再增长5-10倍以上,体量可以达到325亿-650亿美金,远远大于ETH Layer2目前的200亿美金总TVL(该数据包含了跨链的ETH和ETH Layer2上的其他资产,实际跨链的ETH远没有达到200亿美金)

2、比特币由于天然是图灵不完备的,因此,比特币要发展生态比以太坊更需要Layer2,因此,未来将会有大量BTC到Layer2去构建各类去中心化的BTC应用。这是市场需求决定的。

3、比特币Layer2可以比以太坊Layer2更抗审查,更容易获得用户尤其大资金的信任和青睐。

4、比特币市值是以太坊市值的3倍,目前ETH Layer2的总TVL约200亿美金,约占以太坊市值的10%;按照同样的比例,如果未来10%的BTC进入比特币Layer2,整个TVL将达到850亿美金,是以太坊Layer2体量的3倍之多。

总结:

Layer2解决方案最早起源于比特币生态,发扬于以太坊生态。

以太坊Layer2目前的方案并不是完美的,也不是L2的终极方案,更不能作为所有L2的唯一参考标准。

比特币Layer1天然是图灵不完备的,而且,比特币极简的UTXO和有限的区块空间也无法处理复杂的数据和计算。因此,比特币要发展生态必需Layer2,而且是完全去中心化的比特币Layer2。

2021年比特币Taproot升级之前,比特币无法做到完全去中心化的Layer2方案,但是,Taproot升级带来的Mast合约 Schnorr签名,实现了完全去中心化的BTC跨链,因此,但是可以完全去中心化的比特币L2成为现实,BTC Layer2项目——BEVM给出了自己的答案。

比特币Layer2不能完全照抄以太坊Layer2的方案,需要结合比特币本身的特点去设计。

最后,比特币的Layer2体量将超越以太坊Layer2的体量,这是必然趋势!

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