什么是以太坊 Layer 2 解决方案：去中心化可扩展性

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第 2 层是旨在提高 TPS 性能并因此减少 .这些解决方案被称为“第 2 层”，因为它们位于（并依赖于）第 1 层网络之上。

为什么需要扩展解决方案？

仍然是区块链应用程序开发和采用的关键瓶颈。目前比特币()主链平均每秒3-7次(TPS)，而以太坊()主链平均每秒10-15次。与 Visa 或 Mastercard 等传统支付处理器相比，两者都相形见绌，后者平均每秒处理约 2,000 个，容量高达 20,000。

尽管区块链具有去中心化和私有性质的固有优势，但每个区块链必须由全球共识网络接受、挖掘、分发和验证这一事实在速度方面产生了问题。区块链项目很难同时实现去中心化、可扩展性和安全性。这个问题被称为区块链三难困境。

区块链三难困境的可视化（来源：SEBA Bank Research）

这对以太坊网络特别感兴趣，该网络已经通过去中心化金融 () 应用程序的爆炸式增长和越来越多的采用进行了压力测试。当网络变得拥挤时，用户争相更快地处理他们的交易。由此产生的每个区块中的空间竞标战通常会推高价格（高达 80 美元的 ETH），使得大多数 DApps (ETH) 完全不可行。

2020 年 10 月发布的一份报告指出，由于汽油费上涨，许多非 DeFi DApp 已被排除在网络之外。 UniLogin 服务旨在将新用户直接从浏览器引导到以太坊，但发现自己无法跟上有时超过 130 美元的汽油费。其他应用程序，例如 Dark Forest，由于 gas 价格导致无法在以太坊主网上执行而被迫迁移到测试网。

第 1 层和第 2 层扩展解决方案有什么区别？

术语“第 1 层”是指任何给定网络的底层核心区块链架构，而“第 2 层”是指位于底层区块链之上的覆盖网络。例如，比特币本身是第 1 层网络，而比特币是第 2 层。

升级等解决方案被称为第 1 层，因为它们从根本上改变了整个区块链。虽然以太坊 2.0 正在通过一个名为 的过程将网络的计算负载分离到子区块链中进行改进，但预计不会很快完成升级。

建立在第 1 层之上，大多数第 2 层解决方案以由项目、第三方或去中心化方组（类似于主网）运行的服务器为中心。用户可以通过将交易提交到第 2 层网络来节省燃料，而不是直接将交易提交到第 1 层网络，第 2 层网络将它们捆绑成批次提交到第 1 层网络。

第 2 层解决方案有哪些不同类型？

第 2 层扩展解决方案的目的是在不增加中心化或篡改底层区块链的安全功能的情况下提高 TPS。与使用验证器来确保安全性的侧链不同，Layer 2 解决方案直接继承了底层链的安全性。第 2 层解决方案主要分为三种类型：

状态通道，例如比特币的闪电网络和以太坊的，促进了区块链和链下通道之间的互连，以提高容量和 TPS。状态通道不需要底层网络上的节点进行验证。相反，当交易在状态通道上完成时，最终的“状态”和所有相关的更改都会记录在底层网络上。一般来说，状态通道以去中心化为代价提高了可扩展性。

状态通道第 2 层解决方案的可视化（来源：Finematics）

零知识 (ZK) 汇总，例如，并使用称为简洁非交互式知识论证 (SNARK) 的加密证明来捆绑（汇总）链下传输以太坊狂人，然后将它们传递到第 1 层网络。 ZK rollup 智能合约维护了第 2 层网络上所有交易的记录，并且只能使用 SNARK 证明进行更新。由于这种结构允许 ZK 汇总仅使用证明而不是所有交易数据进行操作，因此块验证更快且更便宜。 ZK rollup 支持资金从 Layer 2 到 Layer 1 的即时转移，因为 ZK rollup 智能合约接受的证明已经验证了提交的交易。 ZK rollups 提供了快速和高水平的安全性和去中心化，但与乐观 rollups 相比，EVM 的兼容性较差，并且比其他解决方案的计算密集度更高。诸如“和量”批次的事务）是有效的。这些解决方案提供了增强的可扩展性，因为它们默认不执行任何计算，而只是在每次交易后向主网提出一个新状态。确保在提交到第 1 层之前检测到欺诈，并且每笔交易提交都需要押金。提交交易后，将提供一到两周的时间，在此期间任何人都可以质疑提交的证明。如果检测到欺诈证明，存款将被削减，发现欺诈的用户将因证明欺诈所花费的 gas 获得补偿。由于所有交易数据都保存在第 1 层链上，因此乐观聚合提供了高级别的安全性和去中心化，但代价是链上交易的延迟更长。由于乐观汇总与以太坊虚拟机（）和 Solidity 兼容，它们还提供了比 ZK 汇总更高级别的灵活性。 Rollup Layer 2 解决方案的可视化（来源：Finematics）像 Polygon() 和 OMG Network() 这样的 Plasma 链作为连接到以太坊网络的独立区块链运行，类似于 Polkadot() 和 Kusama()。由于它们本质上是以太坊主网的较小副本，因此这些解决方案也称为“子链”。该解决方案无需处理以太坊网络上的所有事情，而是允许将交易卸载到多个 Plasma 链，然后安排这些链与主网同步。乐观 总而言之，Plasma 链通过欺诈预防是安全的。该解决方案提供高 TPS 性能和低交易成本，同一 Plasma 链上的两个用户之间的费用为零。缺点是 Plasma 链仅支持有限范围的计算（如转账和交换），需要等待一段时间才能退出到第 1 层以检查欺诈。

Plasma Chain Layer 2 解决方案的可视化（来源：Finematics）

以太坊 Layer 2 解决方案有哪些问题？

DeFi 领域的关键创新驱动力之一是任何项目都能够利用另一个 DApp 的工作来开发创新的、更强大的应用程序。允许以太坊智能合约作为构建块工作，可以混合并匹配到更大、更复杂的系统中，这是 DeFi 中通常称为“金钱乐高块”的概念。

第 2 层解决方案的出现对这种可组合性构成了重大威胁，因为 DApp 失去了与不在同一个第 2 层解决方案上的任何 DApp 互操作的能力。在第 1 层，交易可以与多个 DeFi 协议交互以创建新产品，第 2 层将这些交易锁定在自己的链上。到目前为止，仅在 Polygon 和 Uniswap() 上可用，仅在 Optimism 上可用，因此没有一个交易能够同时调用它们的智能合约。

除了可组合性的限制外，第 2 层解决方案中 DApp 的碎片化带来了重大问题。每次 DApp 移动到第 2 层链上时，它都会从更广泛的生态系统中移除其相关的流动性。在所有 ERC-20 流动性曾经存在于底层以太坊网络上的情况下，迁移到第 2 层将把这种流动性分散到各个较小的池中。

结论

尽管存在潜在缺陷，但第 2 层解决方案将在确保以太坊网络的可扩展性方面发挥重要作用。有这么多不同的项目仍在开发中，没有一个单一的第 2 层解决方案脱颖而出。 Vitalik Buterin 本人赞成采用汇总，并表示“以太坊生态系统可能会全力以赴作为近期和中期未来的扩展策略。”

随着第 2 层技术的不断成熟以太坊狂人，细分应该随着主要参与者的建立而减少。 Polygon 等项目也在努力通过开发第 2 层到第 2 层桥接等互操作性技术来限制对可组合性和流动性的损害。

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