從 Arbitrum 垮機，看比特幣 L2 和以太坊 L2 的不同道路

作者：Web3CN

昨天Arbitrum網絡從10:29-11:57停止運轉了約90分鐘，為什麼以太坊L2會宕機？

Arbitrum官方給出的回答是：

因為銘文協議帶來的用戶量激增，導致Arbitrum的sequence也就是定序器停止工作，最終導致網絡宕機。

為什麼用戶量激增能導致Arbitrum宕機？比特幣鏈上打了十幾萬種銘文也沒見宕機？因為，Arbitrum的定序器是中心化的，只有官方一個節點在運行網絡，所以，當這個節點（定序器）出問題時，網絡肯定會宕機。

其實你可以簡單理解為Arbitrum這個POS網絡賬本的運行就是靠官方自己的節點（定序器），但是，為啥用戶還敢用它，因為，Arbitrum的賬本會Roullp後（卷起來壓縮）打包給以太坊網絡，讓以太坊網絡節點驗證賬本，從而來保障賬本安全，以太坊L2基本都是這個思路。無論OP-Roullp還是ZK-Roullp都是把賬本打包給以太坊主網，讓主網節點來驗證二層賬本。這樣做的核心目標就是讓二層的賬本可信。

打個不太雅觀的比喻：兒子是沒錢的，兒子的信用也不值錢，因此，兒子從老子的那裡拿支票當錢花，用老子的信用為兒子擔保。以太坊的二層賬本本身是沒有信用的（定序器中心化，何來信用？）二層賬本的信用是依附於以太坊一層的，這是目前以太坊 L2比較主流的設計。

當然，這樣設計目前已經是最優解，但是，會有幾個問題：

1、二層會有單點風險，因為定序器中心化，比如，容易出現宕機。

2、二層的資產不抗審查，可以被強制凍結。

這是幾乎所有以太坊二層都面臨的問題！

以太坊二層網絡有這樣的問題？那麼比特幣二層能解決這些問題嗎，比特幣二層和以太坊二層在設計上會有哪些異同？

探討這個問題之前，我們需要先搞明白幾個問題：

1、什麼是Layer2？Layer2的本質是什麼？

2、Layer2的設計原則是什麼？比特幣Layer2和以太坊Layer2在設計上會有哪些異同？

3、比特幣Layer2的正確道路

一、什麼是Layer2？Layer2的本質是什麼？

Layer2的概念被人們熟知是因為以太坊生態，但是，Layer2的概念卻不是以太坊生態原創，而是來源於比特幣。

比特幣0.1版本的代碼裡保留了一份原始版本的代碼，是中本聰留下的。這段代碼支持用戶在交易被礦工打包確認之前更新交易。如果一個用戶的餘額增加，另一個用戶的餘額就會相應減少，一旦用戶完成了交易，他們就可以只向主鏈網絡傳輸一個交易結果然後關閉他們的支付通道。基於"支付通道"後來誕生了閃電網絡，閃電網絡是比特幣最早的Layer2，也是加密世界裡最早且可行的Layer2。

因此，在我們談什麼是Layer2時，不能僅以以太坊Layer2馬首是瞻，也不能以以太坊Layer2的設計方案為唯一衡量標準（畢竟以太坊Layer2是經過這兩年的發展才基本確定了roullp這個設計方向的可行性），而是應該透過現象看到本質，需要了解Layer2的本質是什麼？這樣才能設計出切實可行的Layer2。

無論是比特幣Layer2還是以太坊Layer2，其誕生的背景都是當Layer1主網無法實現更複雜更高性能的應用場景時，需要把Layer1資產跳脫到Layer2去實現。以太坊需要Layer2去拓展其性能，比特幣則更需要Layer2。比如，BTC可以在閃電網絡裡實現快速高效的支付場景；ETH則可以跨到Arbitrum去速度更快、Gas更低且更複雜的智能合約場景。

因此，無論是比特幣Layer2還是以太坊Layer2，其本質都是一樣的，都是讓Layer1的主網資產跨到Layer2實現更複雜更高性能的應用場景。因此，Layer2的本質是一個去中心化的跨鏈方案+一個高性能且無需信任的二層網絡。

那麼，無論是比特幣Layer2還是以太坊Layer2，在設計時都得遵循一些最基本的原則：

1、必須實現Layer1資產無需信任地跨到Layer2，這是最重要的第一步。

2、Layer2網絡的賬本一定是安全且無需信任的。

只有同時滿足以上兩個條件，才是一個切實可用且完全去中心化的Layer2。

二、比特幣Layer2和以太坊Layer2在設計上會有哪些異同？

我們搞清楚了Layer2的本質是什麼，也搞明白了Layer2設計的基本原則，那麼，我們來看一下，比特幣Layer2和以太坊Layer2在實際設計上有哪些異同？

1、必須實現Layer1資產無需信任地跨到Layer2。

在解決這個問題方面，以太坊的方式是：Layer2官方在以太坊主網首先部署一個托管資產的智能合約，當用戶從以太坊主網把ETH跨到Layer2，用戶的ETH被鎖定在該智能合約並在Layer2網絡1:1生成新的ETH。當用戶發出跨回主網的指令時，Layer2的ETH銷毀，同時觸發Layer1上的智能合約把ETH解鎖給用戶。這是以太坊Layer1和Layer2的跨鏈實現方式。是通過以太坊的智能合約以及Layer1和Layer2網絡通訊實現的，可以實現去信任化。

那麼，比特幣的Layer2該如何實現去信任的BTC跨鏈呢？

在2021年比特幣Taproot升級之前，是無法做到完全去中心化的BTC跨鏈的，但是，由於Taproot升級帶來了Schnorr簽名和MAST合約，讓完全去中心化的比特幣跨鏈成為現實。

Schnorr簽名是一種比橢圓曲線簽名更適合比特幣的簽名算法（不是我說的，當時中本聰創造比特幣時，其實是想用Schnorr簽名的，但是當時Schnorr簽名還未開源，2009年Schnorr簽名開源後，經過長達12年的考察和驗證，最終於2021年比特幣Core通過Taproot升級把Schnorr簽名正式引入了比特幣，以太坊也一直想支持Schnorr簽名，但是由於升級簽名算法涉及以太坊的帳戶體系等複雜問題，因此以太坊一直沒有升級為Schnorr簽名。）

Schnorr簽名最大特點是聚簽，可以實現1000個比特幣地址來簽名管理同一筆資產，不僅可以實現簽名的隱私性，還可以讓1000個簽名提交的數據合併為一筆，徹底解決多重簽名帶來的數據堆積問題，因此，Schnorr簽名可以突破原來比特幣最多15重多簽的限制，實現完全去中心化的簽名管理。

而Mast合約，全稱Merkle Abstract Syntax Tree，是使用默克爾樹來加密複雜的鎖定腳本，其葉子是一系列相互不重疊的腳本，支出時，只需披露相關腳本以及從該腳本通向默克樹根的路徑。

簡單理解Mast合約就是等效於VM的功能（類智能合約功能），可以通過指令來執行既定的操作，比如，Mast合約+Schnorr簽名的組合，可以通過觸發Mast合約來讓參與去中心化資產管理的1000個節點進行簽名，從而智能化地按照合約制定的規則來執行比特幣的進出與花費，這裡沒有任何人為的干預，完全靠合約執行，從而實現比特幣的去中心化管理。

Schnorr簽名+Mast合約的有機組合，就可以實現完全去中心化的BTC Layer2。為了方便理解，我們以BTC Layer2項目BEVM為例（BEVM就是使用了Schnorr簽名+Mast合約來實現的），來看完全去中心化的BTCLayer2是如何實現的。

當用戶把比特幣主網的BTC跨到BEVM時，用戶的BTC進入1000個節點托管的合約地址內，然後，同時在BEVM即BTC Layer2網絡按照1:1的生成新的BTC，當用戶發出把BTC從BEVM跨回主網的指令時，BEVM網絡節點將觸發Mast合約，1000個托管資產的節點將按照既定的規則自動簽名，把BTC返回到用戶地址。整個過程，實現了完全的去中心化和無需信任。

從以上內容可以看出，通過使用Taproot帶來的Mast合約+Schnorr簽名的組合，比特幣也可以和以太坊Layer2一樣實現完全去信任的跨鏈，這是實現完全去中心化的BTC Layer2最重要的第一步。

2、Layer2網絡的賬本一定是安全且無需信任的。

以太坊Layer2的賬本是由定序器管理，在處理交易時，是按照一定比例，一般是10:1的比例，把Layer2的賬本roullp後打包上傳到以太坊主網，然後由以太坊節點驗證，但是，以太坊Layer2的定序器（就是Layer2網絡的運行節點，一般都只有官方1個節點）是完全中心化的，均是由Layer2官方來運行和掌握。

如此中心化的設計如何取得用戶信任呢？主要是通過把Layer2的賬本roullp打包到以太坊主網讓礦工節點驗證，如果用戶不信任該賬本，可以通過發起鏈下檢舉來驗證賬本，因此，Op-Roullp又被稱為樂觀證明，就是其信任假設是樂觀地認為官方不作惡，如果作惡，可以通過檢舉來證明。這些組合設計，基本可以保障Layer2賬本是可信的。

但是，這也導致以太坊Layer2有定序器單點風險，也導致Layer2上的ETH等資產是不抗審查的，是可以被外部力量強制凍結的，因為，ETH Layer2排序器就官方自己一個節點，是可以被中心化控制的。這也將導致ETH Layer2的資產規模是有上限的，因為，很多大資金將因為不抗審查的問題而不敢進入，試想，如果你有10萬枚ETH，你敢把這些資產跨到一個不抗審查的以太坊Layer2嗎？昨天Arbitrum網絡宕機事件也暴露了定序器單點風險的問題。

同時，這裡還衍生出兩個對於用戶不友好的問題：

a、由於Op-Roullp有一個7天期限的檢舉機制，因此，當用戶把ETH從Layer2跨回以太坊主網時，至少需要過完7天的檢舉期。

b、由於ETH Layer2的定序器完全是項目官方一個節點在控制，因此，ETH Layer2的跨鏈及交易手續費完全由項目官方獨享的（據悉Base、ZKsync等ETH Layer2每月排序器營收超500萬美金，高峰時超1000萬美金），而Layer2用戶無法分享這些網絡增長紅利。

那麼，比特幣Layer2如何實現賬本可信呢？

我們仍以BEVM為例，前面我們提到，BEVM是通過Mast合約+Schnorr簽名的組合來實現比特幣去中心化跨鏈，而為了實現Layer2和Layer1的實時通訊，BEVM的網絡是完全運行的比特幣輕節點，因此BEVM是由1000個比特幣輕節點組成的可信網絡。

為了保障Layer2賬本絕對安全，保證網絡節點不作惡，BEVM借鑒了比特幣網絡的經濟學博弈機制，BEVM把托管比特幣的節點和Layer2網絡運行的節點合二為一，即通過質押資產運行Layer2網絡的節點也是托管BTC資產的節點，同時，BEVM設計了一套完全基於經濟學的自動化動態質押機制，即保證BEVM的Layer2節點質押的BTC/主網代幣的總價值永遠大於其托管的資產價值，以經濟學博弈的機制來保障Layer2的網絡節點沒有動力作惡，從而保障Layer2的賬本是絕對安全可信的。

除此之外，BEVM的設計還帶來兩個好處，這也是以太坊Layer2所不具備的：

a、BEVM的網絡節點是完全去中心化的，不是由某個項目方控制的，因此，BTC在BEVM這個Layer2上是抗審查的，是任何力量都無法凍結的，是可以與比特幣主網隨時互跨進出的。因此，可以解決大資金的信任問題。

b、由於BEVM網絡是由去中心化節點運行的，因此，產生的跨鏈及網絡手續費是與節點、用戶共享的，不是項目方獨享的。

三、比特幣Layer2的正確道路

通過上文的對比，可以清晰看到比特幣Layer2和以太坊Layer2的異同，由於比特幣以太坊先天的不同，因此，在設計比特幣Layer2時，不能照搬照抄以太坊Layer2模式，而是應看透Layer2本質，結合比特幣特點，才能走出比特幣Layer2的正確道路。

比特幣Layer2的正確設計方向：

1、比特幣Layer1天然不是圖靈完備的，比特幣極簡的UTXO設計和區塊空間無法驗證運算複雜數據和程序，因此，企圖通過客戶端驗證或者在比特幣有限的UTXO及區塊空間內做改良方案，是不可行的，該方向不僅實現方案極其複雜，而且應用場景有限，最多只能支撐發行資產，想去拓展更高性能的Layer2方向，是行不通的。唯一正確的方向是把BTC以去中心化的方式跳脫到Layer2，從而實現更複雜更高性能的場景拓展。

2、一定要解決比特幣去中心化跨鏈到Layer2的問題，這是一切的基礎。通過Hash時間鎖、掛鉤、封裝、多簽等傳統的比特幣跨鏈方式很難取得用戶的信任。比特幣2021年Taproot升級帶來的Mast合約+Schnorr簽名的技術組合，可以解決比特幣去中心化跨鏈問題，也是比特幣Layer2非常值得探索的方向。

3、在保障Layer2賬本安全可信這一點，絕對不能照抄以太坊Layer2的模式，試圖通過roullp的方式把BTC Layer2賬本壓縮打包到比特幣鏈上去驗證，這一點是不可行的，因為，比特幣區塊鏈不支持OP或者ZKP的驗證，礦工不會參與Layer2賬本的驗證，把這些賬本存到比特幣鏈上只是個存證，沒有任何意義。要保障Layer2賬本安全，可以學習比特幣的經濟學博弈機制，通過經濟學和博弈論的層面來設計節點動態質押機制，從而實現Layer2網絡節點沒有動力作惡，從而保障Layer2的賬本安全。

當然，我們也寄希望於未來比特幣再次進行BIP級別的升級，實現比特幣網絡可以驗證OP或者ZKP，比特幣礦機可以進行ZKP計算，此時ZK-roullp可以進入比特幣網絡，那時，比特幣Layer2則可以實現更終極的方案。但是，這可能是未來5-10年甚至更久才能實現的事。

基於以上分析，我們可以看到，目前最落地可行的BTC Layer2方案是基於Taproot升級帶來的Mast合約+Schnorr簽名，結合比特幣輕節點動態質押網絡實現Layer2和Layer1的實時通訊和網絡安全，從而實現真正去中心化的比特幣Layer2，而這正是BEVM已經實現落地的方案（具體細節可以參考BEVM白皮書：https://github.com/btclayer2/BEVM-white-paper）

那麼，比特幣Layer2有機會超越以太坊Layer2的體量嗎？

答案幾乎是肯定的：

我認為至少有以下幾個原因：

1、目前已經有完全去中心化的BTC Layer2方案可以使用。

在沒有完全去中心化的方案之前，最大的比特幣封裝資產是通過中心化機構Bitgo發行的WBTC，目前約65億美金規模。在完全去中心化的方案出現後（如BEVM），預測該市場可以再增長5-10倍以上，體量可以達到325億-650億美金，遠遠大於ETH Layer2目前的200億美金總TVL（該數據包含了跨鏈的ETH和ETH Layer2上的其他資產，實際跨鏈的ETH遠沒有達到200億美金）

2、比特幣由於天然是圖靈不完備的，因此，比特幣要發展生態比以太坊更需要Layer2，因此，未來將會有大量BTC到Layer2去構建各類去中心化的BTC應用。這是市場需求決定的。

3、比特幣Layer2可以比以太坊Layer2更抗審查，更容易獲得用戶尤其大資金的信任和青睞。

4、比特幣市值是以太坊市值的3倍，目前ETH Layer2的總TVL約200億美金，約占以太坊市值的10%；按照同樣的比例，如果未來10%的BTC進入比特幣Layer2，整個TVL將達到850億美金，是以太坊Layer2體量的3倍之多。

總結：

Layer2解決方案最早起源於比特幣生態，發揚於以太坊生態。

以太坊Layer2目前的方案並不是完美的，也不是L2的終極方案，更不能作為所有L2的唯一參考標準。

比特幣Layer1天然是圖靈不完備的，而且，比特幣極簡的UTXO和有限的區塊空間也無法處理複雜的數據和計算。因此，比特幣要發展生態必需Layer2，而且是完全去中心化的比特幣Layer2。

2021年比特幣Taproot升級之前，比特幣無法做到完全去中心化的Layer2方案，但是，Taproot升級帶來的Mast合約+Schnorr簽名，實現了完全去中心化的BTC跨鏈，因此，但是可以完全去中心化的比特幣L2成為現實，BTC Layer2項目------BEVM給出了自己的答案。

比特幣Layer2不能完全照抄以太坊Layer2的方案，需要結合比特幣本身的特點去設計。

最後，比特幣的Layer2體量將超越以太坊Layer2的體量，這是必然趨勢！