• 为什么要扩容（以太坊）？

  由于以太坊上的交易，除了最后的交易结果，中间还包含着大量的交易过程，而这些交易过程可能是非常复杂的，并且他们的计算和存储都是在以太坊的链上来进行，伴随着现今以太坊的告诉发展，大规模去中心化应用的出现，Defi热潮、2021年NFT的火爆，越来越多的人在以太坊上做交易，然而，以太坊每秒只能处理不到20笔交易（TPS），最终导致了两个核心的痛点问题：

  1. 交易效率低，TPS低

  2. 交易 Gas Fee 高

  通过对以太坊进行扩容，可以一定程度上解决这两个问题，但目前来看，扩容方案五花八门，具体哪些更好，或者更有效呢？

• 扩容方案有哪些？

  • Layer 1 （L1）扩容：方式是改进公链本身以提升性能，包括增加区块大小、分片技术和隔离见证，可以有效提升交易处理能力，即链上扩容；

  💡 链上扩容这种方式虽然比较直接，但是是要对主链直接动手术，修改基础规则，包括区块大小，共识机制。好不容易实现了扩容，更高性能需求的应用场景又出现了，需要不断地超越自己。而且，因为所有交易仍然需要这个分布式系统中进行数据同步，整个网络的性能瓶颈会取决于其中单台服务器的处理性能。所以，通常会认为链上扩容方案在性能上会存在难以逾越的天花板。**即“不可能三角”问题：安全性、去中心化、可扩展性。为了保证区块链的安全性和去中心化的核心特点，牺牲掉了可扩展性。**所以为了解决这个不可能三角问题，Layer 2来了。

  • Layer 2(L2) 扩容：不直接改动主链的区块链规则，而是构建一个链下的二层，即 Layer 2 ，只将必要信息，或需要共识参与时才与主链进行信息交互，以此来分担主链的压力，因为扩容本质上没有发生在主链上，因此被称为链下扩容。

    • 主流链下扩容方案

      1. 侧链：本质上不属于以太坊 Layer 2，比如Polygon，它与以太坊的兼容性源于它们支持 EVM。因此，可以扩展通用应用程序，可以作为以太坊的外部执行层，但侧链是独立的区块链，具有自己的区块参数和共识模型，这就会导致一个问题，虽然在侧链上可以一定程度上解决交易手续费和TPS低的问题，但侧链并没有直接继承以太坊的安全性保障，同时存在回滚等危险。

      2. Plasma：是一种以太坊区块链副本框架，称为子链。可以在这些Layer2区块中处理成千上万笔交易，并捆绑为一笔单一交易。Plasma可以有许多层，因此可以无限地拥有下级子链。子链是无信任和非托管的链，用户可以控制其资金。这意味着，如果发生错误或被黑客攻击，用户可以引用Plasma链的最新正确快照以恢复状态并找回其代币。但由于采用的欺诈证明的扩容方式，用户提现会有较长的验证期，同时支撑EVM欠佳，扩展性较差。

      3. 状态通道：状态通道是一种由多签智能合约支撑的链下扩容方案。在状态通道网络中，允许用户进行多次链下交易，而仅向以太坊提交两次交易，开始的和结束的，解决了要在链上验证多笔交易的每一步，提升了效率和节约了手续费，但同样存在支撑EVM程度欠佳，以及不适用于单次交易的情况。

      4. Validium：Validiums 的运作方式依赖于零知识证明来批处理和执行交易。但它是把交易数据存储在链下。在一定程度上使这种方案具有托管的性质。同侧链一样，没有继承以太坊的安全性保障。以及支持EVM的程度上欠佳。

      5. Rollup：是一种可扩展性解决方案，通过在其自己的执行层上面执行交易，并将交易数据进行压缩打包后发布到以太坊上。通过这种方式，Rollups 链直接继承了以太坊的安全性保障。当前有两种类型的 Rollup：ZK-Rollup和 Optimistic Rollup。

         1. ZK-Rollup通过使用零知识证明证明交易的有效性，将许多笔链下交易打包形成一笔可验证的交易批次。然后，这些较小的加密证明将被有效地发布到以太坊 L1 上面。简单来说就是，链下执行 + 通过零知识证明证明有效性后提交链上数据 = ZK-Rollups。

         2. Optimistic Rollup也是将许多交易打包以批次的方式提交至以太坊链上，但这种方案并不使用零知识证明来证明交易的有效性：Optimistic Rollups “乐观地”假设了交易的有效性，除非通过所谓的“欺诈证明”成功地挑战了交易的有效性。简单来说就是，链下执行 + 链上数据 + 欺诈证明 = Optimistic Rollups。

      总结来说，就是这些链下扩容方案中要么无法继承以太坊主网的安全性，要么就是无法兼容EVM，导致兼容扩展性差。其中关注的最核心问题，自然是资金的安全性问题，而最终选来选去，Rollup 是唯一不需要用户做出额外的信任或活性假设的 Layer2 可扩展性解决方案。Rollup 是唯一可以保证用户高枕无忧的 Layer 2 可扩展性方案，因为资金出口被以太坊 Layer 1 牢牢控制住了。

      而关于EVM的兼容问题，迁移到 Layer 2 扩展方案上需要对钱包、预言机、dApp 和用户习惯的巨大变更。而 Optimistic Rollup方案能够兼容 EVM，短期内更容易落地具有更强的可移植性，而ZK Rollup 在安全性和性能方面虽然取得比较好的权衡，但现阶段对 EVM 的兼容较差。项目移植成本较高，这也是为什么现在Arbitrum在Layer 2赛道中处于头部项目的主要原因之一。

💡 Arbitrum的核心要义

• 与以太坊兼容，支持Dapp的友好开发

• 让尽可能多的交易行为在以太坊链下执行

• 无需信任，欺诈证明，单步证明（多轮互动）

• 官网：https://arbiscan.io/

• 浏览器：https://explorer.arbitrum.io/

• Twitter：@arbitrum

• 官方文档：https://developer.offchainlabs.com/docs/developer_quickstart

• 简介

  Arbitrum是基于Optimistic Rollup技术方案的以太坊二层扩容解决方案。其建立在以太坊上，利用L1、L2之间的通信能力，理论上可以无须信任的将任意形式的以太坊资产在一层和二层之间转移。

  虽然Arbitrum的交易仍然在以太坊上进行，但由于Arbitrum只将原始交易数据提交到以太坊，执行和合约存储则发生在链下，所以相比以太坊主网，Arbitrum花费的GAS费非常少。

  同时其完全支持EVM，具备非常好的扩展性，对Dapp开发者很友好，无需修改代码，具备无缝衔接的移植体验。

• 基础架构

Arbitrum系统的核心结构包括：

EthBridge：L1上的智能合约，主要负责管理inbox、outbox、Rollup三个组件；

inbox：用于接收在L2上的做的任何一笔交易等，每笔交易都是首先进入inbox，然后通过inbox提交至L2上，同时由于Arbitrum存在序列器的原因，所以inbox又分为快inbox和慢inbox，也就是说，如果普通节点或聚合器打包的数据提交，走的是慢inbox，通过序列器提交的会进入快inbox，但是由于序列器现阶段是中心化运营，存在一定争议，所以用户可自主选择是使用普通节点聚合器还是序列器。

outbox：用于接收从L2上返回的处理信息，结果数据。

Rollup：Arbitrum的核心，包含Rollup协议及挑战机制等。

AVM: Arbitrum虚拟机，实现了虚拟机硬件和指令集

ArbOS: AVM上运行的Arbitrum操作系统

EVM模拟器：ArbOS上运行的EVM模拟器,同时EVM模拟器上可以运行EVM智能合约，由于其完全兼容以太坊EVM，支持任何EVM语言（vyper、YUL+ 等），让其他以太坊生态的Dapp、钱包、工具等可以低成本移植，这也是Arbitrum与Optimism相比，虽然两者同样使用的是Optimistic Rollup技术范式，但Optimism并非100%兼容EVM，这是导致二者差距的主要原因之一。

• 用户角色

  1. 普通节点：就是普通节点

  2. 聚合器：可以把大家的交易打包提交，即有聚合能力的普通节点

  3. 序列器：具备聚合器的能力，可以对交易进行排序，是官方中心化运营的，好处是可以更高效的快速处理交易信息。

  4. 验证者：anytrust Guarantee。负责提出Rollup区块断言（DA）。

• Rollup协议与挑战机制

Arbitrum本质上是把所有交易所涉及的运算和存储放在其链上来进行的，即以太坊链下进行。然后定期会把这些交易状态打包并通过哈希运算后向以太坊发送一个哈希值，作为链上记录。然后通过Arbitrum协议的中的验证人角色，如果验证人需要在链上进行记录，则就需要在以太坊链上发送一个断言（DA），并存一笔保证金。当验证人把断言发送到链上，会有一段时间任何人都可以提出自己的质疑。如果有人不同意就会有挑战，挑战获胜者会获得一半的保证金，另一半则会被销毁。每发起的一个断言的挑战期限大约是7天，这也是导致Arbitrum提现很慢的主要原因。挑战的解决机制主要是通过单步证明（多轮互动）的方式来实现的，就是通过把整个断言进行不断分割，直到找到有争议的最关键的那一步，再有以太坊合约来决定这一步是否正确。如下图

• 团队背景

Arbitrum 的开发团队为 OffchainLabs，它最初是在普林斯顿大学的一个学术项目，联合创始人 Ed Felten ，是普林斯顿大学计算机科学领域的教授，2014年，他带一些学生做出了Arbitrum的第一版，其中的两个学生是Steven和Hary,现在这俩人分别是Arbitrum的CEO和联合创始人

• 融资情况

Pantera领投，Compound VC、Coinbase Ventures参投

• 市场份额

• Arbitrum生态

Arbitrum Beta 主网于 2021 年 5 月推出，随后于 2021 年 8 月推出主网，并于 2022 年第一季度提供侧链支持。目前在 Arbitrum 上运行的 DApp 超过 80 个。据 Arbiscan 称，截至 2022 年 6 月，Arbitrum 拥有超过 720,000 个独立地址，并且正在快速增长。每天处理 50,000 到 100,000 笔交易，Arbitrum 锁定的总价值接近 15 亿美元。

• 虽然Arbitrum在现阶段可能是最好的L2解决方案，但依然没有从根本上解决扩容问题，当用户交易量较大时，依然存在gas fee 过高的问题，可能只有在以太坊升级PoS后，以及采用分片后，才会从根本上解决部分问题

• 现在市面上众多的L2扩容方案中，单独解决效率和gas fee高的问题是一方面，只有在真正做到EVM兼容，可能才会有更大的市场前景

• ZK-Roolup,可能在解决了针对复杂交易流程的零知识证明的效率问题以及EVM兼容问题后，前景可能要远好于Optimistic Rollup，终归由于技术方式导致提现等操作的等待时间太久了

• 为什么要扩容（以太坊）？

  由于以太坊上的交易，除了最后的交易结果，中间还包含着大量的交易过程，而这些交易过程可能是非常复杂的，并且他们的计算和存储都是在以太坊的链上来进行，伴随着现今以太坊的告诉发展，大规模去中心化应用的出现，Defi热潮、2021年NFT的火爆，越来越多的人在以太坊上做交易，然而，以太坊每秒只能处理不到20笔交易（TPS），最终导致了两个核心的痛点问题：

  1. 交易效率低，TPS低

  2. 交易 Gas Fee 高

  通过对以太坊进行扩容，可以一定程度上解决这两个问题，但目前来看，扩容方案五花八门，具体哪些更好，或者更有效呢？

• 扩容方案有哪些？

  • Layer 1 （L1）扩容：方式是改进公链本身以提升性能，包括增加区块大小、分片技术和隔离见证，可以有效提升交易处理能力，即链上扩容；

  💡 链上扩容这种方式虽然比较直接，但是是要对主链直接动手术，修改基础规则，包括区块大小，共识机制。好不容易实现了扩容，更高性能需求的应用场景又出现了，需要不断地超越自己。而且，因为所有交易仍然需要这个分布式系统中进行数据同步，整个网络的性能瓶颈会取决于其中单台服务器的处理性能。所以，通常会认为链上扩容方案在性能上会存在难以逾越的天花板。**即“不可能三角”问题：安全性、去中心化、可扩展性。为了保证区块链的安全性和去中心化的核心特点，牺牲掉了可扩展性。**所以为了解决这个不可能三角问题，Layer 2来了。

  • Layer 2(L2) 扩容：不直接改动主链的区块链规则，而是构建一个链下的二层，即 Layer 2 ，只将必要信息，或需要共识参与时才与主链进行信息交互，以此来分担主链的压力，因为扩容本质上没有发生在主链上，因此被称为链下扩容。

    • 主流链下扩容方案

      1. 侧链：本质上不属于以太坊 Layer 2，比如Polygon，它与以太坊的兼容性源于它们支持 EVM。因此，可以扩展通用应用程序，可以作为以太坊的外部执行层，但侧链是独立的区块链，具有自己的区块参数和共识模型，这就会导致一个问题，虽然在侧链上可以一定程度上解决交易手续费和TPS低的问题，但侧链并没有直接继承以太坊的安全性保障，同时存在回滚等危险。

      2. Plasma：是一种以太坊区块链副本框架，称为子链。可以在这些Layer2区块中处理成千上万笔交易，并捆绑为一笔单一交易。Plasma可以有许多层，因此可以无限地拥有下级子链。子链是无信任和非托管的链，用户可以控制其资金。这意味着，如果发生错误或被黑客攻击，用户可以引用Plasma链的最新正确快照以恢复状态并找回其代币。但由于采用的欺诈证明的扩容方式，用户提现会有较长的验证期，同时支撑EVM欠佳，扩展性较差。

      3. 状态通道：状态通道是一种由多签智能合约支撑的链下扩容方案。在状态通道网络中，允许用户进行多次链下交易，而仅向以太坊提交两次交易，开始的和结束的，解决了要在链上验证多笔交易的每一步，提升了效率和节约了手续费，但同样存在支撑EVM程度欠佳，以及不适用于单次交易的情况。

      4. Validium：Validiums 的运作方式依赖于零知识证明来批处理和执行交易。但它是把交易数据存储在链下。在一定程度上使这种方案具有托管的性质。同侧链一样，没有继承以太坊的安全性保障。以及支持EVM的程度上欠佳。

      5. Rollup：是一种可扩展性解决方案，通过在其自己的执行层上面执行交易，并将交易数据进行压缩打包后发布到以太坊上。通过这种方式，Rollups 链直接继承了以太坊的安全性保障。当前有两种类型的 Rollup：ZK-Rollup和 Optimistic Rollup。

         1. ZK-Rollup通过使用零知识证明证明交易的有效性，将许多笔链下交易打包形成一笔可验证的交易批次。然后，这些较小的加密证明将被有效地发布到以太坊 L1 上面。简单来说就是，链下执行 + 通过零知识证明证明有效性后提交链上数据 = ZK-Rollups。

         2. Optimistic Rollup也是将许多交易打包以批次的方式提交至以太坊链上，但这种方案并不使用零知识证明来证明交易的有效性：Optimistic Rollups “乐观地”假设了交易的有效性，除非通过所谓的“欺诈证明”成功地挑战了交易的有效性。简单来说就是，链下执行 + 链上数据 + 欺诈证明 = Optimistic Rollups。

      总结来说，就是这些链下扩容方案中要么无法继承以太坊主网的安全性，要么就是无法兼容EVM，导致兼容扩展性差。其中关注的最核心问题，自然是资金的安全性问题，而最终选来选去，Rollup 是唯一不需要用户做出额外的信任或活性假设的 Layer2 可扩展性解决方案。Rollup 是唯一可以保证用户高枕无忧的 Layer 2 可扩展性方案，因为资金出口被以太坊 Layer 1 牢牢控制住了。

      而关于EVM的兼容问题，迁移到 Layer 2 扩展方案上需要对钱包、预言机、dApp 和用户习惯的巨大变更。而 Optimistic Rollup方案能够兼容 EVM，短期内更容易落地具有更强的可移植性，而ZK Rollup 在安全性和性能方面虽然取得比较好的权衡，但现阶段对 EVM 的兼容较差。项目移植成本较高，这也是为什么现在Arbitrum在Layer 2赛道中处于头部项目的主要原因之一。

💡 Arbitrum的核心要义

• 与以太坊兼容，支持Dapp的友好开发

• 让尽可能多的交易行为在以太坊链下执行

• 无需信任，欺诈证明，单步证明（多轮互动）

• 官网：https://arbiscan.io/

• 浏览器：https://explorer.arbitrum.io/

• Twitter：@arbitrum

• 官方文档：https://developer.offchainlabs.com/docs/developer_quickstart

• 简介

  Arbitrum是基于Optimistic Rollup技术方案的以太坊二层扩容解决方案。其建立在以太坊上，利用L1、L2之间的通信能力，理论上可以无须信任的将任意形式的以太坊资产在一层和二层之间转移。

  虽然Arbitrum的交易仍然在以太坊上进行，但由于Arbitrum只将原始交易数据提交到以太坊，执行和合约存储则发生在链下，所以相比以太坊主网，Arbitrum花费的GAS费非常少。

  同时其完全支持EVM，具备非常好的扩展性，对Dapp开发者很友好，无需修改代码，具备无缝衔接的移植体验。

• 基础架构

Arbitrum系统的核心结构包括：

EthBridge：L1上的智能合约，主要负责管理inbox、outbox、Rollup三个组件；

inbox：用于接收在L2上的做的任何一笔交易等，每笔交易都是首先进入inbox，然后通过inbox提交至L2上，同时由于Arbitrum存在序列器的原因，所以inbox又分为快inbox和慢inbox，也就是说，如果普通节点或聚合器打包的数据提交，走的是慢inbox，通过序列器提交的会进入快inbox，但是由于序列器现阶段是中心化运营，存在一定争议，所以用户可自主选择是使用普通节点聚合器还是序列器。

outbox：用于接收从L2上返回的处理信息，结果数据。

Rollup：Arbitrum的核心，包含Rollup协议及挑战机制等。

AVM: Arbitrum虚拟机，实现了虚拟机硬件和指令集

ArbOS: AVM上运行的Arbitrum操作系统

EVM模拟器：ArbOS上运行的EVM模拟器,同时EVM模拟器上可以运行EVM智能合约，由于其完全兼容以太坊EVM，支持任何EVM语言（vyper、YUL+ 等），让其他以太坊生态的Dapp、钱包、工具等可以低成本移植，这也是Arbitrum与Optimism相比，虽然两者同样使用的是Optimistic Rollup技术范式，但Optimism并非100%兼容EVM，这是导致二者差距的主要原因之一。

• 用户角色

  1. 普通节点：就是普通节点

  2. 聚合器：可以把大家的交易打包提交，即有聚合能力的普通节点

  3. 序列器：具备聚合器的能力，可以对交易进行排序，是官方中心化运营的，好处是可以更高效的快速处理交易信息。

  4. 验证者：anytrust Guarantee。负责提出Rollup区块断言（DA）。

• Rollup协议与挑战机制

Arbitrum本质上是把所有交易所涉及的运算和存储放在其链上来进行的，即以太坊链下进行。然后定期会把这些交易状态打包并通过哈希运算后向以太坊发送一个哈希值，作为链上记录。然后通过Arbitrum协议的中的验证人角色，如果验证人需要在链上进行记录，则就需要在以太坊链上发送一个断言（DA），并存一笔保证金。当验证人把断言发送到链上，会有一段时间任何人都可以提出自己的质疑。如果有人不同意就会有挑战，挑战获胜者会获得一半的保证金，另一半则会被销毁。每发起的一个断言的挑战期限大约是7天，这也是导致Arbitrum提现很慢的主要原因。挑战的解决机制主要是通过单步证明（多轮互动）的方式来实现的，就是通过把整个断言进行不断分割，直到找到有争议的最关键的那一步，再有以太坊合约来决定这一步是否正确。如下图

• 团队背景

Arbitrum 的开发团队为 OffchainLabs，它最初是在普林斯顿大学的一个学术项目，联合创始人 Ed Felten ，是普林斯顿大学计算机科学领域的教授，2014年，他带一些学生做出了Arbitrum的第一版，其中的两个学生是Steven和Hary,现在这俩人分别是Arbitrum的CEO和联合创始人

• 融资情况

Pantera领投，Compound VC、Coinbase Ventures参投

• 市场份额

• Arbitrum生态

Arbitrum Beta 主网于 2021 年 5 月推出，随后于 2021 年 8 月推出主网，并于 2022 年第一季度提供侧链支持。目前在 Arbitrum 上运行的 DApp 超过 80 个。据 Arbiscan 称，截至 2022 年 6 月，Arbitrum 拥有超过 720,000 个独立地址，并且正在快速增长。每天处理 50,000 到 100,000 笔交易，Arbitrum 锁定的总价值接近 15 亿美元。

• 虽然Arbitrum在现阶段可能是最好的L2解决方案，但依然没有从根本上解决扩容问题，当用户交易量较大时，依然存在gas fee 过高的问题，可能只有在以太坊升级PoS后，以及采用分片后，才会从根本上解决部分问题

• 现在市面上众多的L2扩容方案中，单独解决效率和gas fee高的问题是一方面，只有在真正做到EVM兼容，可能才会有更大的市场前景

• ZK-Roolup,可能在解决了针对复杂交易流程的零知识证明的效率问题以及EVM兼容问题后，前景可能要远好于Optimistic Rollup，终归由于技术方式导致提现等操作的等待时间太久了