Layer N：构想模块化区块链的理想架构

主要内容

• L2生态系统不断发展，但与证明系统和网络互操作性相关的用户体验仍有改进的需求。

• Layer N是一个L2网络，专为以太坊生态系统中的金融应用而设计。其最显着的特点是ZKFP证明系统，通过引入ZK技术解决了欺诈证明系统的缺点。

• 此外，Layer N采用EigenDA来提供经济实惠的数据可用性，并结合IRC协议来解决互操作性问题。

1. 简介

1.1 L2生态系统仍在增长

在最近的市场下跌之后，区块链领域仍然有些停滞不前。然而，L2生态系统却在不可阻挡地增长。L2的TVL（总锁定价值）持续攀升。在项目方面，自从推出Optimism和Arbitrum以来，已经稳定发布了通用rollup，如zkSync Era、Base、Polygon zkEVM和Linea。此外，利用OP-Stack和Polygon CDK等框架的新型应用rollup不断涌现。

1.2 现有Rollup的局限性

虽然L2生态系统确实取得了显着增长和各种技术改进，但仍有许多挑战需要解决。除了与rollup网络相关的直接安全问题，如证明系统的开发、逃生舱以及rollup合约的可升级性之外，用户体验还有很大的改进空间。

1.2.1 欺诈证明系统

第一个需要改进的领域是欺诈证明系统引起的用户体验问题。Optimistic rollup依赖于该系统来依赖以太坊网络安全。Optimistic rollup的运作方式是假设网络执行最初是有效的，留出大约7天的争议窗口来验证执行的有效性。在此期间，验证者会检查1)提交给以太坊网络的Optimistic rollup的状态根摘要，以及2)提交给数据可用性层（以太坊）的交易数据。如果某些内容无效，他们可以生成欺诈证明。

当前的欺诈证明系统面临多个挑战。一个值得注意的问题是大约7天的争议窗口。虽然现在，由于LayerZero和Orbiter等第三方桥的存在，在Optimistic rollup和其他网络之间转移资金可以绕过7天的争议期，但从Optimistic rollup直接转移到以太坊网络仍然需要等待这7天的时间，这大大降低了用户体验。

其次，欺诈证明系统效率低下，可能会损害安全性。生成欺诈证明的最直接方法是在以太坊网络上链上重新执行有问题的rollup区块的全部内容。然而，这种方法的缺点是会产生大量的gas费用。为了解决这个问题，Arbitrum使用交互式欺诈证明系统，而不是重放整个区块。这涉及证明者和验证者通过不断二分交易来交互式地缩小错误的执行范围，直到找到错误的指令。只有这个指令才会在链上执行，这样做的好处是消耗更少的gas费用。

来源：Arbitrum

尽管如此，欺诈证明系统仍然存在问题，特别是关于如何验证链上和链下执行是否发生在相同的环境中。为了使欺诈证明系统正常运行，指令必须在rollup和以太坊中以相同的方式执行。为了实现这一点，Optimism使用MIPS，Arbitrum使用WASM，这两者都是有利于生成欺诈证明的虚拟机。然后，Geth EVM Go语言被编译成适合这些系统的低级语言。

来源：Specular

这个过程增加了系统的整体复杂性，从而扩大了TCB（可信计算基础）的规模。TCB是指包括软件和硬件在内的可以影响系统安全性的组件。较大的TCB意味着更多的攻击向量，可能会损害系统的整体稳定性。为了对抗Optimistic rollup中的这个问题，一个名为Specular的项目试图建立一个EVM原生的欺诈证明系统。

1.2.2 有效性证明

与Optimistic rollup相反，zk-rollup利用基于零知识技术的有效性证明系统。这证明了链下执行的有效性，消除了大约7天争议期的需要。因此，zk-rollup用户可以在几个小时内提款到以太坊网络。然而，zk-rollup有一个缺点：验证链上有有效性证明所需的巨大计算能力和成本。由于zk-rollup不断生成有效性证明，因此创建和验证它们的链上会产生持续的费用和计算需求。

1.2.3 互操作性

互操作性是各种rollup网络和框架中主要的改进点之一。由于OP-Stack和Arbitrum Orbit等rollup框架以及Caldera、Conduit和AltLayer等Rollup-as-a-Service (RaaS) 项目，已经启动了许多rollup网络。然而，这些仍然基本上是孤立或孤立的网络，几乎没有通信基础设施用于rollup网络之间的资产转移或同步消息传递。解决这个问题的主要提议解决方案有两个：1) 使用ZKP进行跨链消息传递，如Polygon CDK，以及2) 采用共享排序器。有关rollup网络内互操作性的更多信息，请参阅“以太坊Rollup框架中的互操作性：Polygon CDK、OP-Stack、ZK-Stack”。

2. Layer N

2.1 简介

Layer N旨在成为以太坊的金融超层，设计为L2网络，专为以太坊生态系统的金融应用而定制。鉴于以太坊网络的可扩展性有限，在其上构建应用程序具有挑战性。为解决这个问题而推出的L2网络通常缺乏强大的互操作性和可组合性。Layer N着手解决这些缺点。Layer N的优势包括：

• 超高性能 - Layer N的产品之一Nord是为交易优化的L2网络，旨在成为一个链上纳斯达克。

• Rollup间通信 - Layer N中的L2网络具有内置的通信协议，允许它们无缝通信。

• 共享流动性 - Layer N的L2网络共享排序器，该排序器与Rollup间通信（IRC）协议相结合，可实现即时桥接。这为用户提供了一种体验，就像他们正在利用一个单一的流动性池一样。

• 以太坊L2 - Layer N的L2网络利用了以太坊网络和EigenDA的ETH re-staker，因此受益于以太坊的安全性。

那么，与其他L2解决方案相比，Layer N在技术上的区别是什么，使其能够实现这些目标？Layer N能够1) 通过使用共享排序器来提高rollup之间的互操作性和可组合性，2) 通过采用基于零知识的欺诈证明系统（ZKFP）来增强传统证明系统存在的UX问题，ZKFP是欺诈证明和有效性证明系统之间的一种折衷方案。

由于这些创新方法，Layer N得以获得知名VC的投资。种子轮由 Founders Fund 和 dao5 共同领投，SALT、Kraken Ventures、Mirana Ventures、GSR、Amber Group、Spencer Noon、Karthik Raju 等跟投。

2.2 架构与特点

2.2.1 Layer N Rollup

Layer N是多个L2网络的集合。Layer N中的L2网络可以利用EigenDA的数据可用性、Layer N的共享排序器和RISC Zero的zkVM。Layer N中包含的L2网络包括：

• N-EVM - 一个公共EVM rollup网络，允许任何人在其上部署以EVM兼容语言编写的智能合约。

• Nord - 一个为交易优化的订单簿rollup网络，旨在与Web 2.0金融基础设施的性能相匹配。由于它是用Rust实现的，因此其性能非常出色，拥有高达100,000 tps和低于100ms的延迟。它还允许跨保证金和跨抵押功能，此外，Nord可以通过IRC协议与N-EVM无缝通信。Nord将是于2023年推出的第一个产品。

• NordX - 一种机构级rollup解决方案，允许机构定制构建rollup网络以满足他们的需求。

2.2.2 数据可用性

Rollup网络通过将交易数据作为calldata存储在以太坊网络上来完全依赖以太坊网络的安全性。鉴于以太坊区块中的空间有限，这导致了巨大的成本，成为rollup网络可扩展性的瓶颈。事实上，在2023年8月，Arbitrum每天花费2.6万美元到20.1万美元的以太坊网络gas费用只是为了存储交易数据，而zkSync Era始终支付7万到8万美元的gas费用。

Layer N 通过使用 EigenDA 作为其数据可用性层而不是以太坊网络来降低存储交易数据相关的成本。EigenDA 是一种利用 EigenLayer 的数据可用性服务。EigenLayer 是一种协议，允许已经在以太坊网络上质押的 ETH 代币在其他协议中重新质押，允许节点在不引入新的削减条件的情况下获得额外的奖励。本质上，运行 EigenDA 服务的节点是以太坊网络上的验证器。因此，虽然使用 EigenDA 的 rollup 网络可能无法完全受益于以太坊网络的安全性，但它们确实具有与 ETH 价值保持一致的优势。

来源：EigenLayer

作为参考，EigenDA 不是像 Celestia 或 Avail 这样的区块链网络，而是一个与代币经济集成的去中心化数据可用性委员会 (DAC)。ETH re-staker根据经济激励，负责处理rollup网络的交易数据。EigenDA 中数据的基本流程如下：

1. 排序器将rollup区块发送给分散器。

2. 分散器对rollup区块应用纠删码，将其分成块，并为它们创建KZG承诺和证明，然后将其发送给EigenDA运营节点。值得注意的是，rollup网络可以自己运行分散器，或者EigenLabs等第三方可以处理它。

3. EigenDA运营节点使用KZG承诺和证明验证和存储从分散器收到的块。然后，它们为其生成签名并将签名发回给分散器。

此外，据说某些 Layer N rollup能够引入签名聚合技术，将数据压缩大约 8-10 倍，从而导致极低的交易费用。

2.2.3 Rollup间通信 (IRC) 协议

Layer N 生态系统中的 Rollup 网络共享一个排序器。排序器接收来自 Rollup 网络中用户的交易，按顺序排列它们并创建区块。由于同一组排序器跨多个rollup网络生成区块，因此这些rollup的状态会一起结算，从而为Layer N的rollup在rollup之间实现原生通信提供环境。这意味着存在于多个rollup上的各种DeFi协议可以实现原子可组合性，就像它们位于单个网络上一样。

具体来说，Layer N 计划与 Hyperlane 合作，将 Hyperlane 链间安全模块 (ISM) 引入 EVM 和 SVM rollup。ISM 是一种智能合约，负责验证和传输链间消息。

在初始阶段，Layer N 的rollup计划共享一个单一的排序器。然而，未来有去中心化的计划，以提高抗审查性和公平性，并解决活跃性问题。排序器的去中心化将利用 EigenLayer，允许 ETH re-staker 作为排序器参与。每个rollup还计划在排序器之间的共识方面有所不同。例如，N-EVM 计划引入一种用于去中心化排序器的共识算法。对于订单簿rollup Nord 来说，延迟至关重要。它计划采用leader拍卖机制来显着降低延迟，而不是集成共识算法。

2.2.4 零知识欺诈证明 (ZKFP) 系统

来源：Layer N

Layer N 中的 Rollup 利用了一种名为 ZKFP 的新型证明系统，它是欺诈证明和有效性证明优势之间的一种折衷方案。如前言所述，欺诈证明系统需要大约 7 天的争议期，而有效性证明系统存在持续产生验证成本的问题。在 Layer N 的 ZKFP 系统中，主要使用欺诈证明系统，但在发生恶意活动的情况下，通过 ZKP 进行验证。ZKFP 系统的流程如下：

1. 重放 - 验证者根据 DA 层中的交易数据在本地重新执行。

2. 检测 -（如果发生欺诈），通过重放过程计算出的状态被检测为与提交给以太坊网络的状态不同。

3. 启动验证过程 - 验证者调用以太坊网络上的欺诈证明合约，质押资金，并冻结rollup网络上的存款和取款。

4. 证明生成 - 验证者使用 Risc Zero 的 zkVM 运行状态模拟，并创建一个 ZKP，以证明该状态不正确。

5. 链上验证 - 以太坊链上验证 ZKP。

6. 状态恢复模式 - 如果链上提交的 ZKP 有效，则以太坊rollup合约进入恢复模式以恢复状态。

在 Layer N 的 ZKFP 中，利用 ZKP 改进了传统欺诈证明系统中多次交互带来的效率低下，并进一步缩短了大约 7 天的提款期。此外，由于可以通过 ZKP 解决争议，因此无需像 Optimism 的 MIPS 或 Arbitrum 的 WASM 这样的额外虚拟机来生成欺诈证明，这具有减少攻击媒介的优势。

作为参考，Layer N 最终计划通过利用 Risc Zero 开发的 Bonsai Network 从 ZKFP 系统过渡到 zk rollup。

2.2.5 交易生命周期

来源：Layer N

最后，让我们深入研究一下 Layer N 中用户的交易流程。当用户向网络提交交易时，它们的顺序由共享排序器确定，然后由 VM 进行处理。一旦 VM 处理了这些交易，它们就被归类为“软确认”。只有当交易数据包含在 DA 层中时，它们才会转变为“硬确认”状态。如果交易数据成功提交到 DA 层，则计算出的状态将在以太坊网络上结算并最终确定。验证者不断检查 DA 层中包含的交易数据和提交给rollup合约的状态是否存在任何欺诈行为。如果它们不匹配，则使用 ZKFP 系统提交欺诈证明。

3. 总结

总之，Layer N 1) 使生态系统中的rollup网络能够通过共享排序器进行原子通信，并且 2) 改进了现有证明系统的问题，并通过 ZKFP 系统提供高用户体验。

Layer N 的方向与区块链的大规模采用非常吻合。对于区块链的广泛应用，安全性和可扩展性支柱是必不可少的。鉴于 Layer N 在以太坊上运行，它为庞大的用户群扩展了一个安全空间。假设单个网络无法处理大量用户，那么未来不可避免地会倾向于多链。生态系统中跨链能力的不足会对用户体验产生不利影响。但是，Layer N 提供了一个环境，各种rollup可以通过共享排序器进行交互，从而解决了这个问题。

从用户体验的角度来看，该网络不仅结合了 ZKFP 系统，而且还固有地提供了“Supercharged Features”。这些是一系列工具，如多链钱包，旨在提升开发人员体验。因此，Layer N 在基础设施和用户体验方面设想了最理想的未来。在此基础上，N-EVM、Nord 和 NordX 等rollup网络有望在以太坊的金融层中发挥作用。

感谢 Kate 为本文设计图片。

• 原文链接： 4pillars.io/en/articles/...
• 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～