一文了解通往 Layer-2 互操作性的道路

四句话总结

Layer-2 互操作性的意思使用户可以在 Layer-2 系统间迁移资金，并且在 Layer-1 上的摩擦力是尽可能小的。

本文所提及的 Layer-2 互操作性解决方案都基于我们之前建议使用的 “条件性交易密码学元件”。

StarkEx 2.0（预计在 2020 年 11 月推出）将使用链上的条件性交易来提供 Layer-2 to Layer-1 的互操作性（快速取款）。

StarkEx 3.0（预计在 2020 年 12 月推出）将使用链下的条件性交易来提供 Layer-2 to Layer-2 的互操作性（快速取款）。

背景

Layer-2 （L2）可扩展方案进步迅猛。以太坊主网上已经有很多个有效性证明系统了，也有不少欺诈证明系统已经推出测试网。L2 方案提供了可扩展性，但也有所牺牲：使用了 L2 方案，完全运行在 L1 上所能获得的一些好处就会被打破，或至少有所减损。我们不认为有某个 L2 解决方案能完美解决所有需要：不同应用对吞吐量扩展的需要大不相同。应用们自己会在丰富的 L2 设计库里面挑选自己合用的。

在进一步介绍以前，我们先对两个重要的术语下一个定义：

互操作性（Interoperability）：能让用户在应用1（初始环境）和应用 2（目标环境）之间高效转移资金

可组合性（Composability）：能在一笔交易中操作 app_1、app_2、···、app_n。（可组合性不是本文的主题。我们下次再专门聊。）

除了这些松散的定义，我们还需要一个增强版的条件性交易。这种重要的元件是产生互操作性的关键。

条件性交易（Conditional-Tx）：

这是一种密码学元件（此处是我们初次提出这种方案），可用来在免信任的区块链上实现互操作性。条件性交易，就是依赖于一些事件的发生或不发生（例如：某笔支付、某一次状态变更），来决定自身生不生效的交易。给个基本的概念就是，我们可以在初始环境中定义一笔条件性交易，然后等它指明的条件在另一个环境（也就是目标环境）中得到满足，它再生效。

循序渐进

在更好的解决方案缺位之时，至少，用户总能够把资金从初始 L2 迁回 L1 上，再转而投入目标 L2。这种粗暴的方式既慢又贵，而且随着需求量的增加会变得越来越慢、越来越贵。

所以我们要做得更好才行。实际上，我们计划按照下列步骤，循序渐进地实现更好的方案。

Phase I：StarkEx (L2) → Ethereum (L1) — 快速取款

“快速取款” 可以解决用户需要快速从 StarkEx 系统中取出资金到 L1 上的问题。它不仅仅能把资金发送到用户自己的 L1 地址上，也可以把资金发送到 L1 的任意目标地址上，比如 Compound、Aave，等等，都行。重要的是，用户取款的时延将以 “区块时间” 来衡量，与 StarkEx 为批交易生成证明的频率无关。

使用场景：Alice 希望把自己在 L2 的 dYdX 账户里的 1eth 发送到自己在 L1 的地址上。

参与者：

Alice（一名在 L2 上有存款的用户）

LP（在 L1 上有资金的一名流动性提供者）

初始环境中的 StarkEx 运营者（在上述例子中就是 dYdX）

- 图 1：快速取款流程 -

流程：（1）用户向 LP 传递一笔条件性交易，承诺支付 1eth（加上 LP 的手续费），条件是 LP 在 L1 上把 1eth 打给 Alice 的 L1 地址；（2）等 LP 在 L1 上给 Alice 打钱之后，该笔条件性交易生效；（3）LP 把该笔条件性交易发送给运营者，等待它被打包到下一批待证明的交易中；（4）等下一笔证明被提交到 L1 并得到验证之后，该 LP 的 L2 余额增加，反映他从 Alice 处得到的资金。

定期再平衡：该 LP 需要定期拿自己在 L2 账户中（逐渐积累）的资金来补充自己 L1 账户中（逐渐消耗）的资金。

Phase II：StarkEx (L2) → StarkEx (L2)

最开始的 StarkEx 是每个实例托管一个应用。到了这个阶段，我们希望用户能够在这些不同的应用之间快速地迁移资金。很像快速取款，我们也希望能帮用户尽可能降低链上的开销，并且不用等待自己的取款交易在 L2 上打包和证明。

使用场景：Aliece 想把自己在 L2_1 的 dYdX 账户上的 1eth 转移到她在 L2_2 上的 DeversiFi 账户上。

参与者：

Alice（一名在 L2_1 上有存款的用户）

LP（一名在 L2_2 上有资金的流动性提供者）

初始环境中的 StarkEx 运营者（在上述例子中就是 dYdX）

- 图 2：链下条件性交易流程 -

流程：（1）Alice 向 LP 传递一笔签过名的条件性交易，承诺在 L2_1 上支付支付 1eth（加上 LP 的手续费），条件是 LP 把 1eth 打到 Alice 的 L2_2 的账户上；（2）该 LP 在 L2_2 上给 Alice 支付；（3）该笔支付交易由 L2_2 的运营者打包进某个批次并提交证明，该证明在 L1 上验证；待该批次交易发布在 L1 上之后，该笔条件性交易就可以生效了；（4）该 LP 把该笔条件性交易提交给 L2_1 的运营者，由后者将它打包进自己要证明的下一个批次中；（5）等 L2_1 的下一批交易发布到 L1 上、且其证明经过了合约的验证之后，该 LP 在 L2_1 上的账户余额更新，反映 TA 从 Alice 处得到的数额。

定期再平衡：LP 需要定期平衡 L2_1 和 L2_2 中的资金，就看两个系统中的资金流向如何。

在此阶段，支持互操作性的主要成本将是 LP 的资金成本；要注意的是，他们的资金成本要经过一段时间才能回笼，也就是从向用户提供流动性、到运营者打包处理条件性交易这段时间。我们预计这个时间一开始会是几个小时（大部分时候是），然后随着（所有 StarkEx 应用中）吞吐量的增加而下降到证明的生成时间（几分钟）。

Phase III：L2→ L2

Phase II 基础上的延伸，让资金能够在任意 L2 之间迁移，无论是使用有效性证明的系统，还是使用欺诈证明的系统（Optimistic Rollup、Plasma）。这里要提醒的是，（相比于 zkRollup）Optimistic Rollup 在使用 LP 来实现互操作性时，资金效率会有一些劣势，这是不可避免的（见此处）（中文译本）

信任模型

现在我们来归纳一下所需的信任模型。

对用户来说

完全是免信任的。

对 LP 来说

LP 需要信任（初始环境中的）运营者，相信后者会处理他们的有效条件交易，也就是不会审查他们。这种信任需要可以用几种方式来消除。

如果 LP 的条件交易没有得到运营者的及时处理，LP 可以：

反审查：提交被审查的条件交易到链上的 “运营者” 智能合约中，让后者冻结运营者，使该运营者所提交的证明都不能得到处理。

安全押金：提交被审查的条件交易到链上的一个安全押金智能合约中，从该合约处直接接收资金。

计划

Phase I 将在2020 年 11 月登陆以太坊主网（即 StarkEx 2.0），而 Phase II 将在2021 年第一季度到来（即 StarkEx 3.0）。

Phase III 也将紧随其后。我们预计 L2 上的不同应用会有与其他 L2 上的应用互操作的需求，也渴望与其他 L2 方案提供者讨论解决方案。