什么是区块链中的Layer3？

Layer3是指在Layer2之上的更高级别的协议和应用层。它建立在Layer1和Layer2的基础上，为用户提供更丰富、多样化的功能和服务。Layer3可以包括去中心化应用（DApps）、智能合约、身份验证系统、资产管理工具等。以太坊上的大部分应用和协议都属于Layer3。

不过Layer3的想法还在非常早期阶段，现在下定论显然有失偏颇。Layer3的最终形态需要基于开发者探索、实战检验和实际需求。

以下将通过Layer3的一种构建思路——StarkWare提出的多层网络结构图，进一步分析。

StarkWare的多层网络

以太坊多层网络的实践设想最早由StarkWare团队在文章”FractalScaling:FromL2toL3″中提出。在这种设计中，现在的Layer2是一种generalpurpose的扩容，在此之上，Layer3做定制化的扩容。

StarkWare提出的多层网络结构图

StarkExVolition（rollup+validium）→低成本扩容

在Layer2的方案中我们已经熟悉了Validiums，一种通过SNARK算法对计算结果进行验证，数据不上传Layer1而是依赖于validator托管的扩容方案。

由于数据存在链下而非直接发布到Layer1，Validium降低了gas成本并提供了更好的privacy（数据并不向public公开）。但是从去中心化和安全性的角度看，DataAvailability依赖于第三方委员会，因此Validiums使用并不广泛。

StarkExVolition为Dapp提供了一种混合模式，可以选择将数据放到链上以保证安全性（StarkExRollup）或者放到链下以获取更低的成本（StarkExValidium）。目前StarkEx仍然是Layer2的扩容方案，但是在StarkWare后续的架构设计中，StarkEx完全可以作为一种打开Layer3大门的通道，在StarkNet通用扩容的基础上进一步为特定的dapp降低成本。

App-specificStarkNet→定制化扩容

我们知道Layer2的电路设计是为了服务所有Dapp，这意味着工程师设计电路的首要考虑是兼容性。因此现在的电路设计一定程度上牺牲了效率，并没有针对特定的Dapps进行优化。

这对于强交互性的Dapp来说是一种的瓶颈，比如注重游戏体验和实时玩家交互的web3游戏。App-specificStarkNet可以为帮助对性能要求较高的Dapp定制化地进行设计以达到更高的performance。

这个场景下Layer2解决用户编程和可组合性的问题，而Layer3定制化地针对项目方提供更高的性能。比如一个Dapp不需要和其他Dapp共享电路资源，并获得定制化的电路设计，或是由Layer3提供更高效的存储结构会数据压缩服务。

StarkNet（Validiums）→低成本扩容

类似于StarkExVolition，在Layer3中将Validiums作为一种低成本的扩容方案，让一些对价格敏感的Dapp获得更低的成本。

PrivacyStarkNet→定制化功能

对隐私功能的实现，某种程度上也可以看作app-specificdesign。虽然ZK-rollup对privacy友好，但出于去中心化和安全性的考虑，用户的交易数据仍需要在压缩后通过calldata发布到Layer1作为historylog，让所有用户都可以成为prover进行验证。

因此以扩容为目的的rollup并不能实现privacy。Layer3的能很方便的解决了这一痛点，对于一些强隐私需求的用户，定制化地在rollup甚至rollupofrollup的基础上实现隐私功能。

Layer3的价值

4个字概括的话，就是“降本提效”。

1、深入分析成本

StarkWare这种Layer3的架构带来最大的想象力在于对成本的优化，或许随着技术飞速迭代，之后会有更多Layer3杀手级的设计，但成本永远是我们需要直视的话题，同样也是当初设计Layer2的原因。

从降低gasfee的角度出发，现在Layer2的rollup不可能以理论速度在极短的时间（比如赶在以太坊出块时间12-14s内）将rollup链上的交易打包成batch并（生成proof）提交到Layer1验证。原因有以下两点组成：

1. 原提交batch到Layer1会产生不低的成本，根据Vitalik的说法每个batch的成本>400,000gas；
2. Rollup链上单位时间内每个batch能打包的transaction数量有限。

也就是提交batch存在基础成本，因此每个batch打包的交易越多，每笔交易分摊的gasfee越低。

因此rollup的设计需要权衡打包交易的时间间隔（用户体验）和每笔交易分摊的费用（用户成本）。如果过快地打包交易并提交Layer1，会增加分摊到每笔交易上的gasfee；过慢则会增加confirmationtime，影响用户体验。

Layer3带来的优化

如果考虑加入Layer3，比如在ZK-rollup的基础上再加一层ZK-rollup会极大地降低这提交batch到Layer1的基础成本（一个ZKP证明一堆ZKP，减少数据size）。根据Vitalik的估算，提交一个batchproof到Layer1的成本约为8000gas。

接下来用简单的数学计算帮助大家更加直观的理解成本问题；

已知：

• 分摊到每笔交易的gas=transaction cost+batch cost/transaction amount
• 以上等式中，transaction amount=TPS*confirmation time

假设在理想情况下：

• batch cost=400,000gas（实际情况会更高）
• transaction cost=368gas（Fully optimized ERC20 transfers）
• TPS=5（Layer2均值）

当前Layer2的gas情况

• confirmation time=12s（以太坊出块时间），分摊到每笔交易的gas=368+400000/（5*12）=～7035
• confirmation time=1h，分摊到每笔交易的gas=368+400000/（5*3600）=～390

在当前二层网络的设计中，分摊到每笔交易的gas对打包batch的间隔时间，即用户感知到的confirmationtime非常敏感，且将confirmationtime控制在一个较短的时间窗内带来的成本非常高。

加入Layer3的gas情况

• confirmation time=12s（以太坊出块时间），分摊到每笔交易的gas=368+8000/（5*12）=～501
• confirmationtime=1h，分摊到每笔交易的gas=368+8000/（5*3600）=～368

2、关于成本的思考

在Layer2的基础上Layer3有明显提升，将confirmation time从12s延长到1h（每个batch打包更多交易）并没有带来显著的gas收益。

同时Layer3的设计几乎可以在一个较短的confirmation time内（12s）达到当前Layer2花费一小时confirmation的gas成本。在保证用户体验的前提下极大降低了成本。

另外，容易被忽视的一点是，由于batch cost的降低导致transactiona mount的增加同样不会为每笔交易带来太多gas成本的收益。因此，Layer3从这个角度看也更适合去做app-specific、定制化的设计。

3、效率

和成本一样，做多层网络结构的原因一定躲不开提升效率，wrappedtoken的实现降低了Layer2之间的互操作成本，但是效率上仍然有待提升：

-Optimistic-rollup→14天

由于fraud proof time，一个rollup链存（～7天）➕另一个rollup链取（～7天），～14天的验证期仍然无法避免；

Optimistic rollup

ZK-rollup→～12小时

避免了fraudprooftime的漫长等待，相比Optimistic-rollup更快，但是有以下两个问题：

目前Layer2的ZK（E）VM需要做到oneVirtualMachinefitsallDapps，因此设计上妥协了一些ZK-unfriendly的设计，导致proof在生成时候需要额外的时间处理无法并行计算的指令；

在分析成本时提到过，出于对打包交易的时间间隔和每笔交易分摊的费用的权衡，当前的ZK-rollup无法在短时间打包交易到Layer1（否则gas太贵用户不干）。

加入Layer3后

Layer3的思路就是定制化扩容、app-specificscaling，因此，ZK-rollup生成proof这部分额外花费的时间会得到最大程度的优化；

Layer3的设计可以将跨链的交易成本降低基础上保证效率。相比于二层网络结构，无需经过Layer1，which is expensive and congested。

4、重新审视Layer3

综上，这种Layer3的设计就好像是在Layer1安全性的基础上，以Layer2为核心搭建出了无数子生态。

在一定程度上，多层网络架构进一步将Layer1的功能隔离，让Layer1专注于保障交易安全性，将计算等功能转移到每个子生态系统中。

另一种Layer3思路

Vitalik提出了一种新的架构设计思路，在我看来也可以算作一种多层网络架构的设计（你也可以把它看成一种二层网络结构），非常值得分析和思考：

• Layer1:base layer
• Layer2:batch mechanism
• Layer3:rollup、validium

Vitalik 提出的一种新的架构设计思路

在现在的Layer1和Layer2之间插了一个（聚合+验证+分发）层。

在这种设计中，一种batch mechanism的结构以开放式协议的形态成为架构中的Layer2；现在我们熟知的Layer2（ZK-rollup）可以接入这种协议并成为一种Layer3。

整套batchmechanism的核心是以下2点：

1. Batch prover将加入batch mechanism的各个ZK-rollup发送的多个proof聚合，并记录所有的newstate、oldstate、statedelta；
2. Batch handler只需要验证一次聚合后的proof，验证成功后以（Newstate,Oldstate,Statedelta）作为验证成功的证明分发给相应的rollup链（Layer3）用于更新state。

Layer3的价值

-成本

相比现在Layer1的verifiercontract验证不同rollup链发送的batchproof并更新state，这套新的架构相当于将gas成本在各个rollup链之间分摊。根据Vitalik的描述，分摊后的gascost同样约为8000。因此，这种Layer3的设计在成本因素上同样产生了很大价值。

-安全性

这样的结构设计使得Layer2（batch mechanism）成为了一个用途明确且专一，结构简单的中间层，这使得这一层在安全性和governance-minimized上具备天然的优势。