Coinbase 的 Base L2 如何擴展以太坊？

解碼以太坊的可擴展性困境

以太坊作為領先的智能合約平台，無疑地徹底改變了數位領域，催生了一個由去中心化應用程式 (dApps)、NFT 和 DeFi 協議組成的龐大生態系統。然而，其成功也暴露了固有的局限性，特別是在可擴展性方面。這一挑戰通常被概括為「區塊鏈三難困境」(Blockchain Trilemma)，這一概念指出去中心化系統只能在三個理想屬性中優化其中兩個：去中心化、安全性與可擴展性。以太坊的核心設計優先考慮去中心化和安全性，通常以犧牲可擴展性為代價。

區塊鏈三難困境與以太坊的現狀

區塊鏈三難困境的核心在於一種基本的權衡。為了維持高度的去中心化，區塊鏈必須確保其節點可以由全球許多參與者運行，而不需要過於昂貴的硬體。這通常意味著必須限制單個區塊的大小以及處理速度。同樣地，強大的安全性（通常透過工作量證明，以及即將轉向的權益證明共識機制和加密保證來實現）需要網路對每筆交易進行全網驗證。

以太坊主網（又稱為第一層，Layer 1 或 L1）按順序處理交易，每個節點都會驗證每項操作。雖然這種設計提供了無與倫比的安全性和抗審查性，但卻導致交易吞吐量相對較低，通常約為每秒 15-30 筆交易 (TPS)。相比之下，傳統支付系統每秒可以處理數千筆交易。這種差異在網路需求高峰期變得尤為明顯。

擁堵的代價：Gas 費用與交易延遲

當以太坊網路擁堵時，對區塊空間的需求超過了可用供應。交易費用（稱為「Gas」）以類似拍賣的模式運作：願意支付更高 Gas 價格的使用者會被礦工（或權益證明時代的驗證者）優先考慮。這種動態導致了：

• 極高的 Gas 費用：在高峰時段，簡單的交易（如發送以太幣或與 DeFi 協議互動）可能花費數十甚至數百美元的 Gas 費，使得網路對於日常使用或小額資本使用者來說變得不切實際。
• 緩慢的交易確認：即使支付了高昂的 Gas 費，交易仍可能需要幾分鐘才能被納入區塊，這導致了糟糕的使用者體驗，並阻礙了對時間敏感的應用程式。
• 有限的訪問權限：高昂的成本有效地將很大一部分潛在使用者（特別是開發中地區的使用者）排除在外，並限制了能夠在網路上實際運行的應用程式類型。

這些局限性凸顯了對擴容解決方案的迫切需求，這些方案可以在不損害以太坊基本安全性和去中心化的情況下，增加交易容量並降低成本。這正是 Coinbase 的 Base 等第二層 (Layer 2) 解決方案旨在解決的問題。

Base 簡介：Coinbase 擴張以太坊規模的戰略舉措

Base 代表了以太坊擴容領域的一個重大進展。Base 由全球最大的加密貨幣交易所之一 Coinbase 推出，是一個以太坊第二層 (L2) 擴容解決方案，旨在提供更快速、更便宜、更高效的交易，同時保持以太坊主網強大的安全保證。其主網於 2023 年 8 月 9 日正式發布，標誌著一個關鍵時刻，訊號著一家主要交易所正式直接進入 L2 生態系統。

什麼是 Base 及其目的？

從本質上講，Base 是一種「樂觀 Rollup」(Optimistic Rollup)，這是一種特定的 L2 技術，建立在由 Optimism 開發的開源 OP Stack 之上。Coinbase 創建 Base 的動機是多方面的：

1. 增強可訪問性：透過大幅降低交易成本並提高速度，Base 旨在讓去中心化應用程式和服務能被更廣泛的受眾使用，包括那些可能被以太坊主網費用嚇跑的使用者。
2. 培養開發者生態系統：Base 為開發者提供了一個熟悉的、相容 EVM 的環境，讓他們能夠以更低的營運成本和更高的可擴展性，輕鬆遷移現有的以太坊 dApps 或構建新的 dApps。
3. 接納「下十億使用者」：Coinbase 將 Base 視為促進 Web3 大規模普及的關鍵基礎設施層，從而實現新一代在 L1 上不具備經濟可行性的應用程式。
4. 戰略整合：作為一家主要的加密貨幣交易所，Coinbase 可以將 Base 直接整合到其產品中，潛在地簡化使用者進入 dApps 的流程，並增強整個 Coinbase 生態系統的使用者體驗。這在中心化實體與去中心化網路之間創造了強大的協同效應。

核心動機與發布時間表

Coinbase 決定推出 Base 源於長期戰略願景。他們意識到以太坊 L1 對於廣泛消費級應用的固有局限性，並認定 L2 是最有希望的前進道路。透過利用經過市場驗證的 OP Stack，Coinbase 選擇了開源、社群驅動的方法，而不是從頭開始構建專有解決方案，強調了互操作性和共享安全性。

Base 發布時間表：

• 2023 年 2 月：Coinbase 正式宣布開發 Base，強調其對 OP Stack 和更廣泛的超級鏈 (Superchain) 願景的承諾。
• 2023 年 3 月：Base 測試網發布，允許開發者在模擬環境中開始實驗和部署應用程式。
• 2023 年 7 月：啟動「Onchain Summer」活動，鼓勵開發者和使用者在主網發布前與 Base 生態系統互動。
• 2023 年 8 月 9 日：Base 主網正式向公眾開放，標誌著即時交易和 dApp 部署的開始。

這個時間表說明了將 Base 推向市場的過程是經過深思熟慮且有結構的，從一開始就強調開發者參與和生態系統成長。

技術基礎：OP Stack 與樂觀 Rollup

要理解 Base 如何擴展以太坊，關鍵在於理解它所採用的底層技術：第二層解決方案，特別是樂觀 Rollup，以及 OP Stack 的模組化框架。

理解第二層擴容解決方案

第二層 (Layer 2) 解決方案是建立在基礎區塊鏈（第一層）之上的協議，旨在增強其效能。它們在鏈下處理交易，從而減輕 L1 的負擔，但仍從中獲得安全性。可以把 L1 想像成主要高速公路，而 L2 則是平行的快捷車道。這些快捷車道處理大部分流量，並定期向主要高速公路報告以進行最終結算和安全檢查。

L2 解決方案的主要類別包括：

• Rollups：這些方案將數百或數千筆鏈下交易打包（或「捲起」）成一個批次，並將該批次的壓縮摘要發布到 L1。主要有兩種類型：
  • 樂觀 Rollup (Optimistic Rollups)：預設假設交易是有效的，並提供一個「挑戰期」，在此期間任何人如果發現無效交易都可以提交欺詐證明。
  • 零知識 Rollup (ZK-Rollups)：使用複雜的數學證明向 L1 加密證明鏈下交易的有效性，提供在 L1 上的即時最終性。
• 狀態通道 (State Channels)：允許參與者在鏈下進行多次交易，僅在 L1 上記錄初始和最終狀態。
• 側鏈 (Sidechains)：具有自己共識機制的獨立區塊鏈，透過雙向橋連接到 L1。它們提供高可擴展性，但由於不繼承 L1 的完整安全保證，通常在安全性上有所妥協。

Base 屬於樂觀 Rollup 家族，這一選擇平衡了開發複雜性、安全性和即時的可擴展性效益。

深入了解樂觀 Rollup：它們如何運作

樂觀 Rollup 的名字源於它們的「樂觀」假設：它們假設所有在鏈下處理的交易都是有效的，除非被證明並非如此。這種機制是其運作的核心：

1. 鏈下交易執行：當使用者在像 Base 這樣的樂觀 Rollup 上發起交易時，它不會立即由以太坊主網處理。相反，它被發送到 Base 網路上的專用排序器 (Sequencer)。排序器負責對交易進行排序、執行並在 L2 上創建新區塊。
2. 批次處理與壓縮：排序器將大量交易匯總成大型批次。然後這些批次會被壓縮，以減少需要發布到以太坊主網的數據量。壓縮可能涉及刪除冗餘資訊或使用更高效的數據結構。
3. 將數據發布到以太坊：排序器會定期將這些壓縮的交易批次以及「狀態根」（State Root，一個代表這些交易後 L2 狀態的加密哈希值）提交到以太坊主網上的智能合約。這些數據充當歷史記錄，確保數據可用性和可追溯性。至關重要的是，L1 合約並不重新執行這些交易；它僅僅記錄摘要。
4. 挑戰期與欺詐證明：這是樂觀 Rollup 的定義特徵。在交易批次發布到以太坊後，有一個指定的「挑戰期」（在大多數樂觀 Rollup 上通常為 7 天）。在此期間，以太坊主網上的任何人都可以查看發布的交易和產生的狀態根。如果檢測到無效交易或狀態轉換，可以提交「欺詐證明」。
   • 欺詐證明機制：欺詐證明是一種加密證明，證明特定的交易或交易批次是無效的。如果在挑戰期內提交了有效的欺詐證明，不正確的 L2 狀態轉換將被撤銷，且排序器（或提交無效批次的參與者）將受到懲罰，通常是沒收其質押的保證金。
   • 激勵機制：該系統依賴於加密經濟激勵。排序器受到激勵僅發布有效的狀態轉換，以避免失去質押資產。相反，「觀察者」受到激勵提交欺詐證明，以維護網路的完整性並可能獲得獎勵。
   • 提款延遲：挑戰期直接影響資產從 Base 提取回以太坊主網。使用者必須等待整個挑戰期結束，其資金才能在 L1 上被確認為最終狀態，以確保有足夠的時間提交任何潛在的欺詐證明。

OP Stack 的角色：模組化與共享安全性

Base 建立在 OP Stack 之上，這是一個由 Optimism 維護的開源、模組化開發堆疊。OP Stack 不僅僅是一個單一的 Rollup，而是一個構建高度可擴展、具互操作性之 L2 區塊鏈的框架。其主要特點包括：

• 模組化：OP Stack 將 L2 的組件（例如執行引擎、數據可用性層、結算層）分解為可更換的模組。這允許像 Base 這樣的專案根據特定需求自定義其 L2，而無需重寫整個區塊鏈。
• 共享安全性與互操作性（超級鏈願景）：OP Stack 的核心宗旨是「超級鏈」(Superchain) 願景。這一概念旨在創建一個基於 OP Stack 的 L2 網路（如 Optimism Mainnet、Base 等），共享安全性、通信標準，甚至可能共享通用的跨鏈橋架構。這促進了不同 OP Stack 鏈之間的無縫互操作，允許資產和數據自由流動。對於 Base 而言，這意味著它受益於整個超級鏈生態系統中共同的開發和安全改進。
• Bedrock 架構：OP Stack 的最新迭代版本 Bedrock 在效率、安全性和開發者體驗方面帶來了顯著提升。它降低了 L2 交易的 Gas 成本，提高了存款最終性，並簡化了代碼庫，使其更容易維護和審計。Base 利用了 Bedrock 架構，繼承了這些增強功能。

透過建立在 OP Stack 之上，Base 受益於強大、經過審計且受社群支持的代碼庫，加速了其開發以及與更廣泛以太坊生態系統的整合。

Base 如何具體擴展以太坊

Base 擴展以太坊的方法是多方面的，利用了樂觀 Rollup 的優勢及其在 Coinbase 生態系統中的戰略地位。

增加交易吞吐量並降低成本

Base 最直接且切實的擴容效益在於它能夠以以太坊主網一小部分的成本處理更高數量的交易。

• 卸載執行負擔：透過在鏈下執行交易，Base 減輕了以太坊 L1 的負擔。不再需要每個以太坊節點都驗證每筆 Base 交易，只有 L2 排序器執行它們，且只有壓縮摘要會發布到 L1。
• 批次處理與數據壓縮：Base 排序器將數百或數千筆個人交易捆綁到單個 L1 交易中。這將 L1 交易的固定成本分攤到許多 L2 操作中。此外，發布到 L1 的數據是高度壓縮的，最大限度地減少了消耗的 L1 區塊空間，這直接轉化為更低的 Gas 費用。
• 降低 Gas 費用：由於卸載了執行任務和高效的數據壓縮，Base 使用者體驗到的 Gas 費用大幅降低。在以太坊主網上可能花費數十或數百美元的操作，在 Base 上可能僅需幾美分或幾美元，這使得微交易和頻繁的 dApp 互動在經濟上變得可行。
• 更高的交易吞吐量：由於交易在鏈下執行且僅將摘要發布到 L1，Base 每秒可以處理數百甚至數千筆交易，遠超以太坊目前的容量。這種增加的吞吐量實現了更複雜且數據密集型的應用程式。

利用以太坊的安全保證

儘管在鏈下處理交易，Base 並未在安全性上妥協。它繼承了以太坊主網的基礎安全性，確保資金和數據與在 L1 上一樣安全。

• L1 上的數據可用性：至關重要的是，Base 上的所有交易數據都會定期發布到以太坊主網。這意味著即使 Base 的排序器離線，完整的交易歷史仍可在以太坊上獲得。任何人都可以從 L1 數據中重建 Base 狀態，使用戶能夠提取資金或讓另一個排序器恢復運作。這一屬性被稱為「數據可用性」。
• 欺詐證明機制：如前所述，挑戰期和欺詐證明確保了 Base 上的任何惡意或錯誤狀態轉換都能被檢測並撤銷。這種機制追究了排序器的責任，並保證了 L2 狀態的完整性。
• 以太坊的最終性：Base 上交易的最終性最終源於以太坊的 L1。一旦交易批次發布到以太坊且挑戰期已過且無有效欺詐證明，這些交易就被視為最終且不可篡改的，並得到以太坊網路完整安全性的支持。

開發者體驗與生態系統成長

Base 旨在對開發者具有高度吸引力，培養一個充滿活力的去中心化應用程式生態系統。

• EVM 相容性：Base 完全相容以太坊虛擬機 (EVM)。這意味著開發者可以輕鬆地將現有的 Solidity 智能合約和 dApps 從以太坊遷移到 Base，且只需進行極少的改動。為以太坊設計的工具、錢包和基礎設施（如 Hardhat、Truffle、Ethers.js、Web3.js）也與 Base 相容，顯著降低了開發者的准入門檻。
• 熟悉的工具：開發者可以利用與以太坊相同的開發工具和語言，減少了學習曲線並加速了 dApp 的部署。
• 資產跨鏈：使用者可以使用官方和第三方跨鏈橋，在以太坊主網和 Base 之間無縫轉移資產（ETH、ERC-20 代幣、NFT）。這允許使用者在保留其 L1 資產的同時，享受 L2 更低的費用和更快的速度。
• Coinbase 在普及中的角色：Coinbase 的參與是普及的主要催化劑。其龐大的使用者群、建立的聲譽以及在 Coinbase 產品（如 Coinbase Wallet、Coinbase Exchange）中直接整合的潛力，可以為 Base 生態系統帶來數百萬新使用者，並進而擴展到更廣泛的 Web3 領域。這種中心化的推動力有助於引導去中心化網路的發展。

超級鏈願景

Base 與 OP Stack 的整合體現了其對「超級鏈」願景的承諾。這一願景提出了一個未來，即多個基於 OP Stack 構建的樂觀 Rollup（包括 Optimism Mainnet、Base 以及其他尚未發布的鏈）相互連接，並共享共同的治理、升級路徑和跨鏈橋基礎設施。

超級鏈對 Base 的影響：

• 增強的互操作性：資產和數據可以在 Base 和其他超級鏈網路之間無縫流動，創建一個更統一且具流動性的 L2 生態系統。
• 共享安全與創新：超級鏈中的所有鏈都受益於 OP Stack 社群推動的集體安全增強和持續創新。
• 模組化可擴展性：超級鏈作為以太坊的模組化擴容層，不同的鏈可以專門化或迎合特定的用例，共同為以太坊的總體容量做出貢獻。

這個相互連接的 L2 網路旨在為以太坊生態系統的使用者和開發者提供高度可擴展且連貫的體驗。

Base 的主要優勢與權衡

雖然 Base 在擴展以太坊方面提供了顯著優勢，但它也帶有樂觀 Rollup 固有的某些設計權衡。了解這些對於使用者和開發者至關重要。

Base 的優勢

1. 強大的可擴展性：
   • 更高的吞吐量：每秒處理的交易量顯著多於以太坊 L1。
   • 更低的費用：大幅降低交易成本，使 dApps 對於更廣泛的用例（包括小額支付和遊戲）更加可行。
2. 強大的安全性：
   • 以太坊級安全性：透過欺詐證明和數據可用性，繼承了以太坊主網強大的安全保證。
   • 加密經濟激勵：依賴強大的經濟機制來確保網路營運者的誠實行為。
3. 開發者友善的環境：
   • EVM 等效性：與現有的以太坊工具、合約和開發實踐完全相容，確保開發者能平滑過渡。
   • 開源 OP Stack：受益於維護良好、經過實戰測試且由社群驅動的代碼庫。
4. 強大的支持與生態系統：
   • Coinbase 支持：由一家主要且具聲譽的加密貨幣交易所支持，帶來了巨大的資源、使用者群和主流採用的潛力。
   • 超級鏈整合：作為更大的 OP Stack 鏈互連生態系統的一部分，承諾增強互操作性和共享創新。

權衡與考量因素

1. 提款延遲（挑戰期）：
   • 不便之處：樂觀 Rollup 的主要權衡是從 Base 將資金提取回以太坊主網需要 7 天（或類似）的等待期。這段延遲是必要的，以便有足夠的時間提交欺詐證明。
   • 緩解措施：第三方「快速跨鏈橋」（例如流動性提供者）可以透過自行承擔挑戰期的風險來提供即時提款，但通常會為此服務收取費用。
2. 中心化疑慮（初期排序器）：
   • 單一排序器：目前 Base 由 Coinbase 控制的單一排序器運行。這意味著 Coinbase 負責對交易進行排序、打包並發布到以太坊。
   • 潛在風險：雖然 Coinbase 有強大的動力去誠實營運，但單一排序器引入了中心化風險點。理論上它可能會審查交易或停止網路，儘管欺詐證明機制仍能保護資金。
   • 未來去中心化：根據 Base 以及更廣泛 OP Stack 的藍圖，計畫隨著時間推移將排序器角色去中心化，引入多個獨立的營運者。
3. 跨鏈複雜性：
   • 使用者體驗：雖然存在官方跨鏈橋，但對於新使用者來說，在 L1 和 L2 之間跨鏈資產的過程仍可能是一個障礙，增加了使用 dApp 的步驟。
   • 跨鏈橋安全性：雖然官方跨鏈橋經過審計，但任何 L2 的安全性本質上都與其在 L1 上的跨鏈橋合約安全性相連。
4. 對 Coinbase 聲譽的依賴：
   • 信任假設：雖然 Base 在安全性繼承上技術上是去中心化的，但其初始營運和普及很大程度上依賴於對 Coinbase 作為一個具信譽實體的信任。
   • 監管壓力的可能性：作為一個與受監管交易所相關聯的實體，Base 可能面臨特定的監管壓力或合規要求，這可能會影響其開發或營運。

儘管存在這些權衡，Base 的優點（特別是它能夠顯著擴展以太坊並吸引新使用者的能力）通常被認為超過了目前的局限性，尤其是其擁有明確的邁向更高去中心化的路線圖。

未來格局：Base 對以太坊演進的影響

Base 的出現不僅僅是另一個 L2 的發布；它代表了以太坊擴容敘事及其主流採用抱負的一個重要轉折點。它的戰略定位和技術基礎將產生持久的影響。

在主流採用中的角色

Coinbase 的參與本身就為主流使用者進入以太坊生態系統提供了一個直接管道。憑藉數百萬已經習慣 Coinbase 直觀介面的使用者，Base 的整合可以：

• 簡化入門流程：減少與去中心化應用程式互動的複雜性，降低不熟悉 Gas 費、L1 與 L2 區別以及跨鏈操作的新使用者的門檻。
• 驅動 dApp 增長：透過提供高度可擴展且具成本效益的環境，Base 被預期將促進新型 dApp 的開發，例如需要高交易量和低成本的消費級社交應用、遊戲和金融工具。
• 建立「預設」的 L2 體驗：對於許多透過 Coinbase 進入 Web3 的新使用者來說，Base 可能成為他們與去中心化應用程式互動的首要接點，塑造他們對生態系統的理解和預期。

與其他 L2 的互動及超級鏈論點

Base 運作於一個競爭激烈但又具協作性的 L2 環境中。雖然它與其他樂觀 Rollup（如 Optimism Mainnet 和 Arbitrum）以及 ZK-rollup 競爭，但它對 OP Stack 和超級鏈願景的堅持使其地位獨特。

• 協作擴容：Base 並非孤島，而是旨在成為更大的 L2 網路的一部分。這意味著它為以太坊的整體擴容能力做出貢獻，反之亦然。
• 專注於互操作性：超級鏈旨在最大限度地減少 L2 之間的碎片化，允許更無縫的資產和數據轉移，這對於真正可擴展且統一的生態系統至關重要。
• 基準測試與改進：來自 L2BEAT 等平台的數據（追蹤 L2 普及度和總鎖定價值 TVL）將繼續作為 Base 增長及其相對於其他擴容解決方案地位的重要指標。Base 的成功可能會激發整個 L2 領域進一步的創新與協作。

長期去中心化路線圖

雖然 Base 目前由 Coinbase 控制的中心化排序器營運，但其長期路線圖與更廣泛的 OP Stack 對逐步去中心化的承諾一致。這包括以下計畫：

• 多方排序器：從單一排序器過渡到獨立排序器網路，確保抗審查性和網路健壯性。
• 去中心化欺詐證明：鼓勵更廣泛地參與欺詐證明機制，使網路對惡意行為者更具韌性。
• 社群治理：朝向由社群管理 Base 網路參數和升級的模型演進，類似於 Optimism Collective 管理 Optimism Mainnet 的方式。

這種對去中心化的承諾確保了 Base 隨著時間的推移，將更緊密地符合區塊鏈技術的核心原則，同時提供即時的擴容效益。

對「模組化區塊鏈」論點的貢獻

作為一個 OP Stack 鏈，Base 是「模組化區塊鏈」論點付諸實踐的典型案例。與其讓一個單一鏈嘗試處理所有事情（執行、結算、數據可用性、共識），模組化方法建議將這些功能專業化：

• 以太坊 L1：專注於共識和數據可用性（「結算層」）。
• Base (L2)：專注於交易執行（「執行層」）。

這種模組化設計允許每一層針對其特定功能進行優化，從而產生一個更具擴展性、靈活性且高效的整體系統。Base 的貢獻進一步驗證了這種架構方法，展示了 L2 如何抽象化複雜性並提供高性能的執行環境，同時依靠以太坊獲得強大的安全性和數據可用性。

總結來說，Coinbase 的 Base 不僅僅是一個 L2；它是一次戰略佈局，利用現有的、經過驗證的技術，使以太坊變得更易觸及、更實惠，且更適合主流使用。透過卸載交易執行、繼承 L1 安全性，並旨在超級鏈願景中實現逐步去中心化，Base 準備在接納下一波使用者和應用程式進入去中心化網路的過程中發揮關鍵作用，從而根本地塑造以太坊向可擴展且全球普及之運算平台的演進。