全景式解讀執行層：EVM一枝獨秀，業務能力為成敗關鍵

導語：區塊鏈中的執行層在多年技術發展下，擴展性不再成為主要矛盾，而業務開發和吸引有趣應用程序的能力似乎成了項目成敗的關鍵因素。

介紹

在過去的一年裡，執行層變得越來越擁擠。雖然將 Rollup 作為一種擴展解決方案已經有一段時間了，但採用才剛剛開始。在過去的一個月里，Rollup 合約消耗的 Gas 占以太坊 Gas 總支出的 10% 以上。

Arbitrum 和 Optimism 的吸引力，以及 zkSync、Starknet 等預期推出的產品，加快了新執行層構建的速度。自 2018 年以來，有超過 20 億美元的風投資金進入了這一領域。該領域目前有幾十個項目正在建設，因此跟蹤這些項目變得越來越有挑戰性。此外，隨著最近將 rollup SDKs/rollup 作為服務提供商的趨勢出現，這種情況更加嚴重。

要點

- 從長遠來看，證明機制將是一個越來越注重細節的工作：

在豐富的區塊空間中，有效性證明（zk）執行層相對於欺詐證明（optimistic）執行層的優勢變得不那麼明顯。optimistic 的設計可能會出奇地好。

如果/當 zk 變得更好時，optimistic 系統可以將欺詐證明換成有效性證明。

- 隨著狀態增長不再是瓶頸，執行將成為新的瓶頸。這為改進執行設計提供了機會。從長遠來看，執行設計可能是主要的差異化因素。部署架構將取決於經濟偏好。更多的主權 -> 更多的價值捕獲 -> 更少的可組合性。

- Rollup 框架和服務提供商將導致大量的執行層。

- 預計隨著技術變得更加成熟，執行層的設計空間可能會得到鞏固。

- 剩下的問題：排序器去中心化、跨 Rollup atomicity、ZK 證明效率、可持續代幣模型。

- 從投資者的角度來看，執行層市場的長期贏家可能已經獲得了資金。

- 就技術和採用而言，Arbitrum 是現今該類別領導者。Optimism 在吸引團隊加入他們的 OP Stack 方面非常出色——最引人注目的是 Coinbase 創建了自己的 Rollup：Base。

- 長期成功的關鍵，將是建立強大的開發人員和用戶社區的能力，這比任何技術細節更重要。

下面會深入探討其中的每一點，首先從如何細分目前的市場開始。

細分市場

通常，執行層根據證明機制來區分，要麼通過欺詐證明的「Optimistic」，或通過有效性證明的「零知識」。下面將探討兩者區別，並解釋為什麼從長遠來看出現會有更重要的區別：即虛擬機 (VM) 設計和部署架構。

證明機制

在討論執行層時，引起注意的主要區別是 Optimistic rollups (ORs) 和 zk-rollups (zkRs)。Optimistic rollups 使用欺詐證明系統來確保鏈下計算的正確性，而 zk-rollups 使用有效性證明來保證鏈下處理數據的準確性。

欺詐證據：

- 一個行為或交易發生在一個去中心化的系統中。

- 網路中的一個參與者（或一組參與者）聲稱此行為或交易無效。

- 如有爭議，參與者可提供支持其主張的「證據」。這種證明通常是一小部分數據，可以很容易地被其他網路參與者檢查。

- 其他網路參與者可以獨立驗證證明的正確性，而無需儲存或處理整個區塊鏈。

- 如果發現證據有效，則該行為或交易被視為欺詐，網路將採取適當的行動（例如，懲罰欺詐者或撤銷交易）。

有效性證明：

- 一個行為或交易發生在一個去中心化的系統中。

- 負責行為或交易的參與者創建有效性證明，這是一種加密證明，可以在不泄露任何不必要資訊的情況下證明行為或交易的正確性。

- 有效性證明與行為或交易一起提交給網路。

- 然後其他網路參與者可以獨立驗證有效性證明的正確性。這個過程通常涉及檢查證明的數學屬性，而不必處理整個區塊鏈。

- 如果發現有效性證明是正確的，則該行為或交易被認為是有效的，並且可以被包含在區塊鏈中。如果證明無效或未提供證明，則該行為或交易將被拒絕。

關鍵的區別在於，欺詐可證明系統依賴於一個假設，即總是存在至少一個誠實的驗證者/排序器來捕獲欺詐活動，而有效性可證明系統從一開始就拒絕欺詐交易。有效性驗證的系統通常被認為更安全，因為它們不依賴於任何信任假設。然而，有效性證明需要花費大量時間進行更複雜的計算，並且所需的基礎設施非常昂貴。隨著 zkSync 最近開源了他們的代碼庫，運行證明程序的規範也公開了。推薦的最低級別選項，是擁有超過 40 GB vram 的 GPU 系統。在谷歌 Cloud 上每月花費約 6000 美元，這使得它不適合大規模的去中心化。下面進一步詳細探討每種方法的優缺點。

今天擴展區塊鏈的主要挑戰是，如何在不增加中心化程度的的情況下，控制狀態增長速度。任何吞吐量的增加都會導致更快的狀態增長，從而導致運行網路的成本增加和中心化問題。zk rollups（zkRs）在這種環境中具有優勢，因為它們只需要將證明數據發布到基礎層，從而允許在給定數量的區塊空間中包含更多交易。然而，隨著區塊空間瓶頸的解決（EIP-4844 ，新的數據處理服務），optimistic rollups（ORs）在可擴展性方面可能會趕上甚至超過 zkRs。這是因為 zkRs 仍然需要昂貴的驗證基礎設施。隨著區塊空間變大，OR 可以更少地擔心數據發布的成本，並最大限度地提高吞吐量。zkRs 也能利用區塊空間變大，但程度較小。另外，運行有效性證明程序總是會有開銷。

雖然有效性機制是當下重要的技術話題，但從長遠來看，它很可能是一個實施細節問題。執行層將集中於為其用例提供最少權衡的系統。此外，一旦 zk 的證明時間/大小下降，現今運行在欺詐證明上的項目將能夠證明其虛擬機的有效性。例如，Optimism 可以通過有效性證明提供的 mips 成為一個 zk Rollup。然而，就目前的證明系統狀態而言，由於所需證明的規模，短期內可能成本太高。證明大小由虛擬機支持的低級操作碼決定。像 Fuel 這樣的系統可能更適合有效性證明，因為指令集的設計在某些方面比 mips 更簡單。無論哪種情況，關鍵是如果/當 zk 變得更加優越時，欺詐系統將能夠切換。這些團隊將面臨的主要劣勢是缺乏 zk 方面的專業知識，但隨著空間變得更加標準化和基礎設施的優化，這將不再是一個問題。

作者 ELI NUSS 的觀點是，從長遠來看，證明系統不會像今天經常描繪的那樣成為關鍵的差異化因素。但在這篇文章中，將繼續考慮兩者的差異。

虛擬機設計

一個關鍵的區別在於虛擬機本身。迄今為止，智能合約執行的主要軟體環境一直是 EVM。圍繞 Solidity 建立的開發者社區非常強大，占部署的絕大多數智能合約。正如預料的那樣，這導致大多數新 Rollup 和執行層都是圍繞 EVM 構建。Optimism 和 Arbitrum 都實現了迭代，Scroll、zkSync、Polygon 和其他公司的團隊正在競相部署第一個 zkEVM。

這種方法的明顯好處是與現有的智能合約應用程序兼容，並且可供多數智能合約開發人員和用戶社區訪問。在幣安智能鏈、雪崩等鏈中，已經有一個明顯的例子。在優化與現有智能合約的兼容性時，這些以太坊替代方案能夠利用以太坊可擴展性差的缺點，迅速吸引以太坊鏈上的應用程序。事實上，這在 Arbitrum 和 Optimism 等早期 L2 上也有所體現。幾乎每個主要的以太坊應用程序都部署了 Arbitrum 和 Optimism。

但是，使用 EVM 存在重大缺陷。按照設計，EVM 不能並行執行事務。在給定時間段內，對於嘗試擴展可運行的事務數量的 L2 來說，吞吐量存在上限。到目前為止，這還不是一個主要問題，因為主要的瓶頸仍然是狀態增長。但隨著區塊空間變得越來越大，執行架構將成為更多的瓶頸。

Starkware、Fuel 和其他公司選擇構建在可以提供比 EVM 高得多的吞吐量的新系統。

多年來圍繞 EVM 建立起來的網路效應，使得這些新系統中的任何一個都不太可能超越它。正如 2022 年 Electric Capital 開發者報告中所寫，以太坊無疑是最活躍的開發者社區。因此，使用 EVM 的執行層將在未來發揮重要作用。

然而，隨著狀態增長瓶頸得到緩解，對更高性能執行層的需求愈加明顯。最近來自 Stylus 的 Arbitrum 公告強調了替代目前執行設計的需求。從長遠來看，可能會有一些替代虛擬機類別的領導者，達到與其他流行的虛擬機相似的規模。

部署架構

最後一個值得理解的區別是執行層部署方式的配置。如前所述，迄今為止最常見的架構是以太坊上的 L2 智能合約。一般來說，這些執行層屬於主權範圍。一方面，你有固定的 Rollups，另一方面，你有主權鏈/Rollups，這些設計的定義是相當有爭議的，但為了這篇文章的目的，將使用 Polynya 的分類系統。

Enshrined rollups：這些 Rollups 在協議級別集成上，不依賴智能合約或治理。這是它們在 L1 級別提供 Rollup 的技術優勢。缺點是升級可能會很慢，因為它們與底層區塊鏈的共識過程相關聯。截至目前，Tezos 是唯一朝着這個方向發展的協議。

Regular rollups：這些 Rollups 的安全性，依賴於部署在去中心化鏈（例如以太坊）上的智能合約。它們繼承了底層區塊鏈的安全性，但可以通過 Rollup 的治理進行升級。包括 Arbitrum 和 Optimism。

Validium：它不是 Rollup 而是一個執行層，在外部鏈上結算證明，同時使用不同的外部鏈處理數據。如果有效性得到證明，則此構造稱為 Validium。例如 ImmutableX 和 Sorare。

Optimistic chains：這些鏈的操作類似於 Validiums，因為它們使用外部鏈來儲存數據。此外，還有一種回滾機制，即使一個（或兩個）驗證者不同意，鏈也會回滾到 Rollup 中。

Sovereign rollups：這些 Rollups 自行解決，只使用數據可用性層的數據和排序。所有其他邏輯都在 Rollup 的主權之下。這導致了與 L1 最相似的體驗，主要區別在於 DA 的發布方式。有許多項目計劃構建 Sovereign rollups，尤其是 Celestia 生態系統中的項目。

這些執行層的設計在安全性、可升級性和與底層區塊鏈的集成方面進行了不同權衡。一般來說，更多的主權意味著對性能或自主權的限制更少，但會在可升級性和安全性方面引入新的風險。安全和可組合性也可能會更加複雜。較少的主權通常意味著相反的情況。也許最重要的權衡是經濟方面的考慮。作者 ELI NUSS 的觀點是，執行層的主權越強，價值就越流向該代幣。不太清楚的是，Regular rollups 的代幣如何產生價值或者是否真正需要代幣。

根據項目或應用程序的具體要求，開發人員將不得不選擇最合適的 Rollup 類型，以在安全性、去中心化和可擴展性以及經濟偏好之間實現他們想要的平衡。同樣重要的是要注意，其中大部分仍然是理論上的。迄今為止，幾乎只看到 Regular rollups 有實際進展。在接下來的幾個月/幾年裡，情況應該會變得更加清晰。

執行框架/服務

正如預期的那樣，區塊鏈領域的模塊化趨勢已經產生了許多 rollup SDK/框架和 rollup- As -a-service 提供商。在這一領域建設的公司僅在 2022 年就籌集了 5000 多萬美元。這些解決方案都有一個共同的目標，即顯著簡化創建新執行層的過程。他們的目標是簡化執行層的開發，類似於 Cosmos SDK 和 Substrate 如何促進第 1 層區塊鏈的創建。其願景與應用鏈理論非常相似，但這些應用鏈不依賴於構建 L1 基礎設施，而是可以從現有 L1 繼承安全性。正如 Celestia 的 Mustafa 所強調的，理解 Rollup 框架和 rollup- As -a-service 之間的區別非常重要。

框架指的是可以重複使用，用來構建自己 rollup 的軟體。服務、協助 rollup 的部署和實際運行。理解這一點的一個很好的例子是 OP Stack 和 Conduit。OP Stack 是由 OP labs 開發，Optimism、Base 和其他公司實現，用於構建自己的 rollup。Conduit 是一家服務提供商，它使客戶能夠通過 Conduit 維護的基礎設施部署 OP Stack rollup。

不同的服務提供者有不同的框架和配置。有些配置為 Sovereign rollup，有些配置為 Regular rollups，有些設計為 L2s，有些設計為 L3。這些都伴隨著上面提到的所有權衡。Starkex 可以說是第一個整合服務提供商的例子，對 dY/dX、ImmutableX、Sorare 等公司都有很大的吸引力。這些執行層可以配置為使用以太坊提供數據可用性的 Rollup，也可以配置為使用外部 DA 源的驗證。

一般來說，這些框架和服務背後的想法是，將來會有對 Rollup /特定於應用程序的 Rollup 的需求，因此 Rollup 的部署需要非常簡單。考慮到與 Cosmos 應用鏈的相似之處，許多這樣的項目都是在 Cosmos/Celestia 生態系統中構建的，這並不奇怪——Sovereign Labs 和 Rollkit 是為 Celestia rollrolls 設計的框架，而 Caldera、dimension、Eclipse 等都是面向 Cosmos/Celestia 的服務。在以太坊生態系統中，OP Stack、Arbitrum Orbit 和 Stackr 提供了 optimistic 框架，而 Slush 提供了 zk 框架。以以太坊為中心的服務包括 Starkex、Conduit 和 Opside。

考慮到未來的狀態增長將不再是瓶頸，高性能的 EVM 替代品似乎也將成為必要——無論是 WASM、Fuel VM 還是其他，有待決定。部署架構有點難以預測，儘管這將主要歸結為經濟考慮。

為了讓執行層達到最終形式，仍然存在一些未解決的問題:

- 排序器去中心化——今天基本上所有的執行層都依賴於一個中心點。這否定了 Rollups 背後的許多原則。這是 Rollups 團隊下一步要採取的重要步驟。也有像 Astria、Radius 和其他提供這種服務的服務出現。

- 跨 Rollup atomicity——除非弄清楚這一點，否則 Rollup 對於大多數金融應用程序來說是沒有意義的。

- ZK 證明效率——儘管 zk 證明的改進速度比預期的要快，但成本仍然太高。

- 代幣設計——目前還不清楚執行層是否需要自己的代幣。Arbitrum 和 Optimism 代幣本質上是治理代幣，它們不像 L1 代幣那樣能捕獲價值。這些模型可以說是不可持續的，但是否存在其他有意義的代幣模型，需要更深入的研究。

很明顯，區塊鏈正在接近一個臨界點，擴展不再是一個問題。從理論上講，從其他層分離執行可以實現永無止境的擴展。Rollup 框架和服務將使部署新的 Rollup 變得微不足道。這裡的關鍵問題是，是否會有足夠的需求來要求這種規模。該問題計劃在以後的文章中深入討論，但 Polynya 在這裡給出了一個很好的概述。

總結

Rollups 和其他執行層上的交易市佔率將在未來幾年繼續增長，特別是當以太坊和其他基礎層優化，為這些執行層提供安全的數據可用性時。

最終從長遠來看，業務開發和吸引有趣應用程序的能力將是決定執行層成功與否的關鍵因素。在這個競爭激烈、發展迅速的領域，創造強大生態系統的能力對於推動增長至關重要。這些模塊化執行層帶來的性能提升，為以前在 L1 上無法實現的獨特應用程序打開了大門。

總的來說，超過 20 億美元的風投資金已經投資於 Rollups 和執行層，其中大部分流向了早期的構建者，如 Arbitrum、Optimism、Starkware 和 zkSync。雖然設計仍有發展空間，但大部分風投回報很可能來自已經在開發中的公司。EVM 風格的執行層尤其如此，像 Arbitrum、Optimism 和 zkSync 這樣的市場領導者已經站穩了腳跟。而非 EVM 領域未來會更加有趣。

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