La verticalizzazione di Ethereum: i Layer 2 e 3

Di Massimiliano Casini

Scalabilità, rapidità, costi minori, ma anche sicurezza e privacy: scopriamo i layer-2/layer-3 di Ethereum e il loro futuro

La verticalizzazione di Ethereum: i Layer 2 e  3

Problematiche di Ethereum

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Salve cripto investitore e benvenuto al focus-on di questa settimana. Come avrai già letto nel titolo e nellʼintroduzione, oggi cercheremo di fare chiarezza sul panorama di chain L2 e L3 presenti e future di Ethereum (e anche di altre chain che li consentono).

Ma partiamo con ordine e cerchiamo di capire nel dettaglio quali sono le principali problematiche delle blockchain layer 1 che hanno creato la necessità di costruire sopra di esse non solo un altro layer, indentificato come rollup e conosciuto da molti come layer 2, ma bensì di scalare ancora una volta verticalmente arrivando al tanto agognato (e deriso) layer 3.

meme shrek layer blockchain

Le principali problematiche che limitano la vita di un layer 1, o per essere più precisi di Ethereum AKA la prima smart contract platform, sono sicuramente la bassa scalabilità e gli alti costi di utilizzo in momenti di forte congestione.

Per questo motivo, negli ultimi anni il network ha deciso di evolvere e di mutare la propria forma, trasformandosi sempre più in una soluzione simile a quella pensata anni fa da Cosmos e Polkadot, con i loro rispettivi standard e framework di costruzione.

Lʼidea è quindi quella di costruire delle blockchain al di sopra chiamate rollup, che possano sfruttare tre moduli di Ethereum per ereditare la sua sicurezza, ossia:

  • Settlement. Il layer di settlement si occupa di garantire la finalità delle transazioni. Questo andrà quindi a verificare e validare le transazioni, controllare le prove del lavoro svolto, della continuità della rete, di regolare dispute e disaccordi e, infine, di proclamare lʼimmutabilità di una transazione.
  • Consenso. Il consenso è il livello dove i vari nodi della rete raggiungono un accordo su quali dati allʼinterno della catena vengono considerati veri e quali no. In più si occupa di stabilire come ordinare e validare le transazioni. EXTRA: Il consenso e il settlement spesso sono vissuti come un unico layer.
  • Data Availability. Questo layer funge da “magazzino di datiˮ e permette la loro disponibilità in qualsiasi momento. Questo è il livello dove i block producer vanno a pubblicare i dati relativi allʼultimo blocco e devono avere in memoria lo storico complessivo delle transazioni passate che, se richiesto, deve essere accessibile e scaricabile da chiunque.

E gestire inoltre lʼesecuzione off-chain, in modo tale da poter eseguire rapidamente (e a bassi costi) unʼoperazione di compressione e lottizzazione (creazione di lotti, batching) delle transazioni, riportandole poi al layer sottostante. Ciò ha creato molte soluzioni di rollup che sfruttano tecnologie diverse e prove di lavoro principalmente di due tipologie come la fraud e la validity proof.

Andando a visualizzare il sito L2beat abbiamo modo di analizzare nel dettaglio gran parte di queste chain. Possiamo notare che al momento della stesura di questo articolo esistono già più di 50 soluzioni diverse, con altre 40 in arrivo nei prossimi mesi.

Possiamo identificare una similitudine tra la situazione che ha caratterizzato la DeFi Summer del 2021, in cui nacquero e morirono tantissime soluzioni layer 1, e quella attuale dove stanno nascendo tantissimi layer 2, ma con tutta probabilità solo i migliori fra questi sopravvivranno al gelido inverno portato dallʼinesorabile bear market.

Come disse lʼilluminato Mark Twain, “La storia non si ripete, ma fa rimaˮ

layer-2 ethereum

Visualizzando la Top 10 possiamo riconoscere blockchain come Arbitrum, Optimism e Base, il layer 2 sviluppato da Coinbase. Scavando meglio si notano anche altre soluzioni che si stanno ritagliando una fetta importante di mercato come Blast, Mantle, ZKSync e molte altre.

Nonostante questi rollup stiano pian piano aumentando utilizzo e TVL, anche rispetto a Ethereum, sembra che ciò non basterà a portare via grosse percentuali alla regina delle blockchain, probabilmente per più motivazioni.

Sicuramente incide la poca storicità e sicurezza di questi L2 che, a oggi, hanno non più di due anni di vita e in più si trovano ancora nella stage 0 o 1 del loro sviluppo (come possiamo vedere dalla quarta colonna presa dallʼimmagine di L2BEAT)

Unʼaltra motivazione è data dalla frammentazione della liquidità. Questo è un problema abbastanza noto nel mondo delle blockchain, che al momento non sembra essere stato ancora risolto, anche se sono nate molte soluzioni “esterneˮ che permettono una comunicazione cross-chain di alto livello. Ecco un articolo scritto da me, Massimiliano, che ne analizza il potenziale.

La creazione di così tanti L1 e L2 porta al problema della frammentazione della liquidità, che non può essere condivisa facilmente e in tutta sicurezza tra queste blockchain. Per questo motivo essa resta “intrappolataˮ nelle chain dove viene maggiormente deployata.

Sembra però che alcuni team dietro ai principali layer 2 abbiano trovato una soluzione per poter condividere questa liquidità, creando una comunicazione “nativaˮ attraverso lo sviluppo di un layer soprastante: il layer 3.

Cosa sono i rollup layer2

Prima di addentrarci nei vari framework sviluppati dai principali team alle spalle dei rollup più influenti, dobbiamo capire nel dettaglio come funziona un rollup e le due principali tipologie esistenti.

I rollup sono delle blockchain costruite al di sopra di altre blockchain, che hanno lʼobiettivo di massimizzare la scalabilità di queste ultime garantendo la veridicità delle informazioni dalle proof che offrono. Ereditano la sicurezza dal layer sottostante e delegano a questʼultimo i vari moduli visti in precedenza.

Si chiamano rollup perchè hanno il compito di aggregare una grande quantità di transazioni, comprimerle e inviarle al sequencer. Questo avrà il compito di spedirle al layer sottostante, che si occuperà della loro archiviazione. Esistono due soluzioni di rollup: gli optimistic e gli zero knowledge.

Gli optimistic rollup, come suggerisce anche il nome, danno per corretta ogni transazione avvenuta sulla loro rete, dando la possibilità a qualsiasi nodo del network di poter dubitare della veridicità. Questa verifica dei dati viene definita fraud proof e, visto che potrebbe approvare delle transazioni non veritiere o non verificate, crea un limite temporale al capitale prima di poter uscire dalla chain. Di base ci vorranno dai 7 ai 14 giorni. Alcuni esempi di optimistic rollup sono Arbitrum, Optimism e Base.

Gli zero knowledge rollup, invece, non danno per corretta qualsiasi transazione, ma anzi la verificano direttamente sulla loro blockchain, per poi mandare al layer sottostante una prova crittografata della validazione già avvenuta. Il metodo di consenso usato da queste soluzioni si chiama validity proof. Alcuni esempi di zero knowledge rollup sono Starknet, Linea e ZKSync ERA.

Gestire un nodo ZK rispetto a uno optimistic richiede dei requisiti hardware molto alti. Però, esso permette una finalità transazionale più elevata e nel contempo riduce anche lo spazio di archiviazione richiesto sul layer sottostante. Se volete capire più nel dettaglio la differenza che cʼè tra layer 0,1 e 2, ecco un articolo scritto da Gabriele e un video di Luke.

Cosa sono i framework

I framework o SDK (software development kit) sono dei kit fatti creati per poter rendere più facile la costruzione di un software per uno sviluppatore.

Nel mondo web 3 vengono utilizzati per diversi scopi. Sicuramente quelli che hanno preso più piede fino a oggi sono quelli creati da Polkadot e Cosmos, che danno la possibilità agli sviluppatori di poter costruire delle blockchain compatibili con le altre chain create grazie a questi SDK, così da poter dar vita a dei veri e propri ecosistemi in grado di comunicare nativamente tra loro. Ciò ha permesso di dar vita a tantissime blockchain layer 1 sia sopra Cosmos che sopra Polkadot; queste vengono considerate da molti “app-chainˮ.

Cosmos blockchain

Polkadot auctions

Alcuni layer 2 tra quelli citati in precedenza hanno pensato alla stessa soluzione, dando la possibilità di poter utilizzare i loro kit per creare L2 modulari basati su Ethereum o altre chain per delegare la propria sicurezza. Oppure di creare delle soluzioni L3 che possano comunicare tra loro e derivare la sicurezza dal rollup su cui sono costruite.

Andiamo ad analizzare nei prossimi paragrafi quali sono le soluzioni che si stanno sviluppando maggiormente nel mercato.

Optimism Stack

Partiamo dallʼOptimism Stack, il framework open-source creato da OP Labs, lʼazienda dietro i principali sviluppi di Optimism.

Grazie a questo kit, chiunque può facilmente creare un layer 2 standardizzato e modulare che utilizza le API per comunicare con altre blockchain, rendendo queste soluzioni rollup completamente adattabili alle esigenze del team.

Possiamo vederlo come una sorta di standard ERC-20 creato da Ethereum per generare token sulla propria blockchain. Tuttavia, invece di generare token, esso permette di creare rollup modulari standardizzati. Il che significa che una chain rollup potrebbe delegare 3 dei 4 moduli alla sua base (Settlement, Consensus e Data Availability) a tre chain diverse, beneficiando del meglio che hanno da offrire.

struttura chain

Queste chain utilizzano unʼarchitettura chiamata Bedrock, che permette un bassissimo costo di utilizzo e unʼaltissima finalità transazionale. In più, lʼarchitettura consentirebbe la creazione di una “superchainˮ, ossia un conglomerato di chain che utilizzano lʼop stack e che condividono Ethereum come chain di Settlement, Consensus e Data availability.

La superchain permetterebbe quindi una comunicazione cross-chain tra tutte le catene che supportano i requisiti elencati poco fa, consentendo a informazioni o liquidità di un rollup di fluire verso un altro senza grandi rischi e in tempistiche brevi.

È interessante notare che Optimism trae beneficio dalla creazione di questi L2, guadagnando una percentuale delle gas fee che vengono pagate su questi ultimi.

Arbitrum Orbit

La seconda soluzione che andremo a comprendere è invece quella sviluppata da Offchain Labs, il team alle spalle di Arbitrum e delle sue numerose tipologie (One, Nova, ecc..).

Questo framework open source si chiama Arbitrum Orbit. Esso consente di lanciare delle chain Orbit che vanno a utilizzare Ethereum come layer sottostante nel caso di L2, o Arbitrum One nel caso di L3.

Questa idea porterebbe Arbitrum One a raggiungere l’iperscalabilità, consentendo ai L3 costruiti sopra di esso di eseguire le operazioni di rollup, creare un layer orientato alla privacy e sviluppare soluzioni più funzionali alle esigenze dei developer. Inoltre, le Orbit chains possono comunicare tra loro appoggiandosi al layer sottostante in modo simile a quanto avviene per la superchain di Optimism.

La soluzione offre al pubblico la possibilità di:

  • Utilizzare qualsiasi token ERC-20 come gas per il proprio network.
  • Utilizzare come DA qualsiasi altra soluzione che offra questa possibilità, come Anytrust, Celestia, EigenlayerDA, Avail, ecc.
  • Sfruttare molti altri linguaggi di programmazione diversi da Solidity e rimanere comunque compatibile con l’EVM.

ZK Stack

Una terza soluzione offerta da Matter Labs, il team dietro lo sviluppo di Zksync ERA, è lo ZK Stack. Questo framework consente la creazione di L2 sovereign rollup zero knowledge costruiti su Ethereum o sopra ZKSync, nel caso di L3.

Un esempio di sovereign rollup che sta funzionando e riscuotendo un elevato successo in questo momento e che ha sfruttato OP Stack è Mantle.

compiti di una blockchain

La soluzione offerta dallo ZK Stack permette di avere una propria sovranità, grazie alla gestione autonoma del modulo di esecuzione e di settlement. Inoltre, consente la connessione di liquidità con altre chain sviluppate su questo stack, chiamate Hyperchain, grazie agli hyperbridges, un sistema di messaggistica cross-chain che utilizza la condivisione del layer sottostante per comunicare.

struttura layer ethereum

È interessante notare come la personalizzazione e la facilità della costruzione di queste chain siano diventate quasi istantanee, grazie alla modularità e ai framework sviluppati.

Nellʼimmagine sottostante possiamo vedere come in pochi click è possibile customizzare la nostra chain scegliendo tra caratteristiche legate alla tipologia di:

  • Data availability
  • Data visibility
  • Tipologia di gas token
  • Tipologia di sequencer
  • Layer 2 o 3
  • Tipologia di rollup: validium, volition, rollup classico

ZK Stack

Polygon CDK

Lʼultima soluzione che andiamo ad analizzare prima di passare alla conclusione è quella offerta da Polygon Labs, il team alle spalle di Polygon Matic, che ormai da qualche tempo ha sviluppato il suo CDK, Chain Development Kit. Questo consentirebbe a chiunque di creare in maniera quasi istantanea dei rollup zero knowledge come AstarZKEVM o XLayer (il L2 di OKX) e, naturalmente, la soluzione L2 di Polygon, cioè Polygon zkEVM.

Questo framework riesce a generare degli ZK-rollup modulari EVM compatibili che possono utilizzare qualsiasi token ERC-20 come gas currency, nonché customizzare le proprie componenti in base alle necessità.

Anche qui possiamo notare dallʼimmagine in basso che si ha una personalizzazione a 360 gradi, simile alla soluzione visualizzata in precedenza e offerta da ZKSync.

Polygon CDK

Layer 3

I layer 3 sono quindi visibili come dei rollup costruiti sopra dei rollup, basati sulle tecnologie offerte da questi ultimi. In più, possono essere ancor più customizzabili e soddisfare esigenze specifiche di un’azienda o degli sviluppatori.

Questo nuovo layer consente unʼelevata scalabilità, una privacy superiore e l’interoperabilità tra le altre soluzioni che condividono il medesimo framework di sviluppo.

Ecco una tabella illustrativa presa da CoinGecko che riassume le differenze tra layer 1,2 e 3 su diversi fronti.

tipologie layer blockchain

Da quello che possiamo visualizzare su L2 beat, nell’immagine qui sotto, le soluzioni L3 che stanno prendendo maggior piede sono state costruite utilizzando Arbitrum Orbit.

Layer-3 su layer-2 ethereum

Tra quelli che hanno raccolto maggiori capitali vediamo Degen Chain, un L3 hosted su Base che punta a sviluppare un ambiente orientato alla creazione di Social point e DeFI.

Attenzione però perché la chain sembra aver avuto un grosso problema qualche settimana fa che ha impedito la creazione di blocchi per circa 42 ore.

Al secondo posto invece troviamo XAI, un L3 Hosted su Arbitrum, che ha come scopo quello di creare un ambiente adatto allo sviluppo di web 3 games. Alle spalle troviamo nomi interessanti come Animoca Brans, Outlier Ventures e molti altri. Sono già sviluppati su questa chain una decina di giochi web3.

Tra le altre soluzioni notiamo anche un L3 più incentrato nello sviluppo di DeFi, come per esempio Deri chain, un L3 che consentirebbe il trading di perpetual ad altissima scalabilità e finalità transazionale.

Conclusioni

La quantità di L2 e framework che permettono la moltiplicazione modulare e la costruzione di L3 on-top sarà probabilmente un trend da seguire in questo nuovo ciclo di mercato.

Tuttavia, come abbiamo già sottolineato in precedenza, solo pochi di questi riusciranno a ritagliarsi una fetta di mercato significativa.

Starà quindi a noi investitori riconoscere quale team sta lavorando meglio e quale token L2 beneficerà maggiormente dalla crescita del suo ecosistema.

Per quanto riguarda i layer 1, la competizione sembra essere agguerritissima e il mondo pare dividersi in due categorie principali: le EVM chains e le AltVM chains.

Chi avrà la meglio? E soprattutto, quale coin crescerà maggiormente? Lo scopriremo con il passare del tempo.


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