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原文：Degate团队
编译：Agua
摘要：随着以太坊第2层生态系统的成熟，如何最好地在第2层解决方案之间互通以及实现L2与L1的通信将成为一个核心问题。我们分析了三种潜在的解决方案。
自2015年诞生以来，以太坊已经迅速成长为最活跃的区块链。从应用的丰富程度、链上资产的规模、交易量、安全性等指标来看，它是目前公有链中无可争议的王者。随着以太坊生态系统的快速发展，尤其是DeFi的蓬勃发展，原本的吞吐量严重不足。根据Etherscan.io的每日交易数据统计 ，目前以太坊每秒的交易量（TPS）约为17（如果合约操作比例较高，这个数字会更低）。几十甚至上百美元的gas费和漫长的交易等待时间已经成为限制以太坊生态系统进一步发展的主要因素。
长期以来，整个以太坊社区一直在努力解决吞吐量和高费用问题。其中一个主要的解决方案是以太坊2.0，它将大幅提高每秒的交易数量，并将在2021年底发布。例如，EIP-1559将调整交易费计费方法，这将使gas费用减少。
与此同时，一个明显的问题出现了：真的有必要让所有交易在主链上计算和处理吗？
一、Layer2简介
在一类被称为以太坊第2层（L2）的解决方案中，本应在主链或第1层（L1）处理的交易被转移到第2层（L2），然后将结果从L2转回L1进行确认。L2的理论TPS为2000-4000，已经超过了Visa每秒1700次交易的处理能力。因此，许多人认为，L2解决方案是以太坊获得主流用户的关键。
现有的L2解决方案主要有以下几类：
Optimistic Rollups ：链上数据和欺诈证明。使用这种方法的知名项目包括Optimism、Off-chain Labs Arbitrum rollup、Fuel Network。
ZK Rollups ：链上数据和零知识证明。项目包括Loopring、Starkware、Matter Labs zkSync、Aztec 2.0。
Validium ：链外数据存储和零知识证明。项目包括Starkware、Matter Labs zkPorter。
Plasma ：链外数据存储和欺诈证明。项目包括OMG Network、Polygon(Matic)、Gazelle、Leap DAO。
状态通道 ：使用这种方法的团队包括Connext、Raiden、Perun。
这里需要注意的是，侧链解决方案一般不被认为是L2解决方案，因为它们不继承L1的共识安全。
作为以太坊最可靠的扩展解决方案，Rollups正在获得市场的认可，因为它们直接继承了L1的共识机制和安全功能。Vitalik Buterin表示，rollups将是以太坊可以实现的最快的长期扩展解决方案之一。Optimistic Rollups和ZK rollups的主要区别在于，它们分别使用欺诈证明和有效性证明来保证数据的正确性。
对于rollups解决方案来说，如何将资产从L1转移到L2，然后再转回来，以及如何将资产从一个L2网络提取到另一个L2网络，是最重要的问题，负责这项工作的基础设施被称为L2桥。
二、L2桥的工作原理
为了了解L2桥的工作原理，我们研究了当前主流的解决方案，并从Optimistic和ZK解决方案中各选取了一个代表性的例子进行比较。
Arbitrum
Arbitrum协议利用其在L1和L2之间的通信能力，理论上可以在L1和L2之间以无需信任的方式转移任何形式的以太坊资产（包括以太、ERC20、ERC721等）。当把资产从L1转移到L2时，资产被存入L1的Arbitrum桥接合约，之后在L2上铸造同等数量的资产并存入指定地址。当把资产从L2转回L1时，资产在L2被销毁，之后在L1的桥接合约中会有等量的资产可用。此外，从L2赎回资产到L1时的一个关键区别是，在发送交易后，用户必须等待一段时间，才能最终在L1上被确认。这是由Optimistic rollup安全模型决定的。
值得注意的是，官方建议在L1和L2之间的通信中使用 "可重试"机制。可重试机制的工作原理大致如下：由L1向L2发起的交易首先被存储在收件箱中，其中包括交易参数，如调用数据、调用值、gas信息等。如果万一该交易第一次执行失败，它将被放在L2的 "重试缓冲区"，这意味着在一个时期内（通常是一个星期左右的时间），任何人都可以通过再次执行该交易来赎回资产。从L2到L1的重试交易没有时间限制，可以在争议期结束后的任何时间进行。
这个机制是为了处理这样的情况：用户希望将代币从L1存入L2，首先将代币存入L1的桥接合约中，并在L2上创建相同数量的代币。假设L1上的交易已经完成，但L2上的交易由于费用不足而失败。这就导致了一个严重的问题：用户在L1上的代币被转移，但在L2上没有收到代币，实际上被锁定在L1合约中。有了可重试的机制，用户（或其他任何人），可以用足够的费用重新执行交易，最终在一周内收到L2上的代币。
以下是Arbitrum桥接的基本步骤：
L1->L2
用户从L1发起一个入金交易
资产被存入L1合约，交易被批量存入收件箱。
交易在L2执行，所投资产被转移到指定地址
如果交易失败，它将被存入L2的重试缓冲区，用户可以在一个争议期内发起重试。
L2 -> L1
一个用户在L2上发起一个提款交易
L2将一定时期内收集的交易打包，生成Merkle树，并将根节点作为OutboxEntry公布在L1的Outbox中。
用户或任何人都可以对根节点和交易信息进行Merkle验证。
在争议期过后，用户可以在L1中完成交易，如果交易失败，用户可以发起重试
zkSync
在桥接实现方面，zkSync和Arbitrum的主要区别在于，提款时，交易的验证是基于零知识证明，而不是防欺诈，基本步骤为如下。
L2 →L1
用户在L2发起提款交易：将交易数据编码为字节串，用正确的zkSync私钥签署字节串，为交易生成以太坊签名或提供EIP-1271签名，并通过相应的JSON RPC方法发送该交易。
将交易发送到L1：交易进入zkSync的区块，并发布到L1上的zkSync智能合约。
验证区块：几分钟后，将生成证明区块正确性的ZK证明，并通过验证交易发布到L1，直到验证交易和提款交易完成。
正如你所看到的，zk Rollup方案在退出时间方面优于Optimistic Rollup方案。然而，由于zk Rollup需要时间来实现与EVM的完全兼容，预计在不久的将来，Optimistic Rollup仍将成为主流的L2方案。因此，一些团队已经着手使用第三方桥梁来解决Optimistic Rollup的退出时间长的问题，并带来更好的用户体验。
DeGate Bridge的目标是帮助在Rollup生态系统的早期阶段最大限度地降低以太坊资产迁移的门槛，并为基于以太坊Rollup第二层基础设施的应用程序服务。我们认为，在这个阶段的基础设施中，一个好的、足够的流动性解决方案需要具备以下几点。
首先 ，能够通过基于市场的方式自动调整不同层的流动性分配。
第二 ，一个零资本冻结的非预付解决方案，以最大限度地提高资本效率。
第三 ，最小的gas消耗和最佳的用户体验也是必不可少的。
DeGate Bridge以现有的稳定币AMM曲线和交易市场为基础，并对其进行优化，以实现快速的跨资产转移。由于目前服务于L2的预言机存在缺陷，DeGate Bridge的第一阶段将采用集中托管的方式实施。当以太坊L2上有成熟的预言机时，DeGate Bridge将转为去中心化的资产桥接方式。
三、L2桥解决方案对比
在本节中，我们将对其他Bridge和DeGate Bridge在实际生产或测试网络中进行实际测试，看一下以下指标。
上下桥的gas费。
上下桥的即时性。
操作的复杂性。
在测试中，我们使用了ERC20代币，而不是ETH（不需要批准，费用更便宜），我们假设ETH价格为4000美元，gas价格为100Gwei。
在我们的比较中，结果如下。
在这次比较中，我们注意到以下几点。
Optimism (SNX)：提款操作集合了多笔交易，计算方法是将总费用除以交易数量。
Arbitrum (Testnet)：第2层费用不包括在内，只计算第1层交易的gas费用。
zkSync：在第2层以多个代币支付费用，大概的费用是根据到达第1层的交易来计算的。
DeGate Bridge：在第2层以多个代币支付费用，并从第1层到达的交易中计算出近似的成本。
比较结果表明：
有效性：Optimistic rollup（包括Optimism和Arbitrum）一般需要2天到1周的时间才能下桥，表现不佳，而DeGate Bridge的表现更好，即时性强。
GAS费：Optimism消耗的gas费最多，而DeGate Bridge消耗的费用最少，特别是节省了验证费。
操作的复杂性：DeGate Bridge更方便用户使用，因为它允许直接交易，无需批准。
四、结论与展望
在这次对各种Ethereum Layer 2 Bridge解决方案的比较中，我们展示了不同解决方案的可行性、优势和劣势。我们相信Layer2和Ethereum 2.0将有机会成为Ethereum的第二条增长曲线，让它演变成一个可以承载数万亿美元资产的经济 "带宽"。作为新兴区块链基础设施的一部分，L2桥将在这一过程中发挥重要作用，而DeGate将继续在这一重要而令人兴奋的前沿技术领域进行探索。
