科普：扫盲性介绍ETHlayer2扩容市场

自区块链技术诞生以来，市场对其“可扩展性”的诟病就从来没有停止过。最早出现这样的争论是在2017年的加密牛市，名声不那么好的CryptoKitties与ICO，堵塞了整个以太坊网络，造成gas费的大幅飙升；2020DeFi元年，这一次是由DeFi和流动性挖矿的火热造成此拥堵更为严重。有一段时间，即使支付高达500多gwei的gas费，也会出现一时无法验证交易的情况。

为此，业内人士对区块链“扩容”的研究和努力也从没有停止过。近两年，所谓的“区块链 Layer2 扩展”的提法已经逐渐在业内达成共识，并出现了一些有潜力的项目。对于以太坊社区而言，这无疑是一个至关重要的里程碑：以太坊2.0进击之路的大幕正式拉开，以太坊整体加速从PoW转向PoS，数十倍的扩容愿景距离实现更进一步。

本文可以看作是对区块链的 Layer2 扩展方案的扫盲性介绍，不会涉及过多的技术细节。

Layer2的需求共识

你认为目前比较成熟的公链，比如比特币和以太坊在技术上面临的最大的问题是什么？我想大多数人的回答应该都是类似的：交易确认时间长（一个交易从发出到最终确认所经过的时间）、网络拥堵严重（如果同一个时间产生的交易太多，有些交易无法被马上处理）等等。这也就是通常意义上讲的所谓“性能”问题。

在市场火热的情况下，整个DeFi市场的厮杀会很严重，由于交易吞吐量是固定的，这导致从整体上DeFi市场的价值无法持续上升。因为它会限制整体DeFi项目的交易量，从而影响其可持续性。被讨论最多的就是所谓的 TPS（Transactions Per Second 每秒交易量），这个维度衡量的是区块链在单位时间内所能处理的交易数量。很明显，越复杂的流程得到的性能提升越大；比如一些有高交互性能需求的应用——游戏。另外对于支付的场景，因为相对高昂的交易手续费，那些高频的小额交易从经济上讲也显然成本过高。所以无论是支付还是合约的应用场景中，都有对?Layer2?扩展的强烈需求，我们近几年最常提到的所谓“扩容”指的就是这个维度。

而Layer2拓展，主要是指在构建在区块链之上的可扩展性、计算、存储方面的基础设施。我们习惯把Layer2叫做链下，相应地，Layer1就是链上。跳出Layer1，也就跳出了 Layer1的单节点限制问题。本文讨论的就是Layer2可扩展性问题的解决方案。在Layer 2层，用类似于传统互联网的手段，通过网络将所有节点连接起来。任意节点之间都可以随时发起交易，没有了单个节点的性能限制，就可以通过增加节点和通道的方式不断扩展，达到理想的速度。但从技术角度看，闪电网络的可扩展性，其实是牺牲了用户的可用性，并且是需要大量流动性资金做支持的。

可扩展性：增加一个参与者/节点，网络整体性能也随之增加。

可用性：用户需要在某个指定时间内保持一次在线。

流动性：参与交易双方和中间节点的需要将大量的资金押注在Layer1层；

Layer 2的难题

Layer2的最显著特征在于其不具有紧密耦合（Tight coupling）性，即主链（以太坊2.0中的“信标链”）的有效性与子链的有效性并非密不可分。也就是说，包含无效主链块的子链块和包括无效子链块的主链块在定义上不同步。Layer2主要是可以提高交易速度和交易吞吐量。除此之外，还可以大大降低gas费。Layer2扩展是指通过处理链下交（layer1链外）来帮助提高Layer1性能的解决方案的统称。在整个去中心化体量发展路线，Layer 2是重要的方向。但这里存在一个很大的问题：就是Layer 2本身是孤岛，如果不同的项目采用不同的Layer 2方案，它们之间如何互通？这里会打破Layer 1上的可组合性。以至于目前，关于以太坊Layer2的方案主要有6种，分别是状态通道、侧链、Plasma、Validium、ZKRollup和Optimistic Rollup。不同的Layer2方案在是否托管、是否链上计算、是否链上存储、使用欺诈证明还是零知识证明等方面有所差异。不同的扩容方案都有自己的优势与不足，对基于以太坊的DApp项目而言，在Layer2生态格局未定的情况下，根据需求来选择Layer2解决方案或许才是正确的选择，甚至可能在同一场景下根据不同需求同时使用多种解决方案。

Layer2 扩展的解决方案

Off-chain 链下扩容方案的总体思路是类似的：首先需要把主链上的部分“状态”拿到链外来，可以本地存储（基于某种客户端）或者临时存储；然后在链外做具体的操作，比如转账或者其他会影响“状态”的处理；当处理完成或者到达需要同步“状态”的时间点时，再把最终状态传回主链保存。目前已经成体系的链下扩容技术方案大概可以有如下：

状态通道：以比特币的?Lightning Network?和以太坊的?Raiden Network?为代表

通道是最早被人们广泛讨论的扩展解决方案之一，它可以让参与者在链外进行多次交易，而同时只向基础层提交两个交易。虽然通道具有每秒轻松处理数千笔交易的潜力，但它们也有一些缺点：它的参与不是开放的，参与者必须是提前被知悉的，用户必须在多签合约中锁定自己的资金。最重要的是，这种扩展解决方案针对特定应用，不能用于扩展通用的智能合约。在Ethereum上使用状态通道的项目是Raiden，支付通道的概念也被比特币的闪电网络所使用。

侧链

侧链可以认为是主链的分支，是可以独立记账、独立增长的子区块链，所以其中同样会有记账人（矿工）、有永久存储机制和共识算法（因为参与侧链记账的通常会是实现了侧链协议的多个节点）。此外，因为侧链是兼容以太坊的独立区块链，有自己的共识模型和区块参数，所以在侧链之上再创建侧链，理论上也是可行的。这就相当于提供了一种多层的、几乎无限的扩展方案。与以太坊的互操作性是通过使用相同的EVM（以太坊虚拟机）来实现的，因此部署在以太坊基础层的合约可以直接部署到侧链上。xDai 就是这样一个侧链的例子。

Plasma 协议

Plasma是最初由Joseph Poon和Vitalik Buterin提出的一个layer2扩展解决方案。它是一个在以太坊上构建可扩展应用的框架。利用智能合约和Merkle树可以创建无限数量的子链，即以太坊区块链的副本。将交易从主链卸载到子链中，可以实现快速和便宜的交易。但Plasma的一个缺点是，对于想要从layer2提取资金的用户来说，等待时间会很长。Plasma与通道类似，不能用于扩展通用的智能合约。且在 Plasma 中，为了简化“状态转换”的验证，侧链的数据模型使用了?UTXO 模型，而对账户余额变动的验证则很自然地采用了所谓的“Merklized Proof”。但这样的设计也对侧链上的智能合约执行框架提出了挑战。

Plasma 协议定义了一套子链（侧链）的实现协议，其中包括 以下核心组件：

为了从经济上激励侧链本身的永久性存储而设计的一个激励层合约

为了最大化降低交易和结算成本而设计的树状结构交易数据

与上述两个组件相配合的基于 MapReduce 计算框架的状态转移欺诈验证机制

依赖于主链的某种侧链内部的共识算法

Rollup

Rollups通过将侧链交易捆绑或 "滚动 "到一个交易中，并生成一个加密证明，也就是SNARK（简洁的非交互式知识论证）来提供扩展。只有这个证明才会提交给基础层。使用Rollups，所有的交易状态和执行都在侧链中处理。以太坊主链只存储交易数据。

目前，有2种类型的Rollup。Zk rollups和Optimistic rollups。Zk rollups虽然比Optimistic rollups更快、更高效，但并没有为现有的智能合约提供一个简单的方式来迁移到layer2。Optimistic rollups运行一个名为OVM（Optimistic Virtual Machine）的EVM兼容虚拟机，它允许执行与以太坊上相同的智能合约。它能够使现有的智能合约更容易维护其可组合性，这在所有主要的智能合约均已经过battle测试的DeFi中极为重要。运用Optimistic rollups的主要项目之一是Optimism，它们的主网很快就发布。谈到Zk rollups，Loopring和Deversifi是建立在layer2的去中心化交易所的好例子。除此之外，还有Celer Network 提出的经济模型，很好的弥补了可用性和降低流动性资金的要求。

尽管有一系列layer2扩展解决方案可供选择，但看起来以太坊社区倾向于主要通过rollup和以太坊2.0 阶段1的数据分片进行扩展的方法。这方法也在Vitalik Buterin最近发表的一篇名为 "A rollup centric Ethereum roadmap "的文章中得到了确认。Rollups的可扩展性也可以被以太坊2.0放大。事实上，由于rollups只需要扩展数据层，所以可扩展性在Ethereum 2.0阶段1(关于数据分片)中就可以获得巨大的提升。其中尤为值得注意的是，Optimistic Rollup预计能够得到更多的支持，主要原因在于DeFi巨头们的支持，Synthetix已经明确将采用 Optimistic Rollup方案，并在推进相关的整合工作。DeFi“一哥”Uniswap也已经在官网开放了基于该方案的 Unipig这一DEx demo供用户体验，另外预言机龙头Chainlink同样有望采用Optimistic Rollup。因此，未来一年内，可能是 Rollup 技术落地，完成指数增长的重要时期。

总结

DeFi的可组合性将被大幅削弱。以备受称赞的Rollup为例，ZK与Op两种方案目前无法互通，这意味着本已割裂的流动性将进一步加剧，然而之于DeFi整体来说，乐高积木不但是立身之本，更高维度的整合会师。总而言之，以太坊2.0的演进之路无疑是一条充满探索与变化的套路，相信以太坊社区依然很有可能在后续会议中继续调整路线图，但可以确定的是，随着以太坊生态愈发成为一个庞大的生态系统，基础性改造可能性越小，在此环境下，Layer2将会是它的长期伙伴、基础设施。

—-

编译者/作者：豆芽酱

玩币族申明：玩币族作为开放的资讯翻译/分享平台，所提供的所有资讯仅代表作者个人观点，与玩币族平台立场无关，且不构成任何投资理财建议。文章版权归原作者所有。