Base L2 如何提升以太坊的擴展性？

以太坊擴展性長久以來的挑戰

以太坊作為開創性的智慧合約平台，無可否認地徹底改變了區塊鏈版圖，催生了去中心化金融 (DeFi)、非同質化代幣 (NFT) 以及充滿活力的去中心化應用程式 (dApps) 生態系統。然而，其成功也暴露了固有的局限性，主要是擴展性問題。確保以太坊強大安全性和去中心化的核心設計——即每個節點都處理每筆交易——在網路需求激增時變成了瓶頸。這通常導致高昂的交易手續費 (Gas 費) 和緩慢的交易確認時間，阻礙了主流採用，並限制了能在網路上蓬勃發展的應用類型。

這些挑戰源於以太坊目前的架構，它按順序處理交易，且區塊大小和頻率有限。當網路變得擁塞時，用戶會為了區塊空間展開競價戰，從而推高交易成本。這種情況對許多用戶和使用場景構成了高門檻，使得微額交易在經濟上變得不可行，且複雜的 dApp 互動成本高昂。為了在不損害以太坊基本原則的情況下克服這些障礙，區塊鏈社群探索了各種擴展解決方案，其中第二層網路 (Layer-2, L2) 技術成為領先的方法。這些 L2 解決方案旨在將大部分交易處理從以太坊主鏈 (Layer-1) 移出，同時仍從主鏈獲得安全性。Base 是一個由 Coinbase 開發的創新 L2 網路，直接解決了這一關鍵需求。

Base 介紹：Coinbase 對擴展以太坊的貢獻

Base 是一個以太坊 L2 區塊鏈，其設計使命明確：增強以太坊網路的可近性和擴展性，使去中心化應用程式對全球受眾而言更具實用性且更具成本效益。Base 由全球最大的加密貨幣交易所之一 Coinbase 開發，為 L2 生態系統引入了一位重量級參與者，展現了對鏈上活動和去中心化技術未來的堅定承諾。

Coinbase 決定建立自己的 L2，突顯了業界對以太坊關鍵地位以及擴展解決方案必要性的廣泛認可。Base 於 2023 年 8 月 9 日正式在主網上線，標誌著其在引導數百萬用戶進入去中心化網路旅程中的關鍵一步。其核心承諾圍繞著為建立和與 dApp 互動提供一個安全、低成本且對開發者友好的環境。

站在巨人的肩膀上：OP Stack 基礎

Base 的一個決定性特徵是其建立在 Optimism 的 OP Stack 之上。OP Stack 是一個標準化、模組化且開源的開發堆疊，允許開發者創建自己的 L2 鏈，這些鏈通常被稱為「樂觀 Rollup (Optimistic Rollup) 鏈」。透過利用 OP Stack，Base 受益於：

• 共享基礎設施： 它繼承了經過戰鬥測試的程式碼和基礎設施，與從頭開始構建 L2 相比，減少了開發時間和安全風險。
• EVM 相容性： Base 與以太坊虛擬機 (EVM) 完全相容，這意味著開發者只需進行極少的改動，即可輕鬆地將現有的以太坊 dApp 和智慧合約移植到 Base。這促進了現有項目的無縫過渡，並吸引了熟悉以太坊工具的新開發者。
• 模組化與靈活性： OP Stack 的模組化設計允許 Base 自定義某些組件，同時保持與廣泛的 Optimism 生態系統的相容性，從而實現未來的創新和特定優化。
• 邁向超級鏈 (Superchain) 途徑： 基於 OP Stack 構建使 Base 成為「超級鏈」願景的關鍵貢獻者。超級鏈是一個由 L2 組成的互連網路，共享安全性、通信，甚至可能共享流動性，從而創造一個統一且高度可擴展的區塊鏈網路。這種與更廣泛生態系統的整合提供了顯著的長期優勢。

透過選擇 OP Stack，Base 不僅加速了其開發進程，還使其自身與一個朝向更互連且可擴展的 L2 未來的強大運動保持一致。

Base 背後的機制：深度解析樂觀 Rollups

Base 擴展性解決方案的核心是一項名為樂觀 Rollups (Optimistic Rollups) 的技術。這種 L2 擴展技術透過在鏈下執行交易、將其批量封裝，然後將這些交易的壓縮摘要提交到以太坊主網來運作。「樂觀」的一面源於這樣一個假設：預設情況下，所有在鏈下處理的交易都是有效的。

讓我們分解這個過程：

1. 鏈下交易執行

與其讓以太坊主網上的每個節點處理並驗證每筆交易，Base 上的交易是在其專用的網絡上執行的。當用戶在 Base 上發起交易（例如發送代幣、與智慧合約互動）時，它由 Base 網路的排序器 (Sequencers) 處理。這些排序器是專門的節點，負責：

• 排序交易： 它們接收來自用戶的交易，並確定它們在 L2 區塊中被處理的順序。
• 執行交易： 它們根據這些交易更新 Base 區塊鏈的狀態。
• 批量處理： 它們將多個執行的交易收集到單個壓縮的「批次 (Batch)」中。

這種鏈下執行顯著提高了吞吐量，因為 L2 網路不受以太坊區塊時間或 Gas 限制的約束。

2. 批量處理與資料可用性

一旦排序器處理了一批交易，這些交易的壓縮表示，連同生成的狀態根 (State Root，執行批次後 Base 鏈狀態的加密證明)，會定期提交到以太坊主網上的智慧合約。此提交至關重要，原因有二：

• 資料可用性： 重建 Base 完整狀態並驗證其交易所需的所有必要資料都發佈在以太坊 L1 上。這確保了即使 Base 的排序器離線，任何人都可以從以太坊檢索交易資料並重建 Base 鏈的狀態。這是一項基本的安全保證，通常稱為「資料可用性」。
• 狀態承諾： 狀態根作為鏈下處理完整性的加密承諾。這是一種向以太坊簡要報告的方式：「這是 Base 上發生的情況，以及由此產生的狀態」。

3. 樂觀假設與欺詐證明

這是「樂觀」部分變得至關重要的點。當一個批次提交到以太坊時，它被樂觀地假設是正確的。這意味著以太坊不會立即對批次內的每筆交易進行加密驗證。相反，一個挑戰期（通常約為 7 天）開始了。

在此挑戰期內，網路上的任何人都可以充當驗證者，並透過計算檢查提交批次內交易的有效性。如果驗證者發現排序器提交了錯誤或欺詐性的狀態根（即錯誤地執行了交易），他們可以向 L1 智慧合約提交欺詐證明 (Fraud Proof)。

欺詐證明是一種加密挑戰，它證明了排序器聲稱的狀態轉換與實際正確的狀態轉換之間存在差異。如果欺詐證明提交成功並由 L1 智慧合約驗證，錯誤的批次將被撤銷，提交欺詐資料的排序器將受到懲罰（例如，其質押的抵押品將被罰沒）。這種機制確保了排序器在經濟上有動力誠實行事，因為不誠實會導致經濟損失。

4. 終局性與結算

如果在挑戰期內沒有成功提交欺詐證明，則該批次交易在以太坊上被視為最終且不可逆轉。此時，資產可以安全地從 Base 提回到以太坊主網，因為其狀態已由以太坊的共識進行了加密保護。

這整個過程使 Base 能夠在鏈下實現高交易吞吐量和低費用，同時仍繼承以太坊主網強大的安全性和去中心化。以太坊充當最終仲裁者，在無需親自處理每筆交易的情況下，確保 L2 鏈的完整性。

可量化的益處：更快的交易與更低的費用

Base 由樂觀 Rollups 驅動的架構設計，直接轉化為用戶和開發者觸手可及的利益。

成本降低

• 批量處理效率： 透過將數百或數千筆交易綑綁到單個 L1 交易中，與以太坊互動的固定成本（用於 L1 資料提交的 Gas）由批次中的所有交易分攤。用戶不再為各自的 L1 交易付費，而是為較大批次的成本貢獻極小的一部分。
• 減少 L1 上的計算： 以太坊不需要重新執行來自 Base 的每筆交易；它只需要驗證狀態根並在出現欺詐證明時進行處理。這大幅減輕了主網的計算負擔。

對於用戶而言，這意味著 Base 上的 Gas 費可能比以太坊主網低幾個數量級，使日常交易、DeFi 互動和 NFT 鑄造變得更加負擔得起。這解鎖了以前在 L1 上不具經濟效益的使用場景。

速度提升

• 鏈下處理： Base 上的交易幾乎由其排序器即時處理，為用戶提供近乎即時的反饋。雖然真正的 L1 終局性仍需等待挑戰期，但用戶在 Base 上能體驗到即時確認，增強了 dApp 的用戶體驗。
• 更高的交易吞吐量： 與以太坊區塊生產並行處理鏈下交易的能力，極大地提高了整個生態系統每秒處理交易量 (TPS)。Base 在相同時間範圍內處理的交易量遠超以太坊 L1。

這種速度的提升和成本的降低為用戶提供了流暢、響應迅速的體驗，類似於傳統的網路應用程式，消除了區塊鏈廣泛採用中的主要摩擦點之一。

安全保證：繼承以太坊的穩健性

任何 L2 解決方案的一個關鍵擔憂是其安全模型。Base 作為樂觀 Rollup，經過精心設計以繼承以太坊主網的安全屬性，確保用戶的資金和交易完整性最終受到以太坊強大共識機制的保護。

Base 對以太坊安全依賴的核心原則包括：

1. L1 上的資料可用性： 如前所述，重建 Base 狀態所需的所有交易資料都發佈在以太坊上。這意味著即使 Base 的排序器變得惡意或失敗，用戶仍然可以訪問他們的交易歷史和資產，並可能使用 L1 智慧合約提取資金。此屬性對於抗審查性和用戶主權至關重要。
2. 欺詐證明與經濟激勵： 欺詐證明系統加上經濟懲罰（罰沒排序器質押金），為排序器誠實行事創造了強大的動力。任何惡意活動都可以被任何誠實的參與者檢測並挑戰，糾紛最終由以太坊 L1 智慧合約裁決。這種「監督者」機制確保了鏈下狀態的完整性。
3. 以太坊的去中心化與共識： Base 的最終安全錨點是以太坊自身穩健的去中心化網路及其權益證明 (PoS) 共識機制。以太坊龐大的驗證者網絡及其顯著的經濟安全性使其極難被攻破。Base 透過在以太坊上結算其狀態來利用這一點，除非以太坊本身受到威脅，否則它免疫於 51% 攻擊或其他共識層面的操縱。
4. 標準橋接 (Canonical Bridging)： 允許資產在以太坊和 Base 之間轉移的橋接是由以太坊 L1 上的智慧合約控制的。這些合約執行存款和取款規則，確保資產不會被隨意創建或銷毀，且取款遵循挑戰期和欺詐證明系統。

雖然 Base 在處理交易方面提供顯著的自主權，但其安全性並非自包含的。它依賴於以太坊主網的持續運行和安全性。這種「繼承安全」模型是與側鏈 (Sidechains) 的關鍵區別，側鏈通常擁有獨立的安全機制和驗證者集，如果其自身網路安全性較低，則可能更容易受到攻擊。

OP Stack 與模組化區塊鏈開發的角色

Base 選擇在 Optimism 的 OP Stack 上構建，不僅僅是一個技術選擇；它代表了與模組化區塊鏈開發和「超級鏈」生態系統更廣泛願景的戰略對齊。

什麼是 OP Stack？

OP Stack 本質上是一組開源、模組化的組件，可以組合起來構建各種類型的 L2，特別是樂觀 Rollups。它為以下各項提供了標準化工具：

• 執行客戶端： 處理交易並管理 L2 狀態的軟體。
• 衍生 (Derivation)： L2 鏈如何從 L1 資料衍生其狀態。
• 排序 (Sequencing)： 交易如何排序和批量處理。
• 故障證明 (Fault Proofs)： 挑戰錯誤狀態轉換的機制。
• 橋接 (Bridging)： 用於在 L1 和 L2 之間轉移資產的智慧合約和基礎設施。

透過提供這些標準化組件，OP Stack 顯著降低了啟動新 L2 的門檻。

模組化的優勢

• 更快的開發與部署： 像 Base 這樣的項目不需要為每個組件重新發明輪子，使它們能夠更快地上線並專注於特定創新。
• 互操作性： 基於 OP Stack 構建的鏈旨在具有高度相容性，促進它們之間的無縫通信和資產轉移。這對「超級鏈」願景至關重要。
• 共享安全與升級： 隨著 OP Stack 的發展，改進和安全性增強可以使所有建立在其上的鏈受益，促進生態系統的集體進步。
• 社群協作： 開源特性鼓勵廣大社群的貢獻和審計，增強了堆疊的安全性和韌性。

超級鏈 (Superchain) 願景

Base 與 OP Stack 的整合使其與 Optimism 的「超級鏈」願景保持一致。這一概念設想了一個未來，多個同樣基於 OP Stack 構建的 L2 鏈將無縫互連。這些鏈將共享：

• 安全性： 利用以太坊 L1 實現最終終局性。
• 橋接： 標準化且高效的跨鏈通信。
• 治理： 潛在統一的治理結構。
• 開發體驗： 為開發者提供一致的環境。

超級鏈旨在創建一個內聚的 L2 生態系統，共同為以太坊實現前所未有的擴展，使整個網路的運作就像單個高效能區塊鏈一樣。Base 是這一願景的關鍵組成部分，為超級鏈的網路效應和集體力量做出貢獻。

對以太坊生態系統與去中心化應用程式的影響

Base 的出現對以太坊生態系統和去中心化應用程式的廣泛採用具有深遠影響。

擴大去中心化金融 (DeFi) 的受眾

高昂的 Gas 費往往將較小的參與者排除在 DeFi 之外。Base 顯著降低的交易成本將 DeFi 開放給更廣泛的用戶群，實現了：

• 微額交易： 以前在經濟上不可行的經濟型代幣交換、小額貸款和收益耕作策略。
• 新興市場： 為那些交易成本相對收入而言更令人擔憂的地區用戶降低了進入門檻。
• 新型金融原語： 能夠構建和實驗需要頻繁、低成本互動的新型 DeFi 產品。

釋放新的 DApp 類別

Base 提供的速度和可負擔性可以解鎖全新的 dApp 類別並改進現有類別：

• 遊戲： 需要頻繁、低成本操作（例如遊戲內物品轉移、移動）的鏈上遊戲變得可行。
• 社交應用： 去中心化社交網絡，用戶互動（貼文、點讚、關注）發生在鏈上且無需高昂成本。
• 數位收藏品與 NFT： 更簡單、更便宜的 NFT 鑄造、交易和管理，促進更大的創造力和參與度。
• 企業解決方案： 企業可以利用區塊鏈進行各種操作而無需支付過高費用，潛在地將區塊鏈整合到供應鏈、身份或資料管理中。

彌合與主流採用之間的差距

Coinbase 的參與尤為重要。作為一家受監管且廣泛使用的交易所，Coinbase 帶來了：

• 信任與熟悉感： 已經熟悉 Coinbase 的用戶可能更有意願探索 Base，利用其信任的品牌。
• 基礎設施整合： 與 Coinbase 服務的深度整合（例如，更簡單的法幣入金和出金、Coinbase 與 Base 之間的無縫轉帳）可以顯著簡化用戶進入去中心化世界的旅程。
• 開發者支持： Coinbase 的資源和現有的開發者社群可以加速 Base 上 dApp 的開發和部署。

透過提供一個熟悉且安全的入口點，Base 具有獨特的優勢，可以彌合中心化加密服務與去中心化網路之間的差距，成為數百萬新用戶的關鍵入金管道。它代表了邁向未來的重要一步，在那個未來，與區塊鏈應用程式的互動將像使用傳統網路服務一樣無縫且具成本效益，從而從根本上增強了以太坊關於全球可近、可程式化區塊鏈的願景。