揭秘Foresight Ventures：Layer 3 一文读懂

有个朋友想让我分析一下Layer3哈 我就查了一些资料 准备深入解读了一下

文章有点长

下面正文开始

一、从 Layer 1 到 Layer 3 

Layer 1 是底层区块链。Ethereum、Bitcoin、Solana等公链都是 Layer 1 区块链，它们是区块链网络的基础，各种 Layer 2 都搭建在这些公链之上。

Layer 2 指以太坊扩容方案。各条 Layer 2 链都是单独的区块链，在保证安全性的基础上提升交易速度和 TPS。比如 Zksync、Starkware、Arbitrum、Optimism都是不同的 Layer 2 解决方案。

那什么是 Layer 3?

Layer 3的目标是在Layer 2的基础上进行更加个性化的设计，解决Layer 2目前无法实现或难以实现的功能。这些功能包括定制化扩容和隐私保护，通过这些功能可以降低成本并提高效率。

不过，Layer 3的概念目前还处于早期阶段，因此现在下结论显然是不合适的。要确定Layer 3的最终形态，需要通过开发者的探索、实战检验和实际需求来不断完善和优化。

目前已经有很多大佬们提出了相关的设计思路，其中之一是StarkWare（斯塔克韦尔）提出的多层网络结构图。我将进一步分析和总结这些思路，帮助大家更好地理解Layer 3的概念。

二、StarkWare 提出的多层网络结构

以太坊多层网络的实践设想最早由 StarkWare 团队在文章

"Fractal Scaling: From L2 to L3"中提出。

在这种设计中，现在的 Layer 2 是一种general purpose （一般用途）的扩容，在此之上，Layer 3 做定制化的扩容。下面我会对图中提到的方案逐个分析（从左到右）。

 1.StarkEx Volition（rollup+validium）—> 低成本扩容

在Layer 2的解决方案中，我们已经熟悉了一种称为Validium（维迪乌姆）的技术。它使用SNARK（斯纳克）算法对计算结果进行验证，数据不直接上传到Layer 1，而是依赖于由验证人托管的扩容方案。通过将数据存储在链下而不是直接发布到Layer 1，Validium降低了燃气成本，并提供了更好的隐私性（数据不对公众公开）。然而，从去中心化和安全性的角度来看，Validium依赖于第三方委员会来确保数据的可用性，这导致Validium的使用并不广泛。

StarkEx Volition（一个Layer 2的扩容方案）为Dapp提供了一种混合模式，可以根据需求选择将数据存储在链上以确保安全性（StarkEx Rollup），或者将数据存储在链下以获得更低的成本（StarkEx Validium）。

目前，StarkEx仍然是Layer 2的扩容方案，但在StarkWare未来的架构设计中，StarkEx完全可以成为打开Layer 3大门的途径，通过在StarkNet通用扩容的基础上进一步降低特定Dapp的成本。

 2.App-specific StarkNet —> 定制化扩容

Layer 2的电路设计旨在为所有Dapp提供服务，这意味着工程师在设计电路时首要考虑的是兼容性。因此，现有的电路设计在一定程度上牺牲了效率，并没有针对特定的Dapp进行优化。

这对于那些注重强交互性的Dapp来说，比如注重游戏体验和实时玩家交互的Web3游戏，可能成为一个瓶颈。

为了解决这个问题，我们可以引入一个名为"App-specific StarkNet"的概念，即定制化的StarkNet。这样的设计可以帮助那些对性能要求较高的Dapp，以定制化的方式进行电路设计，从而实现更高的性能。

在这种场景下，Layer 2的解决方案可以解决用户编程和可组合性的问题，而Layer 3可以提供更高性能的定制化服务给项目方。举个例子，一个Dapp可能并不需要与其他Dapp共享电路资源，而是需要定制化的电路设计，或者利用Layer 3提供的高效存储结构和数据压缩服务。

 3.StarkNet（Validiums）—> 低成本扩容

类似于 StarkEx Volition，在 Layer 3 中将 Validiums 作为一种低成本的扩容方案，让一些对价格敏感的 Dapp 获得更低的成本。

 4.Privacy StarkNet —> 定制化功能

实现隐私功能在某种程度上也可以看作是针对特定Dapp的定制化设计。

虽然ZK-rollup在隐私方面表现友好，但出于去中心化和安全性的考虑，用户的交易数据仍然需要经过压缩后通过calldata发布到Layer 1作为历史记录，以便所有用户都可以成为验证者进行验证。因此，以扩容为目的的rollup并不能实现完全的隐私性。

这就是Layer 3可以很方便地解决的问题。对于那些对隐私性要求非常高的用户，可以在rollup甚至rollup of rollup的基础上定制化地实现隐私功能。

在Layer 3中，可以采取各种技术手段来增强隐私性。例如，引入加密技术、零知识证明等方法，使得交易数据在传输和处理过程中得到更好的保护。同时，Layer 3可以提供更高级别的隐私保护，使得用户的交易数据不会被公开，只有特定的参与者才能获得相关的信息。

通过定制化设计，在Layer 3中可以为那些对隐私性需求较高的Dapp提供更强大的隐私保护功能。这使得用户可以更加放心地进行交易和使用Dapp，不必担心他们的交易数据会被公开或泄露。

三、Again，什么是 Layer 3 ？

看完以上分析，Layer 3 应该已经不那么抽象了，下面总结一下这种 Layer 3 的设计到底想解决什么问题，帮助大家进一步建立对 Layer 3 认知。

 1.Vitalik 的设想

L2 is for scaling, L3 is for customized functionality.

（L2用于缩放，L3用于定制功能）

L2 is for general-purpose scaling, L3 is for customized scaling

（L2为通用缩放，L3为定制缩放）

L2 is for trustless scaling (rollups), L3 is for weakly-trusted scaling (validiums)

（L2 用于无信任扩展（rollups），L3 用于弱信任扩展（validium））

2.进一步解读

Layer 2 作为 general purpose 的扩容解决方案，那么对于 Layer 3 的设计可以放下单纯的扩容，去定制化地做一些 Layer 2 无法轻易实现的功能，比如 privacy；

Layer 2 中 ZK-rollup 设计考虑了通用和兼容性，为整个生态提供一种通用的扩容解决方案。因此在 ZK(E)VM 的设计上或多或少牺牲了 ZK-friendly。那么 Layer 3 可以针对不同应用做进一步扩容。举个例子，在 ZK 场景下，一些应用可以通过更加定制化的电路设计来获得更好的 performance；

Layer 2 中 ZK-rollup 在扩容的同时需要保证 Data Availability，在 cost 上做了妥协。因此，Layer 3 可以用于低成本扩容，为不同开发者提供更多扩容方案，比如 Validium 就是一个很好的选择。

 3.第二点和第三点中 Layer 3 都是在做进一步扩容，有什么区别？

我认为两者是截然不同的，并且解决了现在 Layer 2 不同的痛点。第二点中的定制化扩容旨在提升性能，而第三点中提到的则是一种更加general purpose的低成本扩容方案。

 4.小结

以上都可能是之后 Layer 3 发展方向，并且也不会限定在某一种形态。一些 Dapp 会需要提供隐私功能的 Layer 3 ，一些 dapp 会受益于低成本的扩容，一些 dapp 会因为定制化的 Layer 3 带来 performance 的提升。总之，Layer 3 会在 Layer 2 的基础上进一步提升性能，创造更多可能性。

四、是否需要 Layer 3 ？

看到这你可能会产生两个疑问：

既然 Layer 3 这么牛逼，是不是可以继续往上继续叠加 Layer 4、Layer 5、Layer 6 …以达到更好的扩容效果？

以上提到的 Layer 3 的用途都可以通过二层网络结构实现。看下面这张 Vitalik 给出的架构对比图，把上述 Layer 3 的结构直接架在 Layer 1 上只作 Layer 2 也没什么问题。

Validium 还是能进行低成本扩容，定制化的电路设计也能为特定的项目方提供更好的 performance，打造一条隐私链也合情合理。

那么为什么要多此一举地在 Layer 2 之上再做一层拓展？

从扩容和必要性的角度逐一分析

 1.真的可以无限扩容吗？

当然不行。

实现隐私功能需要在计算层和数据层上考虑。

在计算层，可以将Layer 3的ZK-rollup生成的零知识证明（ZKP）发送给Layer 2的ZK-rollup，在Layer 2中继续使用ZKP证明Layer 3的一系列ZKP，并将其发送给Layer 1进行验证。

在数据层面需要注意的，除了计算，我们还需要考虑数据的存储。

Rollup链仍然需要将交易数据发送到Layer 1，以确保数据的可用性，使用户能够通过验证数据的proof来验证其真实性。虽然在计算时可以使用一个ZKP来证明一系列ZKP，但是数据本身无法在压缩后继续进行进一步的压缩。

即使可以进行进一步压缩，也不需要引入一个Layer 3来完成这个过程，只需在Layer 2中对压缩后的数据使用类似的方式进行进一步压缩即可。

因此，从数据可用性的角度来看，继续叠加Layer并不能明显提升可扩展性。

可以参考 Vitalik 提到的：“There's always something in the design that's just not stackable, and can only give you a scalability boost once - limits to data availability, reliance on L1 bandwidth for emergency withdrawals, or many other issues.”

（设计中总有一些东西是不可堆叠的，并且只能为您提供一次可扩展性提升 - 数据可用性的限制、紧急提款对 L1 带宽的依赖或许多其他问题）

 2.二层还是多层网络？

我认为二层网络是当前的最佳解决方案，但未来属于多层网络。

分析这个问题，我们需要明确 Layer 3 的价值是什么。

五、Layer 3 的价值

4 个字概括：降本提效

 1.深入分析成本

我认为 Layer 3的架构给我们带来的最大想象力在于成本优化方面。尽管未来可能会出现更多针对成本优化的Layer 3的杀手级设计，但成本问题始终是我们需要直面的一个话题，也是设计Layer 2的初衷。

从降低Gas费用的角度来看，现在的Layer 2的Rollup无法以理论速度在极短的时间内（比如在以太坊出块时间的12-14秒内）将Rollup链上的交易打包成批次并提交到Layer 1进行验证。这主要有以下两个原因：

首先，将批次提交到Layer 1会产生较高的成本。根据Vitalik的说法，每个批次的成本超过了400,000个gas。

其次，Rollup链在单位时间内能够打包的交易数量是有限的。

简单说就是，提交 batch 存在基础成本，因此每个 batch 打包的交易越多，每笔交易分摊的 gas fee 越低。

因此 rollup 的设计需要权衡打包交易的时间间隔（用户体验）和每笔交易分摊的费用（用户成本）。如果过快地打包交易并提交 Layer 1 ，会增加分摊到每笔交易上的 gas fee；过慢则会增加 confirmation time，影响用户体验。

2.Layer 3 可能带来哪些优化？

如果我们考虑加入 Layer 3 ，比如在 ZK-rollup 的基础上再加一层 ZK-rollup 会极大地降低这提交 batch 到 Layer 1 的基础成本（一个 ZKP 证明一堆 ZKP，减少数据 size）。根据 Vitalik 的估算，提交一个 batch proof 到 Layer 1 的成本约为 8000 gas。

接下来用简单的数学计算帮助大家更加直观的理解成本问题；

已知：

分摊到每笔交易的 gas = transaction cost + batch cost / transaction amount

以上等式中，transaction amount = TPS * confirmation time

假设在理想情况下：

batch cost = 400, 000 gas（实际情况会更高）

transaction cost = 368 gas（Fully optimized ERC 20 transfers）

TPS = 5 （Layer 2 均值）

- 当前 Layer 2 的 gas 情况：

confirmation time = 12 s（以太坊出块时间）

分摊到每笔交易的 gas = 368 + 400000 / （ 5 * 12 ）= ～7035

confirmation time = 1 h

分摊到每笔交易的 gas = 368 + 400000 / （ 5 * 3600 ）= ～ 390

在当前二层网络的设计中，分摊到每笔交易的 gas 对打包 batch 的间隔时间（也就是用户感知到的 confirmation time）非常敏感，且将 confirmation time 控制在一个较短的时间窗内带来的成本非常高。

- 加入 Layer 3 的 gas 情况：

confirmation time = 12 s（以太坊出块时间）

分摊到每笔交易的 gas = 368 + 8000 / （ 5 * 12 ）= ～501

confirmation time = 1 h

分摊到每笔交易的 gas = 368 + 8000 / （ 5 * 3600 ）= ～ 368

3.关于成本的思考

在 Layer 2 的基础上 Layer 3 有明显提升，将 confirmation time 从 12 s 延长到 1 h（每个 batch 打包更多交易）并没有带来显著的 gas 收益。

同时 Layer 3 的设计几乎可以在一个较短的 confirmation time 内（ 12 s）达到当前 Layer 2 花费一小时 confirmation 的 gas 成本。

在保证用户体验的前提下极大降低了成本。

另外，我认为容易被忽视的一点是，由于 batch cost 的降低导致 transaction amount 的增加同样不会为每笔交易带来太多 gas 成本的收益。

因此，Layer 3 从这个角度看也更适合去做app-specific、定制化的设计（不依赖于大量的交易来抵消高昂的 batch cost）。

 4.浅谈一下效率

和成本一样，我认为做多层网络结构的原因一定躲不开提升效率，抛开成本和效率谈结构设计有多 fashion 没有任何意义。

我们知道 wrapped token 的实现降低了 Layer 2 之间的互操作成本，但是效率上仍然有待提升，我们简单算一下为什么：

- Optimistic-rollup —> 14 天！

由于 fraud proof time，一个 rollup 链存（～ 7 天）另一个 rollup 链取（～ 7 天），～ 14 天的验证期仍然无法避免；

ZK-rollup —> ～ 12 h

避免了 fraud proof time 的漫长等待，相比 Optimistic-rollup 更快，但是有以下两个问题：

目前 Layer 2 的 ZK(E)VM 需要做到 one Virtual Machine fits all Dapps，因此设计上妥协了一些 ZK-unfriendly 的设计，导致 proof 在生成时候需要额外的时间处理无法并行计算的指令

在分析成本时提到过，出于对打包交易的时间间隔和每笔交易分摊的费用的权衡，当前的 ZK-rollup 无法在短时间打包交易到 Layer 1 （否则 gas 太贵用户不干）。

- 加入 Layer 3 之后

Layer 3 的思路就是定制化扩容、app-specific scaling，因此，ZK-rollup 生成 proof 这部分额外花费的时间会得到最大程度的优化；

Layer 3 的设计可以将跨链的交易成本降低基础上保证效率。相比于二层网络结构，无需经过 Layer 1, which is expensive and congested。

5.重新审视 Layer 3

综上所述，这种 Layer 3 的设计就好像是在 Layer 1 安全性的基础上，以 Layer 2 为核心搭建出了无数子生态。

我认为一定程度上，多层网络架构进一步将 Layer 1 的功能隔离，让 Layer 1 专注于保障交易安全性，将计算等功能转移到每个子生态系统中。

六、另一种 Layer 3 的思路

Vitalik 提出了一种新的架构设计思路，在我看来也可以算作一种多层网络架构的设计（你也可以把它看成一种二层网络结构），非常值得分析和思考：

Layer 1: base layer

Layer 2: batch mechanism

Layer 3: rollup、validium

1.对这种架构的解读

在现在的 Layer 1 和 Layer 2 之间插了一个（聚合+验证+分发）层。

在这种设计中，一个批处理机制的结构作为开放式协议的形式成为架构中的Layer 2。我们目前熟知的Layer 2（例如ZK-rollup）可以接入这个协议，成为一种Layer 3。

整个批处理机制的核心包括以下两点：

批处理证明生成器（Batch prover）：它将来自加入批处理机制的各个ZK-rollup的多个证明进行聚合，并记录所有的新状态（New state）、旧状态（Old state）和状态变化（State delta）。

批处理处理器（Batch handler）：它只需要验证一次经过聚合的证明。验证成功后，它将（New state, Old state, State delta）作为验证成功的证明发送给相应的Rollup链（即Layer 3），用于更新状态。

2.Again，Layer 3 的价值

在这种设计中，与当前Layer 1的验证合约验证不同Rollup链发送的批处理证明并更新状态相比，新的架构将Gas成本在各个Rollup链之间进行了分摊。

根据Vitalik的描述，分摊后的Gas成本仍约为8000。

因此，这种Layer 3的设计在成本方面也提供了很大的价值。

在安全性方面，这样的结构设计使得Layer 2（批处理机制）成为一个用途明确、结构简单的中间层，从而在安全性和最小化治理方面具有天然的优势。

值得一提的是，StarkWare的SHARP正在进行类似的实现，递归证明的方式使得证明可以提交到Layer 2的StarkNet上，为进一步实现Layer 3创造了可能性。

七、对 Layer 3 未来的思考

终于到结尾了 我来谈谈我对Layer3未来的思考

当前的二层网络已经成为解决方案中的最佳选择，但我相信未来会出现更多层次的网络结构，即多层网络将成为未来的趋势。

根据目前对Layer 3的设想，零知识（ZK）相关技术对于Layer 3的发展将起到重要推动作用，并且未来Layer 3的底层技术可能会离不开ZK甚至基于ZK技术。因此，在ZK领域的探索对于Layer 3的发展非常关键。

需要明确的是，Layer 3的概念目前仍处于早期阶段，未来的发展方向有很多可能性！但总的来说，Layer 3的出现将是由成本和效率驱动的。它不会改变Layer 2作为通用扩容解决方案的地位，而是在Layer 2的基础上更加定制化地满足特定需求。

Layer 3的发展离不开稳固的Layer 2基础。因此，持续推进现有Layer 2生态的繁荣和底层技术的进步仍然是非常重要的。只有在Layer 2基础上取得扎实的进展，Layer 3的发展才能更加稳健。