以太坊Layer2：区块链应用的钥匙元宇宙创新之基石.pdf

请仔细阅读本报告末页声明 证券研究报告 |行业专题研究 2021 年 11 月 04 日 区块链 以太坊 Layer2：区块链应用的钥匙，元宇宙创新之基石 经过几年的发展， Layer2（二层网络）从理论雏形进入到应用落地阶段 ， 其成熟将为更大规模的区块链应用，乃至元宇宙落地奠定基础 。本 文从 几种 主流方案出发，以发展潜力最大的 OptimisticRollups 和 Zero-Knowled geRollups 等 几个典型的二层网络解决方案为案例，对 Layer2 发展进行 深入剖析。 Layer2 旨在解决区块链主网可拓展性问题 ， 主流的 ETH Layer2 方案按技 术原理可分为 Plasma、 Rollups 和 Sidechains，它们在实现逻辑、安全 性、可拓展性和去中心化程度等方面各有 优劣 。 基于 OptimisticRollups 的代表 ： 采用的交互式欺诈证明 的 Arbitrum。 以太坊主网（ L1） 好比是 管理者全校学生的作业情况 的系统 ，而为减轻以太 坊的直接工作量， Arbitrum 将每个班的作业 打包（即 rollup 块）后统一录入 以太坊主网。而作业具体情况是否有欺诈则 采用多轮欺诈证明 来解决争议 。 这就好比设臵了几位检查委员，按照算法去检查包内作业的真实情况，检查 委员要以押上个人学分（即以太坊上的 ETH 代币抵押）来确保公正 处理争 议 。经过一周的争议窗口期后，最终以太坊才最终确认作业的批改情况。因 此， Arbitrum 用户将资产从 L1 转 到 L2 则相当于以太坊主 网转账一样是实 时的，但是从 L2 撤回资产到 L1 则要经过一周的窗口期时间 。 Arbitrum 的 D eFi 生态发展进入了良性循环。随着总锁仓价值和用户数量的双增，越来越 多的 DeFi 项目也乐于部署在 ArbitrumOne 主网上；而项目的增长也有利于 进一步吸引资金和用户进入 ArbitrumOne。未来， ArbitrumOne 仍是最值得 关注的 Layer2 方向 之一。 基于 ZK-Rollups 的代表项目 ：可与传统 CEX 交易所匹敌的 dYdX。 基于 Z ero-Knowledge Rollups 原理的 Layer2 项目衍生出了两种技术路线，分别是 ZK-SNARKs 和 ZK-STARKs。它们的代表项目有 zkSync、 StarkEX 和 StarkN et。 dYdX V3 是架构在 StarkEx 系统之上的去中心化永续合约。自从 2021 年 8 月 3 日公布了其平台治理计划以来，其交易量增长迅猛，高峰时单日交 易量一度达到了 93 亿美元，成为全网交易量最大的 DEX（去中心化交易所）。 借助于 StarkEx 服务，使得 dYdX 可以采取订单簿模式交易撮合 这是资 本市场最为熟悉的交易 撮合 模式，同时确保撮合效率。 dYdX 解决了 ETH 网 络上合约交易者面临 的痛点。在 ETH Layer2 网络上进行合约交易，既可以 媲美在 ETH 主网 的安全保障，又可 享受接近中心化交易所的结算速度和低 廉的手续费。 dYdX 的交易撮合效率与传统中心化交易所（ CEX）几乎无异。 就目前的技术而言，无论何种 Layer2 路线都无法真正实现与 ETH 主网相 同的安全性 ： 其中， Sidechains 的安全性最弱。 首 先，在共识实现机制上， Sidechains 的安全性远逊于 ETH 主网。 其次，侧链上的 DeFi 项目可能存在更多智能合 约漏洞； Rollups 的安全隐患包括智能合约漏洞、 博弈机制失灵 、人为交易排序和密 码学漏洞等。 在 ArbitrumOne 的服务器中存在中心化的交易排序器 ， 如果 运营商利用它抢先打包交易，即使其他节点率先提交“欺诈证明”，验证节 点的保证金也会落入运营商的手里。 风险提示 ： 区块链商业模式落地不及预期；监管政策的不确定性。 增持 （ 维持 ） 行业 走势 作者 分析师 宋嘉吉 执业证书编号： S0680519010002 邮箱： 分析师 任鹤义 执业证书编号： S0680519040002 邮箱： 相关研究 1、通信：工信部再发文！从 3 点边际变化，看工业互 联网发展提速 2020-02-25 2、区块链：布隆伯格建言加密货币监管框架，央行发 布金融分布式账本规范 2020-02-24 3、区块链：央行发布金融分布式账本规范、区块 链金融有望提速 2020-02-24 -32% -16% 0% 16% 32% 2020-11 2021-03 2021-07 2021-11 通信 沪深 300 2021 年 11 月 04 日 P.2 请仔细阅读本报告末页声明 内容目录 1 核心观点 . 3 1.1 本文核心观点和内容 . 3 2 以太坊 Layer2 是什么？ . 3 2.1 以太坊 Layer2 是拓展区块链性 能的重要方案 . 3 2.2 以太坊 为什么需要 Layer2？ . 3 2.3 以太坊 Layer2 的技术原理有哪些？ . 4 3 以太坊 Layer2 各方案的发展状况如何？ . 6 3.1Plasma、闪电网络的发展情况 . 6 3.2 Sidechains（侧链）遇到了增长瓶颈 . 7 3.3 Rollups 发展潜力大、爆发迅速 . 9 4 以太坊 Layer2 的代表项目有哪些？ . 9 4.1 基于 OptimisticRollups 的代表项目 . 9 4.2 基于 Zero-KnowledgeRollups 的代表项目 . 11 4.2.1 基于 Zero-KnowledgeRollups 的 zkSync . 11 4.2.2 StarkEX、 StarkNet 和 dYdX 的发展情况 . 12 5 以太坊 Layer2 的潜在风险与发展方向？ . 14 风险提示 . 15 图表目录 图表 1： 2020 年底以来 ETH GasPrice 走势 . 4 图表 2： 各 Layer2 方案的特点 . 6 图表 3：闪电网络的节点和支付通道数据 . 6 图表 4： ChivoWallet 在萨尔瓦多的用户量和交易数据 . 7 图表 5： ETH、 BSC 和 Polygon 上智能合约中锁定的所有资产的总价值（美元） . 8 图表 6： ETH 和 BSC 上智能合约中锁定的所有资产的总价值（美元） . 8 图表 7： BSC 和 Polygon 上智能合约中锁定的所有资产的总价值（美元） . 8 图表 8： Solana 和 Terra 上智能合约中锁定的所有资产的总价值（美元） . 9 图表 9： Arbitrum One 主网的总锁仓价值（美元）和用户量增长情况 . 9 图表 10： Arbitrum One 主网上 DeFi 项目总锁仓价值（美元）排行榜 . 10 图表 11： Arbitrum One 主网上 Sushiswap 的 AMM 资金池 . 10 图表 12： ZKSync 在 gitcoin 的支付页面 . 11 图表 13： ZKSync2.0 中 Uniswap 的兑换页面 . 12 图表 14： StarkEX 的业务实现逻辑 . 12 图表 15： dYdX 订单簿撮合效率与传统 CEX 几乎无异 . 13 图表 16： 2021 年下半年以来 dYdX 永续合约的交易量 . 14 图表 17： StarkNet 的业务实现逻辑 . 14 2021 年 11 月 04 日 P.3 请仔细阅读本报告末页声明 1 核心观点 1.1 本文核心观点和内容 市场普遍担心区块链的并发性、可拓展性会成为限制其上应用落地的瓶颈，尤其对于公 链生态而言，尚不能支持大规模、高复杂性应用。以以太坊为例，作为全球最大规模的 公链生态，一直在讨论如何升级、扩容，而对主网的改动难度较大， Layer2（二层网络） 成为可行方案，也是下一阶段其上的元宇宙生态能否繁荣的基础。 经过几年的发展， Layer2（二层网络）从理论雏形进入到应用落地阶段。本报告对几种 主流方案出发，以 发展潜力最大的 OptimisticRollupsRollups 和 Zero-KnowledgeRollups 等 几个典型的以太坊二层网络解决方案为案例，对 Layer2 行业发展进行深入剖析。 Layer2 对 Dapp（去中心化应用）的发展推动效果是明显的。就 DEX（去中心化交易 ） 来说，由于效能较低的主链限制，促进了 AMM（自动化做市）的崛起，但对于交易用户 来说（尤其是量化、期货合约用户），订单簿撮合模式显然是最为方便的。 Layer2 显然 是实现链上订单簿型交易所的最佳方案，这方面典型的案例是 dYdX，其订单簿撮合效率 与 CEX（中心化交易所）几乎无异，且用户在链上完成注册，整个交易过程透明可信。 最后，我们对 Layer2 潜在的风险与发展方向做了简单探讨。 Layer2 难以 达不到主网的 安全程度，同时也存在不同于主网的安全风险。 同时，其上衍生的各类大规模应用也逐 步进入监管的视野。 2 以太坊 Layer2 是什么？ 以以太坊网络为例，数 以千计 的 Dapp（去中心化应用）运行其上，而底层的一致共识区 块链网络则出现了较为严重的拥堵现象， 为分担底层网络的负担， Layer2（二层网络） 想 在二层网络上解决各类应用的运行速度和扩展性等问题。本节以以太坊的二层网络为 例进行梳理。 2.1 以太坊 Layer2 是拓展区块链性能的 重要 方案 以太坊（ ETH） Layer2 是 一类 拓展以太坊区块链性能的 方案 ，其基本思路是通过在“ 主 链外 ” 的二层网络上 进行计算、交易等业务处理 ， 以获得较快速的响应、 高扩展性 和低 费用 ， 并将最终的状态变更结果反馈到“ 主 链上”，从而减少“ 主 链上”的负担，实现 区 块链网络的可拓展性。 对于任意一条区块链网络，都存在着安全性、可拓展性和去中心化的“不可能三角”问 题 。 ETH Layer2 则可视为针对这一问题的“中间解”，即在牺牲 部分安全性的条件下， 保留去中心化性质，极大地增强区块链网络可拓展性的方案。 而二层网络上面的数据结 果会 反馈到主链上获得共识。 2.2 以太坊 为什么需要 Layer2？ 随着以太坊用户的激增和无数 Dapp 的兴起，以太坊的性能不足问题愈发明显。 由于以 太坊区块容量和每个区块 Gas 上限的限制，使得其 TPS 仅能达到 15 左右 ， 这就 导致了 交易确认时间过长、高峰时网络拥堵严重和 网络手续费（ gas fee） 居高不下等问题， 进 而 阻碍了低净值用户的进入、小额高频交易和许多长尾项目的发展。而在 ETH 2.0 遥遥 无期的情况下， ETH Layer2 是当下以太坊扩容的最佳方案。 2021 年 11 月 04 日 P.4 请仔细阅读本报告末页声明 例如，根据 gasnow 网站的统计，在 2021 年上半年 ， ETH GasPrice 几乎一直保持在 100 以上 、个别时段达到了 200 以上、最高峰时甚至接近 400。这些数据意味着在 ETH 网络 上进行一笔基础的兑换操作时，需要花费价值约 140 美元的 gasfee，这一数字对于一些 小额高频 交易者和低净值用户来说是难以负担的。 而 ETH Layer2 通过将交易的具体运 算放在“链下”完成 后再将最终结果传回“链上”，可以大大降低所消耗的 gasfee，从 而降低了用户的使用成本。 图表 1： 2020 年底以来 ETH GasPrice 走势 资料来源： gasnow，国盛证券研究所 2.3 以太坊 Layer2 的技术原理有哪些 ？ 主流的 ETH Layer2 方案按技术原理可分为 Plasma、 Rollups 和 Sidechains，它们在实现 逻辑、安全性、可拓展性和去中心化程度等方面各有 优劣 。 1. Plasma Plasma 实际上是以太坊对比特币闪电网络的模仿，它最早由以太坊核心开发者 Vitalik 和比特币闪电网络开发者 Joseph Poon 在他们的论文 Plasma: Scalabe Autonomous Smart Contracts中提出。 Plasma 的实现逻辑是，将交易的具体计算 和储存转移到子链上，仅将最终的状态变更结果记录在主链上。如果用户对提交上 链的结果存在异议，可以在规定的“挑战期”内提供“欺诈证明”，一旦“欺诈证明” 被主链节点验证有效 ，正确的结果将会覆盖错误的 ，挑战者也可获得原验证节点的 部分押金。 理论上来说， Plasma 可以达到无限的拓展空间，但在实践中，其安全性存在较大风 险。 由于交易的具体内容保存在链下，除个别验证节点外，其他节点无法获得原始 的交易数据，倘若所有的验证节点同时怠机，用户在子链上的资金将无法取回。 受 限于此， Plasma 方案在 ETH Layer2 中的应用不如其他方案。 2. Rollups Rollups 即 汇总交易 的意思 ， 是 ETH Layer2 的主要发展方向之一。相较于 Plasma， Rollups 在可拓展 性方面略逊一筹，但在安全性方面有了极大地提升。 Rollups 的改进 之处在于将原始的交易数据也记录在主链上，使得任何节点都可根据交易数据成为 新的验证节点。如此一来，用户不再依赖于特定的验证节点，哪怕原始的验证节点 怠机，用户也可正常提取资金。 Rollups 可 进一步 被 细 分为 OptimisticRollups 和 ZK-Rollups。 2021 年 11 月 04 日 P.5 请仔细阅读本报告末页声明 OptimisticRollups 即 乐观 汇总交易 ， 依靠验证节点和挑战者间的博弈保障资金安全 。 验证节点将交易数据和最终状态变更结果打包上链后，会进入一个“挑战期” ，期间 资金将被锁定，无法转移。如果其他节点发现验证节点提交的结果和交易记录有出 入，即可提交“欺诈证明”，使得正确的状态变更结果将错误的覆盖，并获得原验证 节点的押金。在“欺诈证明”被证实前，其他节点默认原验证节点提交的状态变更 结果是正确的，所以这类 Rollups 被称为乐观汇总交易。 OptimisticRollups 的优点在于开发门槛较低，可以兼容较复杂的智能合约。例如由 OffChainLabs 团队开发的 ArbitrumOne，已经兼容了许多 ETH 主网上的热门 DeFi 项目，包括 Balancer、 Curve、 Uniswap 和 Sushiswap 等。 OptimisticRollups 的缺点在于可能发生的安全风险和漫长的“挑战期”。 OptimisticRollups 的安全性依赖于挑战者和验证节点间的博弈，实际上是由验证节点 的押金而非代码担保的。在博弈过程中，有可能会受到“审查攻击”，即验证节点串 通矿工不打包挑战者的“欺诈证明”，一旦“挑战期”结束，错误的结果将无法回滚， 用户的资金就有被盗的风险。为保障潜在的挑战者有充足的时间监督验证节点，“挑 战期”一般被设臵为 7-14 天，这一漫长的过程对于追求资本效率的用户来说是 无法 容忍的。 Zk-Rollups（ ZeroKnowledgeRollups） ， 即 零知识汇总交易， 依靠密码学原理保障资 金安全。 Zk-Rollups 选取的是“有效证明” 的思路 ，其实现逻辑是，验证节点会将一 个“零知识证明”一同打包上链，其他节点只需要运算该证明即可认定验证节点提 交的状态变更结果是正确无误的。 这样做的好处是 ，运算“零知识证明”要比直接 运算每笔交易简单、快捷得多，而且其正确性是 由 密码学原理保证的，而非验证节 点的押金所担保的。 Zk-Rollups 的优点在于摒弃了 OptimisticRollups 中“挑战期”的设定，使得主链与 子链间资金转移的速度极快。 Zk-Rollups 的缺点在于技术不成熟导致的安全隐患和较 差的兼容性。在一些零知识证明算法中，如简洁非交互零知识证明，算法中一些与 安全相关的随机数是由初始节点选取的，倘若有恶意节点保存了这些随机数，就可 以生成虚假的零知识证明，从而盗取子链上的资金。此外， 由于生成“零知识证明” 要比具体运算每笔交易复杂得多，对于一些复杂的智能合约，尚没有通用的、简单 的生成方法，使得 Zk-Rollups 暂时还无法兼容大部分 DeFi 项目。目前， Zk-Rollups 的 Layer2 网络仅能够实现“转账”、“期货交易”和“铸造 NFT”的操作。 3. Sidechains（侧链） Sidechains（侧链）指兼容以太坊虚拟机 、与以太坊网络并行运行的 的独立区块链 。 侧链 不是以太坊网络的子链 或直接的二层网络 ， 为了提升交易吞吐量并加快交易确 认速度，它们所采用的共识模型一般也与以太坊不同。例如 BSC（ Binance Smart Chain）和 Polygon（ Matic）网络 ，它们采用的都是权益证明（ ProofofStake）共识 机制，而非工作量证明（ ProofofWork）。 尽管侧链在可 拓展性和效率上有了显著提 升，但其安全性和去中心化程度都要弱于以太坊网络。 2021 年 11 月 04 日 P.6 请仔细阅读本报告末页声明 图表 2： 各 Layer2 方案的特点 Plasma OptimisticRollu ps Zk-Rollups Sidechains 实现逻辑 不在主链保存原 始交易数据、专门 的验证节点和“欺 诈证明” 在主链保存原始 交易数据、专门的 验证节点和“欺诈 证明” 在主链保存原 始交易数据、 专门的验证节 点和“有效证 明” 与主链相互独 立、自行负责 安全性和共识 实现过程 安全性 低 中 中 低 可拓展性 高 中 中 高 去中心化程度 低 中 中 低 资料来源：国盛证券研究所 整理 3 以太坊 Layer2 各方案的发展状况如何 ？ 3.1Plasma、闪电网络的发展情况 闪电网络是比特币的 二层 网络 ，其原理是 在比特币钱包地址间 构建点对点的支付通道， 再由支付通道共享节点来 搭建支付 网络。 与 Plasma 类似，二层网络中的交易不会被记 录在主链上，只有提取资金时才将余额变更结果上传至主链。同样地，提取闪电网络中 的资金需要等待一段时间的挑战期，如果期间支付通道的另一方提出异议并提供“欺诈 证明”，则可获得另一方的保证金并覆盖错误的余额变更结果。 图表 3：闪电网络的节点和支付通道数据 资料来源： explorer.acinq.co，国盛证券研究所 闪 电网络的发展状况要比 ETH Plasma 好得多，无论是在用户数量还是应用场景方面。 截止至 2021 年 10 月，闪电网络拥有 15566 个节点和 73076 条支付通道。萨尔瓦多在 正式支持比特币作为该国的法定货币后，也推荐其国民使用闪电网络进行日常支付或转 账。根据闪电网络钱包服务商 ChivoWallet 显示的数据，累计有超过 220 万的萨尔瓦多 公民使用过闪电网络钱包，而这一数字已经超过了萨尔瓦多任何一家银行的用户量。除 此之外，著名社交平台推特也在 2021 年 9 月 23 日宣布支持用户通过闪电网络向博主支 付比特币小费。这一举动无疑也可为闪电网络带来更多的用户和交易。 2021 年 11 月 04 日 P.7 请仔细阅读本报告末页声明 图表 4： ChivoWallet 在萨尔瓦多的用户量和交易数据 资料来源： explorer.acinq.co，国盛证券研究所 Plasma 可以视作以太坊开发者对比特币闪电网络的借鉴，但这一模式并不适合以太坊网 络，所以其发展几乎停滞。 以太坊网络与比特币网络并不完全相同，以太坊是一个虚拟 机，其地址的账户状态可被任意节点调用， Plasma 中的每笔交易都会影响整个二层网络 的账户状态。 在闪电网络中，用户仅需要盯住与自己共同构建支付通道的节点没有提交 虚假的余额变更结果即可保证安全；在 Plasma 中，用户需要关注整个二层网络的 交易 和 状态变更，而监控 如此 庞大的数据量对于普通用户来说是难以实现的。 3.2 Sidechains（侧链） 遇到了增长瓶颈 Sidechains 由于开发的便利性优势， 最先承接了 ETH 的溢出价值。 ETH 网络的拥挤和 Rollups 方案缓慢的研发进度为侧链的爆发创造了条件。 2020 年 6 月，随着 Compound 开启“流动性挖矿”和“借贷挖矿”，所谓的“ DeFi 之夏”掀开了序幕， 越来越多的项 目、用户和资金涌向了 ETH；与此同时， ETH 主网交易确认速度慢、 gas fee 过高和交 易吞吐量不足的缺点愈发暴露 明显 。侧链的开发者们果断地抓住了这次机会，推出了 兼 容以太坊虚拟机的区块链网络，移植了以太坊上热门 Dapp 的智能合约，配合各种营销 策略，迅速吸引到了许多 ETH 溢出的用户、资金和项目。 最具代表性的侧链包括 BSC（ BinanceSmartChain）和 Polygon（ Matic）网络。 BSC 是由币安交易所资助开发， 采用 了 权益证明 共识 机制的智能区块链，也是最早上线 的 ETH 侧链之一。相较于 ETH， BSC 以牺牲去中心化程度 为代价，换取了更快的交易确 认速度、更大的交易吞吐量和更低的 gas fee；同时，有着全世界现货 交易量最大的中心 化交易所币安的隐性背书， BSC 在获得用户流量的同时也打消了用户的安全顾虑。于是 乎，自 2021 年 2 月以来， BSC 上的用户量、总锁仓价值和项目量都实现了快速增长， 一跃成为总锁仓价值仅次于 ETH 的智能区块链，并远远甩开了其他 ETH 侧链竞争者。 Polygon 是一种生态系统，可用于创建与以太坊兼容的区块链网络和拓展解决方案， 其 主网正式上线于 2021 年 5 月。相较于 BSC， Polygon 主网的交易确认速度和手续费低廉 2021 年 11 月 04 日 P.8 请仔细阅读本报告末页声明 程度有过之而 无 不及，也吸引到了不少的用户和项目，其总锁仓价值在所有 ETH 侧链中 仅次于 BSC。 图表 5： ETH、 BSC 和 Polygon 上智能合约中锁定的所有资产的总价值（美元） 资料来源： ，国盛证券研究所 Sidechains 的价值捕获能力 目前已 遇到了增长瓶颈。 以 BSC 为例，将其总锁仓价值走势 与 ETH 对比可以发现，在“ 5.19” 去杠杆 之前， BSC 跟随 ETH 一路上涨，甚至在一些 时段增速更快；而在“ 5.19”之后，当 ETH 总锁仓价值突破前高时， BSC 却几乎停滞， 并没有表现出曾经的强势。 而 Polygon 尽管其总锁仓价值在“ 5.19”之后不但没有回落 还实现了增长，但由于其绝对体量较小，即使将它与 BSC 相加，所有以太坊侧链的总锁 仓价值距离历史高点仍有不小距离。 图表 6： ETH 和 BSC 上智能合约中锁定的所有资产的总价值（美元） 资料来源： ，国盛证券研究所 图表 7： BSC 和 Polygon 上智能合约中锁定的所有资产的总价值（美元） 资料来源： ，国盛证券研究所 侧链遇上增长瓶颈 的原因 包括：短时间涌现出 其他 性能更强、费用更低的非以太坊侧链 区块链网络分流 ； 更为值得关注的是，在去中心化、 安全和技术 方面 更先进的 RollupsLayer2 网络分流。首先， 不同于 工作量证明共识机制，权益证明共识机制不具备 算力这一 客观 参考指标来衡量其网络的抗冲击能力 ，哪怕一些侧链有着中心化机构的背 书，它们能够凝聚的共识和承载的价值都是有限的。其次，非以太坊侧链区块链网络的 异军突起也分流了不少侧链的用户。例如， Solana 和 Terra 的总锁仓价值在 9 月份和 10 月份都曾突破 100 亿美元。最后，被部分用户誉为“ Real Layer2”的 RollupsLayer2 网 2021 年 11 月 04 日 P.9 请仔细阅读本报告末页声明 络 陆续 上线 ，使得侧链的发展空间进一步被压缩。 图表 8： Solana 和 Terra 上智能合约中锁定的所有资产的总价值（美元） 资料来源： ，国盛证券研究所 3.3 Rollups 发展潜力大、爆发迅速 Rollups 或将超越 Sidechains，成为被普遍接受的 Layer2 方案。 相对于 Sidechains， Rollups 是更安全、更去中心化的解决方案。 过去一段时间，受限于 Rollups 方案在技术上尚未 成熟 ， ETH 生态 的溢出价值被 Sidechains 所捕获；最近，随着基于 Rollups 原理的 Layer2 主网正式上线，用户、资金和项目已展现回流趋势。 例如，自从基于 Optimistic Rollups 技术的 ETH Layer2 主网 ArbitrumOne 在 2021 年 9 月 1 日正式上线以来，其用户数量和总锁仓价值都实现了飞速增长。 不仅如此， ETH 主 网上的许多头部项目也已在 ArbitrumOne 上线，例如 1INCH、 Uniswap、 Sushiswap、 Curve 和 Balancer 等，使得其生态日趋完整。 总体而言， ArbitrumOne 的总锁仓价值和用户量保持了增长的趋势。在 9 月 12 日，两项 数据都实现了暴涨， 随后几天 尽管 总锁仓价值突破 在 25 亿美元后又回落到 15 亿美元， 但后续仍保持了稳步增长的势头，逐步稳定在 20 亿美元以上；用户量的增速虽然有所 下降，但 整体 趋势仍是向上的，并且突破了 20 万大关。 图表 9： Arbitrum One 主网的总锁仓价值（美元）和用户量增长情况 资料来源： arbiscan.io，国盛证券研究所 4 以太坊 Layer2 的代表项目有哪些？ 4.1 基于 OptimisticRollups 的代表项目 2021 年 11 月 04 日 P.10 请仔细阅读本报告末页声明 Arbitrum 是一款由 OffChainLabs 团队开发的、基于 OptimisticRollup 技术的 ETHLayer2 项目，也是所有 RollupsLayer2 项目中发展最好的，其用户量、项目数量和总锁仓价值 均是第一。 根据 DeFiLlama 的统计数据， Arbitrum 上总锁仓价值排名前十的项目中， Sushiswap、 Anyswap、 Curve 和 Abracadabra 的锁仓量均达到了 3 亿美元。 图表 10： Arbitrum One 主网上 DeFi 项目总锁仓价值（美元）排行榜 资料来源： ，国盛证券研究所 以总锁仓价值最高的 Sushiswap 为例， WETH/MIM（以太坊与稳定币）交易对资金池的 深度已达 2.2 亿美元，基本可以将单笔百万美元级别的交易滑点控制在 1%内。 图表 11： Arbitrum One 主网上 Sushiswap 的 AMM 资金池 资料来源： ，国盛证券研究所 Arbitrum 在技术上更具优势，它采用的交互式欺诈证明是更高效、灵活的 ，可以最小化 链上仲裁节点的工作量 。 交互式欺诈证明的方法基于对争议的剖析 ，假如验证节点一共 担保了 N 个步骤的交易，挑战者将与验证节点在链下进行多轮交互，直至将双方存在争 议的部分缩至最小范围，再提交给链上仲裁节点解决。 可以这样理解 Arbitrum 运行机制：以学校作业管理系统为比喻（每份作业就好比链上的 交易任务），以太坊主网（ L1）管理者全校学生的作业情况，而为减轻以太坊的直接工作 量，学校每个班设臵一个课代表负责收取并批改每份作业，打包（即 rollup 块）后统一 录入以太坊主网。而作业具体情况是否有欺诈则 采用多轮欺诈证明 来解决争议 。 这就好 比设臵了几位检查委员，按照算法去检查每个包内作业的真实情况，检查委员要以 押上 2021 年 11 月 04 日 P.11 请仔细阅读本报告末页声明 个人学分（即以太坊上的 ETH 代币抵押） 来确保公正。经过一周的争议窗口期后，最终 以太坊才最终确认作业的批改情况。 因此， Arbitrum 用户将资产从 L1 转 到 L2 则相当于以太坊主网转账一样是实时的，但是 从 L2 撤回资产到 L1 则要经 过一周的窗口期时间。 Arbitrum 的生态发展进入了良性循环。 随着总锁仓价值和用户数量的双增，越来越多的 项目也乐于部署在 ArbitrumOne 主网上；而项目 的增长也有利于进一步吸引资金和用户 进入 ArbitrumOne。 未来， ArbitrumOne 仍是值得关注的 Layer2 项目之一。 4.2 基于 Zero-KnowledgeRollups 的代表项目 基于 Zero-Knowledge Rollups 原理的 Layer2 项目衍生出了两种技术路线，分别是 ZK-SNARKs（ Zero-Knowledge SuccintNon-interactive Arguments of Knowledge；简洁 非交互零知识证明）和 ZK-STARKs（ Zero-Knowledge Scalable Transparent Arguments of Knowledge；简洁全透明零知识证明）。它们的代表项目有 zkSync、 StarkEX 和 StarkNet。 ZK-STARKs 被认为是 ZK-SNARKs 的改进版本，旨在解决 ZK-SNARKs 的许多缺点。 首先 ， 在 ZK-SNARKs 中 ， 一些与安全相关的随机数是需要初始节点选取的， 如果有恶意节点保 存了这些初始数据，它就可以利用初始数据生成虚假的证明，从而偷走用户在 Layer2 的 资 金 ；但在 ZK-STARKs 中，并不需要设臵初始化可信值，而通过哈希函数碰撞进行更精 密的对称加密方式。 此外，在 ZK-SNARKs 中 ，所需的计算越多，验证者和证明者之间的 通信量也就越大；但在 ZK-STARKs 中，验证者和证明者之间的通信量相对于计算的任何 增量都是保持不变的，所以 ZK-STARKs 的整体数据量远小于 ZK-SNARKs。 4.2.1 基于 Zero-KnowledgeRollups 的 zkSync zkSync是由 MatterLabs团队开发的一个基于 Zero-KnowledgeRollups原理的 ETH Layer2 网络，它采用的有效证明方式是 ZK-SNARKs。 zkSync 网络中最主要的产品是 zkWallet，它是用户在 Layer2 网络中的钱包， 目前只兼 容“转账”这一特定的交易行为 。 zkWallet 的优点 是在 同时进行多笔转账时，仅需要支 付一次 gasfee，帮助用户节省转账成本。 例如，用户在 Gitcoin Grants 为众筹项目批量 捐款时，可以至多一次性完成 50 笔转账操作。 根据官方公布的数据， zkWallet 累计完成 了近 400 万笔交易， 包括 第 8-11 轮 Gitcoin Grants 中 98%的交易。 图表 12： ZKSync 在 gitcoin 的支付页面 资料来源： gitcoin.co，国盛证券研究所 2021 年 11 月 04 日 P.12 请仔细阅读本报告末页声明 除了 zkWallet 之外， MatterLabs 也在积极开发 zkEVM，它是一种以兼容零知识证明计算 的方式执行智能合约的虚拟机。目前已在测试网上线了支持 Uniswap 的 zkSync2.0， 这 也是 ZK-Rollups Layer2 网络首次兼容主网上的 项目 。 图表 13： ZKSync2.0 中 Uniswap 的兑换页面 资料来源： gitcoin.co，国盛证券研究所 4.2.2 StarkEX、 StarkNet 和 dYdX 的发展情况 StarkEX 和 StarkNet 都是由 StarkWare 公司开发的产品，前者是 ETH Layer2 可拓展引 擎，后者是 ETH Layer2 网络，它们采用的有效证明方式都是 ZK-STARKs。 StarkEx 是一个较为成熟的平台，自 2020 年 6 月起已部署在 ETH 主网上，截止到 2021 年 10 月 5 日，累计完成了 2700 万笔交易和 800 亿美元的交易额。作为 ETH Layer2 可 拓展引擎，它允许 DeFi 项目将它们的应用程序部署、运行在 StarkEx 服务上，并为它们 的交易结果生成零知识证明，最终将原始交易数据、状态变更结果和相应的证明记录在 ETH 主网上。 图表 14： StarkEX 的业务实现逻辑 资料来源： starkware.co，国盛证券研究所 2021 年 11 月 04 日 P.13 请仔细阅读本报告末页声明 StarkEx 系统具有链上组件和链下组件。链下组件 负责记录各账户的实时 状态 ， 执行系 统中的交易 并生成相应的零知识证明 ， 再 将 交易后的 状态 变更结果和相应的证明 发送到 链上组件。链上组件 负责保管 系统 内的 资产， 验证链下组件上传的证明的有效性，并将 状态变更结果记录在 ETH 主网上 。 在使用 StarkEx 服务的项目中， dYdXV3 是交易量最大、用户数量最多的，也是运行在 ETH Layer2 上的项目的典型代表。 dYdXV3 是架构在 StarkEx 系统之上的去中心化永续合约交易所。自从 2021 年 8 月 3 日 公布了其平台治理代币的分发计划以来，其交易量增长迅猛，高峰时单日交易量一度达 到了 93 亿美元，成为全网交易量最大的 DEX（去中心化交易所）。 借助于 StarkEx 服务 ，使得 dYdX 可以采取订单簿模式进行交易撮合 这是资本市场最 为熟悉的交易磋磨模式，同时确保撮合效率。 dYdXV3 解决了 ETH 网络上合约交易者面 临的痛点。在 ETH Layer2 网络上进行合约交易，既可以得到媲美在 ETH 主网上交易的 安全保障，又可以享受到接近中心化交易所的结算速度和低廉的手续费。用户存入 dYdX 的资金实际上都被锁定在 dYdX 部署在 ETH 主网的智能合约中，并且随时都可以提取； 而交易的结算则发生在 Layer2 网络上，用户只需要在存入和取出资金时 支付 gasfee， 并不需要为每笔交易都支付，也就大大节省了交易成本。 从体验上来看， dYdX 的交易撮 合效率与传统中心化交易所（ CEX）几乎无异。 图表 15： dYdX 订单簿撮合效率与传统 CEX 几乎无异 资料来源： dYdX 官网 ，国盛证券研究所 对于 ETH 网络的用户，使用 dYdXV3 的学习成本并不高，可以快速上手 ，使用者利用钱 包签名即可注册 。与在 ETH 主网上进行交易时需要私钥持有者签名确认类似，用户在 Layer2 网络上的交易也需要由“ starkKey”签名确认。所以，初次使用时，用户首先通 过以太坊地址连接到 dYdX 的智能合约，智能合约会将用户的以太坊地址与特定的 “ starkKey”绑定，在此之后用户才可将资金转入 dYdX 部署在 ETH 主网的智能合约中。 等到 Layer2 网络中的应用程序接受存款后，用户即可使用其资金进行交易。 不同于 CEX 的交易逻辑， dYdX 引入“交易即挖矿”的逻辑 ，用户只需要在 dYdX 上进行 合约交易即可获得奖励。其具体模式是，以 28 天为一个周期，按照用户的交易积分占 比，将 3835616 个 DYDX 代币作为奖励分配。交易积分的计算公式实际上 是一个柯布 道格拉斯生产函数，交易手续费的权重为 70%,平均持仓量的权重为 30%。例如，某用 户在某期分发中贡献了 1000 美元的交易手续费，其平均持仓量为 10