Layer2详解：从以太坊状态转移到Rollup

Layer 2 正在受到越来越多的关注，但要看清全貌并不总是容易的。

大家好，我是 Daniel，一位拥有大约三年区块链经验的区块链工程师，目前正在研究数据可用性。

这是我的第一篇博客。我希望这篇博客能让你清楚地了解 Layer 2，这是通过我对区块链技术的热情和热爱分享的。

1. 介绍：

以太坊是一个安全且去中心化的 layer 1，但它每秒只能处理大约 15 笔交易。这导致了高额费用和拥堵。

=> Layer 2的出现是为了解决这个问题。

当你第一次研究 L2 时，你经常会看到这样的图表：数千笔交易在链下捆绑，然后压缩成以太坊上的单个证明。

对于初学者来说，这可能会让人感到困惑——L2 到底与 L1 有什么不同？

=> 这篇博客将为你全面概述 L2 的工作原理！！

2. 以太坊作为状态机：

从核心上讲，以太坊只是一个巨大的状态机：每笔交易都会获取当前状态，应用来自新区块中交易的更改，并生成一个新状态。

以太坊只是一个巨大的状态机：将交易应用于当前状态，你就会得到一个新的状态。

好的很酷，那么 state 是什么？

在以太坊中，state 不仅仅是一个抽象的概念——它实际上存储在一个名为 世界状态 trie 的特殊数据结构中。

这个trie 跟踪区块链上的每个账户。每个帐户状态包括以下字段：

• nonce（从此账户创建的交易数），
• balance（ETH 数量），
• storageRoot（智能合约的状态，如果是账户则为空），
• codeHash（智能合约代码，如果有）。

因此，当我们说“以太坊将交易应用于状态”时，真正发生的是 trie 内部的这些帐户状态正在更新，并且 trie 的根哈希发生变化——代表新的全局状态。

以太坊的世界状态 trie

看起来有点复杂，对吧？别担心——让我们一起看一个简单的例子。

假设在以太坊中，Alice 拥有 5 ETH，Bob 拥有 10 ETH。状态将如下所示：

现在，alice 创建一笔交易向 Bob 发送 3 ETH。当交易被包含到新区块时，Alice 的 nonce 将增加到 11，并且 Alice 和 Bob 的余额将发生变化。

很酷吧？这是关于以太坊的基本理解，像比特币这样的其他区块链也有相同的规则！！

在网络 p2p 中，此状态必须在节点/验证器之间相同。这将形成一个由多个验证器参与的对等网络。这是关于验证器数量随时间变化的统计信息：https://beaconcha.in/charts/validators . 目前有 100 万个验证器。

以太坊网络层中节点的示例，一个节点将连接到其他一些节点。

=> 现在是时候谈谈本文的真正主角了：Layer 2。

3. Layer 2：超越以太坊的限制来扩展它：

Layer 2 不是一个具有自己验证器集的链。相反，用户仍然参与以太坊生态系统——他们将资产转移到 Layer 2，并在那里享受高速和低费用。

因此，如果它看起来像一条新链，那么 Optimism 与 Cosmos 或 Aptos 有什么不同？

=> 关键是 L2 不运行具有验证器的独立共识。

交易由 sequencer 排序，但状态最终在以太坊上得到保护。L2 不依赖于其自己的验证器网络，而是将其状态承诺或证明发布到以太坊上的智能合约——继承以太坊的安全性。

=> 太酷了，不用让很多节点都持有 world state trie 了。现在，这个东西存储在以太坊的智能合约中。

L1 和 L2 之间交互的示例

注意：除了 rollup 合约，我们还有桥合约，它通过证明帮助用户将 ETH 从 L1->L2 和 L2->L1 连接起来。

Rollup 合约中的证明是什么？

这是一种证明在 L2 中对一个区块应用交易后，你将准确收到新状态的方式。

就像上面以太坊的例子一样，在执行来自 Alice 的交易后，以太坊的新状态将是“Alice 拥有 2 ETH，Bob 拥有 13 ETH”。

但是我们 不能 在以太坊上的智能合约中重新执行所有交易来检查这一点——这在 gas 方面会过于昂贵，并且超出了智能合约的限制。相反，rollup 使用 特殊证明 来有效地让以太坊相信新状态。

=> 这就是我们有不同类型的 rollup 的原因——每种 rollup 都使用不同的方式来提供证明。例如，Optimism 依赖于 欺诈证明，而 zkSync 依赖于 有效性证明。

Optimistic Rollup 如何工作？

1. 用户将交易发送到 L2 sequencer。
2. Sequencer 对它们进行排序并在链下执行它们，然后更新 L2 状态（这是 L2 上的一个新区块）。
3. Sequencer 将该区块的 状态根 提交给以太坊上的 Rollup 合约。
4. 提交状态根时，sequencer 还会锁定抵押品并启动一个 7 天的挑战窗口。=> 这就是为什么你在 Optimism 中将代币从 L2 提取到 L1 时。链接：https://docs.optimism.io/app-developers/bridging/standard-bridge?utm_source=chatgpt.com。
5. 在此窗口期间，以太坊乐观地接受状态根，但尚未最终确定。
6. 挑战者运行他们自己的服务器并重新执行交易，以检查 sequencer 是否诚实。
7. 如果挑战者检测到欺诈，他们会将 欺诈证明 提交给以太坊。
8. 以太坊在链上重放有争议的交易；如果欺诈得到确认，则 sequencer 的保证金将被削减，并且无效区块将被丢弃。
9. 如果在 7 天内没有提交有效的挑战，则状态根将变为最终状态。

Zk-Rollup 如何工作？

在 zk-rollup 中，流程看起来与乐观 rollup ⚡ 非常相似。关键区别在于，每次状态更新都附带一个使用 zk 的 有效性证明 🧾。

=> 以太坊会立即验证此证明，如果有效，则状态根会立即最终确定 ✅。

=> 这就是为什么从 zk-rollup 中提取资金可以几乎立即发生（与乐观 rollup 相比，没有 7 天的等待期）。

太棒了，到目前为止，你应该对 rollup 的工作原理有了扎实的了解。现在，让我们继续讨论最后一块拼图：sequencer。

什么是 sequencer？

Sequencer 是整个网络，是由其他第三方（如 Optimism Foundation）运行的服务器。

当你通过 RPC 端点（如 https://rpc.ankr.com/optimism）发送交易时，是另一端的 sequencer 接收它。Sequencer 充当单个入口点：它接受你的交易，对其进行排序，在 Layer 2 上执行它，然后将结果发布回以太坊。

有不同类型的 sequencer 设计，但今天大多数 rollup 依赖于由团队本身运行的 中心化 sequencer。

但是等等——如果 sequencer 是中心化的，这是否意味着基金会或核心团队实际上控制着用户的资金？🤔

答案是否。

Sequencer 可以决定交易的顺序或延迟它们，但它不能窃取或控制用户资金。

如果 sequencer 恶意行事，挑战者可以介入并提交欺诈证明来惩罚它——这些挑战者甚至可以由用户自己运行，以保障系统安全。

如果 sequencer 离线或关闭其服务器，用户仍然可以生成证明并直接从以太坊 Layer 1 合约中提取资金。那是因为所有资产最终都存在于以太坊上，而不是由 sequencer 保管。

=> L2 是安全的，不仅为你提供速度，还为你提供低费用的交易。

4. 结论：

通过以上各节，你现在应该对 Layer 2 是什么、它是如何工作的以及为什么它很重要有了一个扎实的理解。从状态机到证明，再到 sequencer 的作用——我们已经涵盖了使 rollup 成为可能的必要部分。

但还有一个大问题尚未解决：

如果用户或挑战者无法访问底层交易数据，他们如何证明状态是错误的？

如果所有交易数据仅由 sequencer 持有，则会出现一种危险的情况：sequencer（甚至其背后的基金会）可能会隐藏或扣留数据，提交无效状态，并且没有人能够证明欺诈。换句话说，如果数据不可用，安全性就会崩溃。

这就是 数据可用性 (DA) 概念的用武之地——确保每个人都可以访问交易数据，而不仅仅是 sequencer。DA 已成为当今最热门的研究课题之一，以太坊本身也在研究解决方案，例如即将推出的升级中的 PeerDAS，以应对这一挑战。

=> 我们将在下一篇博客中讨论这个问题。😉 祝你有个愉快的一天！

• 原文链接： blog.blockmagnates.com/l...
• 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～