Coinbase 的 Base L2 如何擴展以太坊？

剖析以太坊的擴展性挑戰

以太坊作為先驅智能合約平台，無疑徹底改變了區塊鏈領域。其強大且去中心化的特性，促成了從 DeFi 協議到 NFT 等龐大去中心化應用程式 (dApps) 生態系統的誕生。然而，這份成功也帶來了重大的擴展性挑戰。隨著網絡普及度激增，交易量也隨之飆升，導致用戶和開發者面臨幾個關鍵問題：

• 高昂的 Gas 費用：在需求高峰期，在以太坊主網（第一層，Layer 1）執行交易的成本可能會急劇上升。這些以以太幣 (ETH) 支付的「Gas 費用」，本質上是支付給網絡驗證者用於處理和保障交易安全的費用。當網絡變得擁擠時，對區塊空間的競爭會推高這些費用，使得微額交易或頻繁互動對許多用戶來說變得昂貴得令人望而卻步。
• 交易吞吐量緩慢：以太坊目前的權益證明 (PoS) 主網按順序處理交易，將其容量限制在每秒約 15-30 筆交易 (TPS)。與處理數千 TPS 的傳統支付系統相比，以太坊的速度可能成為瓶頸，導致高峰時段的確認時間過長。
• 網絡擁堵：高需求與有限吞吐量的結合導致了網絡擁堵。交易可能會卡在待處理狀態，有時甚至長達很長一段時間，這讓用戶感到沮喪，並損害了 dApps 的順暢運行。

這些挑戰凸顯了區塊鏈設計中的一個基本權衡，通常被稱為「區塊鏈不可能三角」(Blockchain Trilemma) —— 即難以同時實現去中心化、安全性和擴展性。以太坊的核心設計優先考慮去中心化和安全性，依靠第二層 (Layer 2, L2) 解決方案在不損害其基本原則的情況下解決擴展性問題。

Base：Coinbase 擴展以太坊的戰略路徑

Coinbase 作為全球最大的加密貨幣交易所之一，意識到這些擴展限制是加密貨幣大規模採用的重大障礙。為了應對這一挑戰，他們推出了 Base，一個開源的以太坊 Layer 2 區塊鏈。Base 不是以太坊的競爭對手，而是其擴展，旨在通過分流交易處理來增強現有網絡的能力，同時繼承以太坊強大的安全性。

Base 開發背後的主要目標是：

• 大規模採用：為數百萬新用戶創造一個易於訪問且高效的環境，讓他們進入去中心化經濟。
• 開發者友好：為開發者提供一個具有成本效益且熟悉的平台，利用現有的以太坊工具和基礎設施來構建和部署 dApps。
• 開放且去中心化：培育一個開源生態系統，隨著時間的推移向更高度的去中心化演進，使更廣泛的以太坊社群受益。

Base 的一個顯著特點是其深思熟慮後決定「不」發行自己的原生代幣。相反，Base 使用以太幣 (ETH) 作為其支付 Gas 費用的原生貨幣。這一選擇簡化了用戶體驗，消除了通常與新 L2 代幣相關的投機壓力，並進一步使 Base 與以太坊生態系統保持一致。持有 ETH 的用戶可以無縫地與 Base 互動，而無需獲取另一種資產。

Rollup 機制：Base 的擴展引擎

Base 通過採用 Rollup 技術實現其擴展性，這是領先的 Layer 2 擴展解決方案。Rollup 的本質是將數百甚至數千筆鏈下交易「打包」(Roll up) 或彙總成單一的壓縮交易，然後提交給以太坊主網。這顯著減少了 Layer 1 所需的數據量和計算工作，從而降低了成本並提高了吞吐量。

Rollup 主要有兩種類型：樂觀彙總 (Optimistic Rollups) 和零知識彙總 (Zero-Knowledge Rollups, ZK Rollups)。Base 是作為 Optimistic Rollup 構建的，特別是利用了由 Optimism 開發的開源 OP Stack。

深入了解 Optimistic Rollups

Optimistic Rollups 基於一個「樂觀」假設：即所有在鏈下處理的交易默認都是有效的。這種方法提供了多項優點和特定機制：

1. 鏈下執行：提交給 Base 的交易在 Base L2 網絡上進行處理和執行，與以太坊主鏈分開。這種鏈下處理速度更快、成本更低。
2. 批次處理與壓縮：一個被稱為「排序器」(Sequencer) 的指定實體收集大量交易，將它們分組打包並壓縮其數據。
3. 發布到 Layer 1：壓縮後的交易批次連同加密承諾（狀態更改的摘要）隨後被發布到以太坊主網。這些數據以 calldata 的形式發布，這是以太坊上成本較低的存儲方式。
4. 欺詐證明與爭議期：由於 Optimistic Rollups 假設交易有效，因此需要一種機制來挑戰任何潛在的欺詐行為。在交易批次發布到以太坊後，會有一段「爭議期」（通常為 7 天）。在此期間，任何人如果檢測到批次中的無效交易，都可以提交「欺詐證明」。
   • 欺詐證明的工作原理：如果提交了欺詐證明，有問題的交易將在以太坊主網上重新執行。如果被發現確屬欺詐，提交無效批次的排序器將受到懲罰（通常是罰沒其質押金額），且無效交易會被撤銷。
   • 提款延遲：爭議期對安全性至關重要，但也為希望將資產從 Base 撤回以太坊的用戶帶來了延遲。這段延遲是必要的，以便留出足夠的時間來檢測和挑戰任何潛在的欺詐。

通過將絕大部分計算和存儲轉移到鏈下，像 Base 這樣的 Optimistic Rollups 極大地增加了每秒可以處理的交易數量，同時仍然繼承了以太坊強大的安全模型。安全性源於所有交易數據最終都錨定在以太坊上，並且任何欺詐活動都可以在 Layer 1 上被挑戰和證實。

Base 的技術基礎：OP Stack 與 EVM 相容性

Base 的技術架構建立在模組化、開放性和相容性的原則之上。其對 OP Stack 的選擇尤為重要。

OP Stack 詳解

OP Stack 是由 Optimism 創建的標準化、模組化且開源的開發堆棧。它為構建自定義 Optimistic Rollup 鏈提供了基礎框架。OP Stack 的關鍵方面包括：

• 模組化設計：開發者可以挑選組件（例如執行引擎、爭議系統、數據可用性層）來創建量身定制的 L2 鏈。這種靈活性允許創新和優化。
• 共享基礎設施：通過在共同的堆棧上構建，各個 L2 可以潛在地共享基礎設施、工具甚至安全機制。這促進了「超級鏈」(Superchain) 的願景，即多個基於 OP Stack 構建的 L2 可以無縫互操作並共享流動性，作為一個單一且具凝聚力的網絡運行。
• 開源：OP Stack 的開源性質促進了透明度、安全審計和社群貢獻，確保其持續改進和彈性。

Base 採用 OP Stack 意味著它可以從廣大 Optimism 社群進行的持續開發和安全改進中受益。這也使 Base 與不斷增長的互連 L2 生態系統保持一致。

EVM 相容性

至關重要的是，Base 與 EVM (以太坊虛擬機) 相容。EVM 是以太坊上智能合約的運行環境。其相容性意味著：

• dApps 易於遷移：開發者只需更改極少量代碼，即可輕鬆將其現有的以太坊 dApps 移植到 Base。這顯著降低了想要利用 Base 低成本和高吞吐量優勢的開發者的門檻。
• 熟悉的工具：開發者可以繼續使用他們在以太坊開發中已經使用的熟悉工具、語言（如 Solidity）和開發環境（如 Hardhat 或 Truffle）。這縮短了學習曲線並加速了開發週期。
• 用戶體驗：用戶可以使用其現有的以太坊錢包（如 MetaMask）與 Base dApps 進行互動，提供無縫且熟悉的體驗。

數據可用性與安全性繼承

為了確保 Optimistic Rollup 的安全，所有交易數據最終必須在 Layer 1 區塊鏈（以太坊）上可用。Base 通過定期將壓縮的交易批次和狀態根作為 calldata 發布到以太坊來確保這一點。這種機制至關重要，原因有二：

1. 欺詐證明：如果數據在 L1 上可用，任何人都可以重構 L2 狀態並驗證交易的有效性。這使欺詐證明機制能夠有效運作。
2. 抗審查性：即使 Base 的排序器離線或因審查交易而採取惡意行動，由於所有必要數據的公開可用性，用戶仍可以通過將交易直接提交給 L1 合約來強制執行其交易。

通過將其運作錨定在以太坊主網，Base 直接繼承了以太坊強大安全性的大部分。以太坊去中心化的驗證者網絡提供了最終的結算層，並確保了 Base 所提交數據的完整性。

Base 為以太坊生態系統帶來的優勢

Base 融入以太坊生態系統為用戶、開發者和更廣泛的去中心化網絡提供了諸多好處：

1. 徹底降低交易成本

這可能是用戶最直接、最有感的益處。通過在鏈下處理交易，然後將其打包成單一的壓縮 L1 交易，Base 極大地降低了每筆交易的成本。這為以前因以太坊主網 Gas 費過高而經濟上不可行的 dApp 用例開闢了可能性。

2. 顯著提高交易吞吐量

Base 每秒可以處理數百甚至數千筆交易，與以太坊 L1 的容量相比有了質的飛躍。這種提高的吞吐量減少了網絡擁堵，並帶來更快的交易確認，提升了整體的用戶體驗。

3. 增強的用戶體驗

除了更低的費用和更快的速度，Base 還為與 dApps 互動提供了一個更無縫且響應更迅速的環境。這可能導致：

• 更頻繁且複雜的互動：用戶可以負擔得起與 dApps 進行更深入的參與，而不必擔心累積高昂的交易成本。
• 新用戶入駐：新加密用戶的進入門檻顯著降低，他們通常會被高昂的費用嚇跑。
• 遊戲和微支付應用：這類應用需要極低的延遲和成本，而 Base 可以提供。

4. 開發者友好環境

• EVM 相容性：如前所述，開發者可以利用現有的知識、代碼庫和工具，加速開發進程。
• 開源 OP Stack：營造了一個協作環境，允許開發者為共享的基礎設施和創新做出貢獻並從中受益。
• 降低開發成本：更低的交易成本也意味著在 L2 上進行測試和部署的成本更低。

5. 利用 Coinbase 的生態系統和觸達力

Coinbase 的參與是 Base 的一項重大戰略優勢。它與 Coinbase 龐大的用戶群（數千萬認證用戶）和產品套件的直接整合，為大規模採用創造了強大的入口。這可能促進：

• 無縫的出入金管道：更輕鬆地在法定貨幣與加密貨幣之間轉換，並直接進出 Base 生態系統。
• 整合的錢包體驗：Coinbase 應用程序內具備原生錢包支持的潛力，簡化了用戶訪問。
• 品牌信任：Coinbase 在加密領域建立的聲譽可以讓探索 L2 的新用戶產生信心。

6. 漸進式去中心化與「超級鏈」願景

雖然 Base 像許多處於早期階段的 L2 一樣，一開始具有一定程度的中心化（例如由 Coinbase 控制單一排序器），但其基於 OP Stack 的基礎支持了邁向更高程度去中心化的路徑。OP Stack 的「超級鏈」願景旨在建立一個由標準化 L2 組成的互連網絡，共享流動性和安全性。隨著 Base 的成熟，它計劃逐步使其排序器和治理去中心化，進一步增強其韌性和抗審查性。

7. 無原生代幣：簡潔且專注於實用性

Base 放棄原生代幣的決定簡化了其經濟模型。Base 不依賴新代幣來激勵網絡參與者或產生收入，而是純粹專注於為以太坊生態系統提供實用價值。這種設計選擇可以帶來：

• 減少投機：用戶和開發者可以參與 Base，而無需面對額外投機資產的波動或複雜性。
• 更清晰的價值主張：其價值主張完全基於其提供廉價、快速和安全交易的能力。
• 直接與以太坊保持一致：通過使用 ETH 支付 Gas，Base 直接為以太坊的實用性和需求做出貢獻，強化了其作為基礎 Layer 1 的角色。

Base 面臨的挑戰與未來考量

儘管具備顯著優勢，但 Base 作為一項不斷發展的技術，仍面臨某些挑戰和考量：

1. 排序器的初始中心化

在目前形式下，Base 的排序器（負責排序和打包交易的實體）由 Coinbase 運營。雖然這在早期階段可以確保高效可靠的運作，但也引入了單點故障以及潛在的審查或停機風險。Base 的路線圖包括隨時間推移實現排序器的去中心化，這對於實現長期的抗審查性和網絡魯棒性至關重要。

2. Optimistic Rollups 的提款延遲

Base 的「樂觀」性質意味著用戶在將資產從 Base 撤回以太坊主網時，會面臨約 7 天的爭議期。雖然這種延遲對於通過欺詐證明確保安全性至關重要，但對於需要立即在 L1 上獲取資金的用戶來說可能不便。雖然存在「快速橋」(Fast bridges) 等解決方案（涉及第三方流動性提供者收費為用戶墊付資金），但它們引入了額外的信任假設。

3. L2 領域的競爭

L2 生態系統充滿活力且競爭激烈，其他老牌 Optimistic Rollups（如 Optimism、Arbitrum）和 ZK-Rollups（如 zkSync、StarkNet）都在爭奪用戶和開發者。每個 L2 都有其獨特的權衡，Base 必須通過其技術進步、生態系統整合以及對更廣泛以太坊願景的承諾來持續保持差異化。

4. 智能合約風險

雖然 Base 在底層數據可用性和欺詐證明系統上繼承了以太坊的安全性，但管理 Base L2 本身的智能合約（例如橋接合約、排序器合約）仍可能存在潛在的漏洞或弱點。強而有力的審計和持續的安全實踐至關重要。

5. 以太坊自身的演進：原型分片 (Proto-Danksharding, EIP-4844)

以太坊的持續開發，特別是像 EIP-4844 (Proto-Danksharding) 這樣的升級，將顯著影響 L2 格局。Proto-Danksharding 引入了一種新的交易類型，允許將數據「團塊」(Blobs) 附加到區塊中，為 Rollup 提供比當前 calldata 便宜得多的數據可用性。這將進一步降低 L2 交易成本並提高吞吐量，使 Base 和其他 Rollup 的運作更加高效。Base 的設計已做好準備與這些未來的以太坊升級整合，持續利用底層 Layer 1 的進步。

Base 對以太坊生態系統的更廣泛影響

Base 代表了以太坊擴展歷程中的關鍵一步。通過提供低成本、高吞吐量的環境，它直接解決了網絡長期以來的局限性，為以下方面鋪平了道路：

• 新用例：使需要微支付、頻繁互動或高交易量數據處理的應用程式（例如去中心化社交媒體、遊戲、身份解決方案）能夠在一個安全、與以太坊保持一致的平台上蓬勃發展。
• 增加網絡容量：從以太坊主網分流大量交易量，為關鍵的高價值交易釋放 L1 資源，並改善整體的網絡健康狀況。
• 促進創新：降低開發者實驗和部署 dApps 的門檻，加速 Web3 領域內的創新步伐。
• 主流入駐：Coinbase 的觸達力和受信任的品牌可以作為強大的管道，向數百萬新用戶介紹去中心化金融和應用程式的好處，而無需承受高昂交易成本的典型摩擦。
• 實現「模組化區塊鏈」願景：Base 為模組化區塊鏈架構的更廣泛願景做出了貢獻，在這種架構中，以太坊充當安全、去中心化的結算層，而像 Base 這樣的 L2 則負責執行和擴展。

本質上，Base 不僅僅是在擴展以太坊；它在擴展以太坊的觸角，使其強大的功能惠及更廣泛的受眾，並開啟新一代去中心化應用程式。它體現了一個主要的中心化實體為貢獻於開放、去中心化的互聯網未來所做的戰略舉措，強化了在以太坊基礎安全性之上構建更高效、更具包容性的數位經濟的集體努力。未來的道路涉及持續的技術演進、漸進式去中心化和協作開發，但 Base 已牢牢確立了自己作為追求可擴展以太坊進程中的重要參與者地位。