從NFT到GameFi，再到Loot，在市場熱潮的幾番更迭下，市場對于Layer 2的需求已經逐漸加大，隨著Arbitrum主網的上線，越來越多的資金開始投身于Layer2 擴容協議市場，市場又掀起了新一輪的賽道競爭。
雖然現階段的Layer 2網路總鎖倉量屢創新高，但仍然無法滿足目前市場上投資者的需求，而且，現在市場Layer 2熱度都是基于Arbitrum、Opitimism等項目的炒熱而升溫，根本無法長期持續，基于此，Layer 2熱潮是否會成為“曇花一現”也成為了大眾比較關注的事情。那么Layer 2技術目前發展如何？Layer 2網路的未來究竟是怎樣的？而這一個個的疑問，路印協議CTO Steve Guo在一次演講中給了我們答案，
Steve用簡單的方式講述了Layer 2技術的演進，深入分析了每個Layer 2項目的優缺點，并且向我們敘述了Layer 2網路未來的發展方向，以下內容來自Steve的演講實錄，
作者：Frankle
來源：Medium
編譯：陳一晚風
隨著Layer 2熱度的高漲，一個疑問逐漸浮現在大眾面前：Layer 2的真正未來到底是什么？
下圖則代表了現在市場上對Layer 2的官方定義。但Steve的定義中，Layer 2是資產安全依賴于Layer 1的第2層網路，所以可以排除掉一些側鏈，比如xDai和BSC，
目前的Layer 2技術可以分為三類技術，最早是State Channel（狀態通道）技術，后來又演變為Plasma，再到最新的、比較熱門的Rollup技術。Rollup主要分為兩個方案，Optimistic Rollup和zkRollup。這兩種方案中的每一種內都存在著許多項目。
State Channel（狀態通道）
第一個Layer 2技術State Channel的核心思想其實來源于比特幣的閃電網路。例如，假設Alice和Bob必須轉移資金，并且他們都在鏈上，那么其成本會非常高。因此，可以先同意Alice和Bob先將他們各自的資金存入智能合約，在他們各自資金被存儲后，Alice和Bob可以不消耗任何Gas費，無限期地在鏈下轉移資金，然后在所有人退出時使用智能合約進行結算，這種過程的核心思想就被稱為狀態通道。
雖然這種鏈下轉賬的方式確實可以很快，而且便宜，但它也存在一些問題。首先，它需要兩端存入資金，其資金占比非常高，此外，它是點對點的。例如，如果A想先與B轉錢，然后再與C轉帳，則需要建立多個狀態通道，這種互動是不可取的，所以，在后來隨著Raiden Network、Celer等技術不斷演進，現在的狀態通道已經可以是點對中心了，任何想要交易的人都需要與中心進行交易，使用狀態通道進行連接，
但這仍然存在同樣的問題，因為中心本身需要存入大量的資金以保證資金周轉利用率，因此該方案只能用于轉賬/支付的應用。由于狀態通道的這些局限性，也使得它自然而然地演變成了一種叫做Plasma的技術，用以解決State Channels的資金利用問題，
Plasma
Plasma在鏈下提供了UTXO（Unspent Transaction Output）等結構模型。每個人的轉賬記錄都類似于比特幣UTXO交易。在Plasma鏈上確認交易后，Plasma將向以太坊上的智能合約提交所有Merkle狀態，由智能合約記錄所有鏈下狀態。最后，Plasma依靠測試機制來確保所有鏈下交易都正確執行，例如，避免轉賬被雙花攻擊。
Plasma比State Channel技術更精進的一點就在于它解決了資金利用的問題，但同時它也帶來了一個新問題，Plasma需要至少一周的退出期來確保交易的最終確認。同時，Plasma要求所有人監控Plasma鏈上的所有UTXO交易，也就是說用戶必須自己監控這些交易，才能根據這些歷史交易對交易問題提出質疑，這也是普通用戶所不能接受的，
因此，Plasma也需要自然進化，進而演化為下一個相對熱門的Optimistic Rollup技術，Optimistic Rollup從實際上解決了Plasma所帶來的問題。也就是說，Plasma鏈上的數據最終只是Merkle樹（由不同數據塊的散列組成的數學數據結構），所以測試起來會更加困難，
Optimistic Rollup
為了解決Plasma所存在的問題，Optimistic Rollup將所有鏈下原始交易數據，包括世界狀態的樹，提交到鏈上，然后任何人都可以根據鏈上記錄的所有原始資訊進行測試，
如圖所示，Optimistic Rollup允許用戶提交世界狀態并提交鏈上原始交易數據，然后任何人都可以根據這些數據測試轉賬是否有效。這個想法被稱為Optimistic Rollup。
Optimistic
事實上，這個想法已經在目前市場的兩個主網項目中實現了。
第一個項目叫做Optimism。這個項目的開發團隊實際上是來自Plasma，所以Optimism也就理所應當的擴展了Plasma的應用場景，此前的State Channel和Plasma都只是用于轉賬/支付的應用，那么Optimism如何擴大轉賬/支付？
現在市場對于擴大轉賬/支付的方法是，使用圖靈的完整編程來兼容鏈下的EVM指令，這樣每個人都可以直接在鏈下執行solididity程式。而Optimism的想法則是在鏈上部署一個智能合約，然后使用智能合約接受鏈下EVM兼容指令的執行，也稱為OVM，
Optimism試圖做一件事，即保證OVM的字節碼可以映射到EVM的字節碼，但實際上，這種映射可能只有20個左右的字節碼. 所以Optimism目前的一個大問題是它無法實現100%的EVM兼容性。正是因為Optimistic有這個問題，Arbitrum才提出了改進方案。
Arbitrum
Arbitrum在Optimistic基礎上的一個巧妙改進是，它不是在鏈上執行EVM比特碼，而是定義了自己的AVM字節碼，AVM的字節碼是一個非常精簡的子集。這樣，當用戶測試第一級時，Gas會更低，消耗也會更低，
目前，Arbitrum的轉會費大約是Optimism轉會費的二分之一。Arbitrum還改進了測試機制，允許用戶通過分片進行測試。例如，一個區塊中有1000個交易，但只有一個是錯誤的。然后就可以用類似二分法的思路，讓用戶證明第一個512是否正確，如果正確就測試下一個，比如256，然后繼續用二分法來測試，這就是Arbitrum，但Arbitrum并不能就此代表Layer 2的未來。
zkRollup
V神曾在年初表示，Optimistic Rollup解決方案短期內最有可能兼容EVM，但中長期他更看好 zkRollup，
事實上，zkRollup和Optimistic Rollup的本質區別在于它不依賴任何測試機制，而是即時保證鏈上清算的最終確定性，zkRollup依賴于一組稱為zk（零知識）證明的數學系統，
zk證明本質上做了一件事，通俗來講就是在不告訴對方答案的情況下向對方證明你知道答案。
例如，問題y有一個函數f，我可以根據我的私人秘密x計算y并通過這個函數得到y。最后，我向你開放的是函數f和問題y。但是我的x不能告訴你，我想讓大家知道我知道一個x來計算y，這叫做zk證明。
這樣的表述可能相對比較抽象，接下來舉一個實際的例子，比如在下面這張圖片中尋找Waldo。比方說，我想向大家證明的是，我知道Waldo在這張地圖上的位置，但我不能直接告訴你位置，所以我可以這樣做：找一塊足夠大的黑布蓋住圖片，然后在黑布上剪下小數字，然后把小數字顯示出來。 然后你就會明白我知道Waldo在這張地圖上的位置，但我沒有向你透露這個位置。這就是zk證明的工作原理。
我證明了一件事，但我沒有告訴你這個秘密。這一組技術聽起來有點像黑魔法，其核心技術思想被統稱為zkrollup，實際上，zkRollup的核心思想是將所有的世界狀態歸類為一棵大Merkle樹，然后所有的鏈下交易本質上只是改變了一個賬戶的世界狀態，
最后使用中繼系統收集所有的鏈下交易，然后將這些交易處理后的世界狀態樹的哈希記錄在鏈上，并記錄這些交易元數據的交易資訊，與此同時，還提交了一份名為“零知識證明”的證書，只要這個證明在鏈上得到了驗證，就意味著鏈下的計算已經忠實地處理了所有的交易資訊。這是zkRollup和Optimistic Rollup之間最大的區別，
Optimistic Rollup只向鏈提交元數據和樹哈希，而zkRollup還提交zk證明證書，這樣它就可以保證最終結算，而不依賴任何測試機制。
Loopring
Loopring協議于2019年底推出，是世界上第一個主網上的zkRollup。到目前為止，Loopring協議已經歷經了3個版本：第一個版本只支持訂單簿中的DEX交易，第二個版本支持轉賬支付，第三個版本中支持AMM Swaps，而在今年9月初，Loopring協議已經正式發布了現在支持 Layer-2 NFT最新版本。此版本支持NFT在Layer-2上進行鑄造、轉賬和交易，可以降低整體Gas成本，
zkSync
zkSync與Loopring協議最大的區別在于使用的零知識證明算法不同，Loopring使用一組稱為 Groth16的算法，zkSync使用一組稱為Plonk的算法，兩種算法的本質區別在于是否有最早的初始可信設置，Loopring是必要的，其改變任何電路的行為都需要一個可信的設置，而zkSync則不需要這樣做。
Matter Labs實際上經歷了兩個版本，1.0 和2.0。2.0稱為zkPorter，1.0稱為zkSync。它們之間的主要區別在于，為了進一步減少2.0上的Gas消耗，Merkle樹和元數據交易數據不在鏈上，而是使用類似于Community POA的鏈下Proof來保存數據。
但是大家請記住，一旦元數據不在鏈上，用戶資產的安全就無法真正得到Layer 1的保障。不過這樣的系統本質上允許用戶做出自己的選擇。如果您想安全，請使用1.0，如果您想更便宜（但不太安全），請使用2.0版本zkPorter，同時，Matter Labs目前正在開發一個與EVM兼容的 zkRollup系統，它定義了一種名為Zinc的編程語言。簡而言之，Layer 2項目是最終目標是最終成為一個zkEvm。
StarkEx
另一個著名的zkRollup項目是StarkWare推出的StarkEx。
在早期，大眾對其并不看好，因為它第一次上線時聲稱它是一個zkRollup，但實際上它并沒有將應用程式的元數據上鏈，所以這樣的系統不能稱為zkRollup，所以當時V神將其命名為Validium。后來，StarkEx又被擴展到支持向鏈提交元數據的模式。所以現在也可以將StarkEx稱之為真正的 zkRollup。
StarkEx在早期定義了自己的編程語言，從一開始就想做一個具有可編程性的zkRollup系統，StarkEx定義的語言稱為Cairo，其核心思想是允許用戶用Cairo語言編寫智能合約，然后它會幫你轉換成例如EVM字節碼，然后在StarkEx的整個zkRollup系統上進行驗證和計算。
zkEVM
從上述的Layer 2協議來看，并沒有完美的Layer 2解決方案，都存在局限性，或者它們沒有數據可用性。Steve則認為，最終完全可用的Layer 2網路應該是zkEVM，
zkEVM是什么？顧名思義，只要開發者用EVM寫一個智能合約，就可以在zkRollup類型環境中直接執行這個智能合約的字節代碼。它不像現在那樣在EVM的虛擬機中執行，而是在一個叫做zkEVM的虛擬機中執行。zkEVM可以保證在字節碼執行后，zkEVM可以向Layer 1網路證明 zkEVM鏈下執行的智能合約確實被執行了。
對于zkEVM，目前的設計思路其實分為兩類。
類似于Matter Labs的Zinc和StarkWare的Cairo語言，包括另一個名為Hermez的項目，最近也提出了zkEVM。他們的核心思想是自己定義一套語言，然后把這個語言翻譯成EVM的語言。也就是說，他們會自己定義一種EVM語言，然后將EVM字節碼翻譯成自己的EVM代碼，本質上在zkEVM中執行自己的字節碼，但是，這種解決方案很可能無法實現100%的兼容性，
另一個新的解決方案是以太坊基金會正在進行的一個項目，被稱為“zkEVM”。
它的思路是直接將Solidity代碼編譯成EVM的字節碼，無需任何翻譯，在zkEVM的虛擬環境中直接執行字節碼，它的虛擬環境做了兩件最重要的事情，一是證明字節碼的執行是正確的，稱為EVM證明；二是證明世界狀態的修改是正確的，
Steve認為“zkEVM”解決方案可能是最終的Layer 2網路，
開發者只需要編寫一套EVM代碼就可以在Layer 1上運行，然后也可以在Layer 2上無縫運行，而這個方案是一個zkRollup，可以保證最終結算的即時性。當然，這個解決方案并沒有那么容易上線，Steve表示，估計再過一年左右應該就能看到一個原型，甚至第一個商業版本，
