Coinbase：五分钟读懂Layer1、Layer2及侧链解决方案

原文标题：《Scaling Ethereum & crypto for a billion users》

原文作者：Justin Mart & Connor Dempsey

原文编译：去中心化金融社区

截至 2021 年底，以太坊已经发展到支持来自去中心化金融、NFT、游戏等领域的数千个应用程序。整个网络每年处理数万亿美元的交易，其中超过 1700 亿美元锁定在该平台上。

但俗话说，钱越多，问题越多。以太坊的去中心化设计最终将其可以处理的交易数量限制在每秒 15 笔。由于以太坊的受欢迎程度远远超过每秒 15 笔交易，结果是漫长的等待，每笔交易的费用高达 200 美元。最终，这会让很多用户付出代价，并限制以太坊目前能够处理的应用程序类型。

如果基于智能合约的区块链想要成长为支持数十亿用户的金融和 Web 3 应用程序，就需要可扩展的解决方案。值得庆幸的是，「骑兵」已经开始到来，最近有许多解决方案最近上线。

是竞争还是互补?

目标是增加可公开访问的智能合约平台可以处理的交易数量，同时保持足够的去中心化。通过单一实体管理的中心化解决方案来扩展智能合约平台是微不足道的 (Visa 每秒可以处理 45000 笔交易)，但然后我们就会回到起点：一个由少数强大的中心化参与者拥有的世界。

解决这一问题的方法有两个：(1) 构建与以太坊竞争的全新网络，可以处理更多的活动，或 (2) 构建互补的网络，可以处理以太坊的过剩容量。

大体来说，它们可以分为以下几个类别：

第 1 层区块链 (与以太坊竞争) 侧链 (与以太坊互补) 第 2 层网络 (以太坊的补充)

虽然它们在架构和方法上各不相同，但目标是相同的：让用户实际使用网络 (例如，与 DeFi、NFT 交互等)，而无需支付高昂的费用或经历长时间的等待。

第1层

以太坊被认为是第 1 层区块链——一个独立的网络，在一个地方保护用户资金和执行交易。想要使用像 Uniswap 这样的 DeFi 应用程序将 100 USDC 换成 DAI 吗？以太坊是这一切发生的地方。

与之竞争的第 1 层可以做以太坊所做的一切。它们的区别在于新的系统设计能够实现更高的吞吐量，从而降低交易费用，但通常以增加中心化为代价。

在过去 10 个月里，新的第 1 层网络陆续上线，在同一时期内，这些网络的总价值从 0 美元飙升至 750 亿美元左右。该领域目前由 Solana、Avalanche、Terra 和币安智能链 (Binance Smart Chain) 领导，每一个都拥有不断增长的生态系统，价值超过 100 亿美元。

非以太坊的第 1 层的 TVL

所有第 1 层都在竞争，以吸引开发人员和用户。在没有任何以太坊的工具和基础设施 (这些工具和基础设施使构建和使用应用程序变得容易) 的情况下，实现这一目标是很困难的。为了弥补这一差距，许多第 1 层采用了一种称为 EVM 兼容性的策略。

EVM 代表以太坊虚拟机，它本质上是执行计算以使交易发生的大脑。通过使他们的网络与 EVM 兼容，以太坊开发人员可以通过复制和粘贴他们的代码，轻松地将现有的以太坊应用程序部署到新的第 1 层。用户还可以通过现有的钱包轻松访问 EVM 兼容的第 1 层，从而简化迁移。

以币安智能链 (BSC) 为例。通过发布一个 EVM 兼容的网络，并调整共识设计以实现更高的吞吐量和更便宜的交易，BSC 在去年夏天 DeFi 应用程序的使用量激增，这些应用程序都类似于 Uniswap 和 Curve 等流行的以太坊应用程序。Avalanche、Fantom、Tron 和 Celo 也采取了相同的方法。

相反，Terra 和 Solana 目前不支持 EVM 兼容性。

EVM 兼容 vs 非 EVM 兼容第 1 层的 TVL

可互操作链

在略有不同的第 1 层存储区中是区块链生态系统，如 Cosmos 和 Polkadot。这些项目不是构建新的独立的区块链，而是构建标准，让开发人员创建能够相互通信的特定应用的区块链。例如，这可以允许来自游戏区块链的代币在社交网络的独立区块链上构建的应用程序中使用。

目前，使用 Cosmos 标准构建的链上已超过 1000 亿美元，最终可以互操作。与此同时，Polkadot 最近也达到了一个里程碑，同样将统一其区块链生态系统。

简而言之，以太坊的直接竞争对手多种多样，未来还会有更多。

侧链

侧链和新的第 1 层之间的区别无疑是一个模糊的区别。侧链与 EVM 兼容的第 1 层非常相似，不同之处在于它们专门用于处理以太坊的过剩容量，而不是与整个以太坊竞争。这些生态系统与以太坊社区紧密结合，以互补的方式托管以太坊应用。

Axie Infinity 的 Ronin 侧链便是一个典型的例子。Axie Infinity 是一款基于以太坊的 NFT 游戏。因为以太坊的费用让玩游戏变得非常昂贵，所以建立 Ronin 侧链允许用户将他们的 NFT 和代币从以太坊转移到一个低费用的环境中。这使得更多用户能够负担得起这款游戏，并使得这款游戏大受欢迎。

在撰写本文时，用户已经从以太坊转移了超过 75 亿美元到 Ronin 来玩 Axie Infinity。

Polygon POS

像 Ronin 这样的侧链是特定于应用程序的，其他的则适用于更通用的应用。目前，Polygon POS 侧链是行业领导者，拥有近 50 亿美元的价值，部署在 100 多个 DeFi 和游戏应用程序，包括大家熟悉的 Aave 和 Sushiswap，以及 Uniswap 的克隆版本 Quickswap。

同样，Polygon POS 看起来与 EVM 兼容的第 1 层并没有什么不同。然而，它是作为框架的一部分构建的，以扩展以太坊，而不是与之竞争。Polygon 团队认为，在未来，以太坊仍然是高价值交易和价值存储的主导区块链，而日常交易将转移到 Polygon 的低成本区块链。(Polygon POS 还通过一个称为检查点的过程与以太坊保持着一种特殊的关系)。

由于交易费用很低，Polygon 的未来愿景似乎是可行的。在激励计划的帮助下，用户纷纷涌向 Polygon POS，其日均交易量超过了以太坊 (尽管垃圾邮件交易夸大了这个数字)。

第 2 层 (Rollup)

第 1 层和侧链都有一个明显的挑战：确保其区块链的安全。为此，他们必须向新一批矿工或权益证明验证者支付费用，以验证和确保交易的安全，通常以基础代币的通货膨胀形式 (例如 Polygon 的$MATIC, Avalanche 的$AVAX)。

然而，这也带来了显著的缺点：

- 拥有基础代币自然会让生态系统更有竞争力，而不是与以太坊互补。

- 验证和保护交易是一项复杂且具有挑战性的任务，你的网络将无限期地负责这项任务。

如果我们可以借鉴以太坊的安全性来创建可扩展的生态系统，这不是很好吗? 进入第 2 层网络，特别是「Rollup」。简而言之，第 2 层是位于以太坊之上的独立生态系统，其安全性依赖于以太坊。

关键的是，这意味着第 2 层不需要有原生代币——所以它们不仅对以太坊更具互补性，它们本质上是以太坊的一部分。以太坊的路线图甚至表示以太坊 2.0 将以「Rollup 为中心」，以此表达对这一想法的敬意。

Rollup 的工作原理

第 2 层通常被称为 Rollup，因为它们在将更新的交易数据发送回以太坊之前「Rollup」或将交易捆绑在一起并在新环境中执行它们。与其让以太坊网络单独处理 1000 个 Uniswap 交易 (昂贵!)，不如将结果提交回以太坊之前在第 2 层汇总上卸载计算（便宜！）。

然而，当结果被发回以太坊时，以太坊如何知道数据是正确和有效的? 以太坊如何防止任何人发布不正确的信息? 这些关键问题区分了两种类型的 Rollup：Optimistic Rollup 和 ZK-Rollup。

Optimistic Rollup

当向以太坊提交结果时，Optimistic Rollup 中的「Optimistic」假设它是有效的。换句话说，他们让 Rollup 操作人员发布他们想要的任何数据 (包括潜在的不正确/欺骗性数据)，并假设它是正确的——毫无疑问，这是一个 Optimistic 的前景! 但打击欺诈还是有办法的。作为一种制衡，在任何提款后都有一个时间窗口，任何人都可以在此查看欺诈行为 (记住，区块链是透明的，任何人都可以查看正在发生的事情)。

其中一个观察者可以通过数学方法证明欺诈发生了 (通过提交欺诈证明)，那么 Rollup 将恢复任何欺诈交易，惩罚不良参与者并奖励观察者 (一个聪明的激励系统!)。

缺点是当用户在 Rollup 和以太坊之间移动资金时，会有一个短暂的延迟，等待查看是否有任何观察者发现任何欺诈行为。在某些情况下，这可能长达一周，但我们预计这些延迟会随着时间的推移而减少。

关键是 Optimistic Rollup 本质上与以太坊联系在一起，并准备帮助以太坊今天的规模。因此，随着许多领先的 DeFi 项目转向领先的 Optimistic Rollup——Arbitrum 和 Optimistic Ethereum，我们已经看到了强劲的初期增长。

Arbitrum 和 Optimistic Ethereum

Arbitrum 和 Optimistic Ethereum 是目前实现 Optimistic Rollup 的两个主要项目。值得注意的是，两家公司都仍处于早期阶段，两家公司都保持着中心化控制的水平，但都计划随着时间的推移进行去中心化。

据估计，一旦成熟，Optimistic Rollup 可以将可扩展性提高 10-100 倍。甚至在早期，在 Arbitrum 和 Optimism 上的 DeFi 应用程序就已经积累了数十亿的网络价值。

Optimistic 在 7 个 DeFi 应用中部署了超过 3 亿美元的 TVL，其中最著名的是 Uniswap、Synthetix 和 1inch。

Arbitrum 则更进一步，在 60 多个应用程序中，包括熟悉的 DeFi 协议 (如 Curve、Sushiswap 和 Balancer) 的 TVL 上投资约 25 亿美元。

Arbitrum 也被选为 Reddit 的扩展解决方案，因为他们期待已久的努力为社交媒体平台的 5 亿活跃用户标记社区点。

ZK-Rollup

Optimistic Rollup 假设交易是有效的，并为其他人提供了证明欺诈的空间，而 ZK-Rollup 则实际向以太坊网络证明交易是有效的。

随着捆绑交易的结果，他们向以太坊智能合约提交所谓的有效性证明。顾名思义，有效性证明让以太坊网络验证交易是否有效，从而使中继者不可能欺骗系统。这消除了对欺诈证明的需要，因此在以太坊和 ZK - Rollup 之间转移资金是有效的即时操作。

虽然即时结算和无提款时间听起来很棒，但 ZK-Rollup 并不是没有权衡的。首先，生成有效性证明需要大量的计算，因此需要高性能的机器来让它们工作。其次，围绕有效性证明的复杂性使得支持 EVM 兼容性更加困难，从而限制了可以部署到 ZK-Rollup 的智能合约的类型。

因此，Optimistic Rollup 首先进入市场，并且更有能力解决目前以太坊的规模问题，但从长远来看，ZK-Rollup 可能成为更好的技术解决方案。

ZK-Rollup 的采用

ZK-Rollup 的情况很深入，有多个团队在工作中和生产中进行实现。一些著名的公司包括 Starkware、Matter Labs、Hermez 和 Aztec。今天，ZK-Rollup 主要支持相对简单的应用程序，如支付或交易所。例如，衍生品交易所 dYdX 采用 Starkware (StarkEx) 的 ZKRollup 解决方案，支持每周近 500 万笔交易和 10 亿美元以上的 TVL。

然而，真正值得称赞的是 ZK-Rollup 解决方案，它完全兼容 EVM，因此能够支持流行的通用应用程序 (如 DeFi 应用程序的完整套件)，而不会出现 Optimistic Rollup 的撤回延迟。这一领域的主要参与者是 MatterLab 的 zkSync 2.0、Starkware 的 Starknet、Polygon Hermez 的 zkEVM 和 Polygon Miden，它们目前都在致力于主网发布。(与此同时，Aztec 专注于将 zk 证明应用于隐私)。

许多业内人士 (包括 Vitalik) 都在考虑将 ZK-Rollup 与以太坊 2.0 结合起来，作为扩展以太坊的长期解决方案，这主要是因为它们能够在不影响安全性或去中心化的情况下从根本上每秒处理数十万个交易。即将推出的完全兼容 EVM 的 ZK-Rollup 将是以太坊发展过程中需要关注的关键问题之一。

一个破碎的世界

从长远来看，如果智能合约平台想要扩展到数十亿用户，这些可扩展解决方案是必要的。然而，在短期内，这些解决方案可能会给用户和加密运营商带来重大挑战。从以太坊导航到这些网络需要使用跨链桥，这对用户来说是复杂的，并带有潜在的风险。例如，一些跨链桥梁已经成为攻击目标。

更重要的是，多链世界打破了可组合性和流动性。考虑到 Sushiswap 目前在 Ethereum、Binance Smart Chain、Avalanche、Polygon 和 Arbitrum 上实现。Sushiswap 的流动性曾经集中在一个网络 (以太坊) 上，现在它分布在五个不同的网络上。

以太坊应用一直受益于可组合性——例如，以太坊上的 Sushiswap 可以与 Aave 或 Compound 等其他以太坊应用即插即用。随着应用程序扩展到新的网络，在第 1 层/侧链/第 2 层实现的应用程序不再能够与在另一层实现的应用程序组合，限制了可用性，并给用户和开发人员带来了挑战。

一个不确定的未来

像 Avalanche 或 Solana 这样的新 1 层会继续成长，与以太坊竞争吗? 像 Cosmos 或 Polkadot 这样的区块链生态系统会激增吗? 侧链会继续与以太坊和谐运行，承担其过剩的容量吗? 或者与以太坊 2.0 相结合的 Rollup 会胜出吗? 没有人能肯定地说。

虽然未来是不确定的，但有这么多聪明的团队致力于解决开放的、无需许可的网络所面临的最具挑战性的问题，我们应该感到安慰。正如宽带最终帮助互联网支持了许多革命性的应用程序，我们相信我们最终会以同样的眼光看待这些成功的规模解决方案。

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编译者/作者：区块律动BlockBeat

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