深度丨以太坊擴容迫在眉捷，Layer2 能否力挽狂瀾？_區塊鏈:區塊鏈域名

作者：MikaHonkasal

翻譯：lily

摘要

Ethereum的可擴展性有限，交易費用正在不斷上漲。用戶經常要為與許多常用的智能合約支付約50美元。

增加區塊鏈的交易吞吐量是一件具有挑戰性的任務，因為交易必須由參與共識的每個節點處理。

最有希望的Layer2擴展解決方案是ZKRollup和OptimisticRollup，它們是為了解決之前Plasma實現的弱點而開發的

用Layer2技術擴展區塊鏈

區塊鏈犧牲了計算和存儲的效率以獲得更好的信任。用戶可以相信他們所做的交易在未來是有效的，而開發者可以相信他們的代碼總是可以供用戶使用的。

這是因為區塊鏈上的數據具有極高的冗余度。交易必須由每一個參與維護區塊鏈的節點來處理，而且不斷擴大的交易數據集必須永遠存儲。在這個過程中保持較低的進入門檻，可以使區塊鏈保持去中心化。

如今，最常用的區塊鏈是比特幣和以太坊。每一個區塊每秒大概可以分別處理5筆和15筆交易。在以太坊中，交易不僅僅是點對點的支付，還有更復雜的智能合約交互，需要比普通交易更多的處理能力。

根據節點實現的不同，以太坊區塊鏈規模為160GB，近期去中心化金融產品的需求加速了增長。昨天，用戶支付了370萬美元的交易費用和450萬美元的通脹補貼來處理和存儲他們的交易。GasPrice上漲導致許多最常用的智能合約交互費用在5-50美元之間，用戶需要支付基本的交互費用。對于比特幣來說，每筆交易的平均費用接近5美元。

武漢融創智谷引進區塊鏈等新興技術促進產業深度融合:近日，武漢融創智谷相關負責人介紹，融創智谷正在規劃建設中的融創智谷二期將充分運用洪山大學之城的區位優勢，借助國家級開發區引擎帶來的產業延伸作用，重點引進航天、氫能、人工智能、5G、區塊鏈5個新興前沿產業，促進制造業和服務業深度融合。整體投入運營后，預計入駐企業產值將超過200億元，年納稅額可達20億元。武漢融創智谷創建于2016年，是武漢市規劃建設的第一批“創谷”。（新浪）[2021/7/20 1:04:52]

如何擴展區塊鏈

有效的區塊鏈擴展解決方案可以增加數據存儲或計算能力，而不會給維護區塊鏈的節點增加大量成本。

請注意，要想在擴展方面取得進展，需要能夠實現指數級改進的解決方案。以最大的容量運行時，以太坊處理的交易數量微乎其微，相比之下，它上面的活動才能被稱為真正的、可觀的經濟活動。

2015年關于改變比特幣區塊大小的備受矚目的辯論是一個很好的例子，它說明了在宏偉的計劃中，精力被浪費在一個相對微不足道的改進上。2-8倍的改進可能對緩解短期壓力很有用，但它也給所有節點帶來了未來更高的交易處理成本。這就限制了可以參與共識的人群，從而降低了去中心化程度。

在底層擴展區塊鏈的主要解決方案不應該是增加所有節點的成本，而是將交易驗證工作分割成更小的碎片。分片是許多頂級區塊鏈項目擴展的方式--包括NEAR、Ethereum2.0和Polkadot。通過從區塊鏈的全局驗證器池中隨機抽樣和輪換每個碎片的驗證器，可以證明由此產生的安全性與使用整個驗證器池接近。

鏈上ChainUP VP Kris Lee：鏈上ChainUP正深度參與IPFS、DEFI、DOT等生態建設:9月3日，華中區塊鏈周在武漢隆重舉辦。鏈上ChainUP VP Kris Lee在《鏈上三周年：交易系統的設計與探索》主題演講中提到，鏈上ChainUP通過三年的技術深耕，采用云原生與分布式撮合等綜合底層技術來提升交易系統的資源利用率、故障自愈、服務治理等能力，做到了全系統分布式無單點、彈性伸縮、適應突發流量、秒級容災恢復。Kris還分享了鏈上ChainUP的大中臺技術戰略，將交易所基礎服務和平臺數據開放，形成以交易所為核心的產品生態，與行業更多優質企業合作，為客戶提供更多交易所擴展功能。同時，在IPFS、DEFI、DOT等生態建設上，鏈上ChainUP也正在從技術層面深度參與，以推動區塊鏈技術在金融領域更廣泛地應用。[2020/9/3]

"Layer2"擴展解決方案的常見定義一般是指任何連接到以太坊的系統，它通過將交易批量化到主區塊鏈，幫助提高交易處理能力。

然而，隨著互操作性解決方案變得越來越普遍，什么是側鏈和Layer2技術，更好的分類取決于底層安全模型。側鏈可以是特定于應用的，也可以是通用的，并對自己的安全性負責。Layer2的安全性來自于底層區塊鏈。

Layer1區塊鏈如NEAR和Solana有自己的驗證人，負責區塊生產，但已經建立了與以太坊的橋梁，將允許在鏈之間進行代幣轉移。tBTC有效地使比特幣成為以太坊的側鏈。

聲音 | 解放軍報：加快推進區塊鏈軍事應用，不斷拓展其應用廣度和深度:11月20日，解放軍報刊文《軍報關注：區塊鏈如何影響現代軍事》。文章表示，區塊鏈由此所體現的技術特性，恰好可以滿足軍事領域的一些特定需求。區塊鏈去中心化的特性契合抗毀生存的軍事需求。區塊鏈可追溯不可篡改的特性契合作戰指揮強信任需求。區塊鏈透明開放集體參與的特性契合信息安全共享的軍事需求。在作戰領域，區塊鏈的去中心化、可擴展、跨網絡分布、強加密等特點，可有效提升作戰網絡的安全性抗毀性，大大增強作戰體系的彈性韌勁。在軍事管理領域，區塊鏈的機器信任機制，可減少軍事管理過程中人為因素帶來的不確定性、多樣性和復雜性。區塊鏈在軍事領域的應用，各國軍隊更是處于探索階段，加快推進區塊鏈軍事應用，不斷拓展其應用廣度和深度，可采取以下措施。1.加強區塊鏈軍事應用的統籌規劃。2.創新區塊鏈軍事應用模式。3.突破區塊鏈軍事應用技術瓶頸。[2019/11/21]

從比特幣的角度來看，以太坊的驗證人可以竊取用戶的資金。這意味著如果以太坊是比特幣的側鏈，那么兩者沒有共享的安全性，因為比特幣無法對以太坊執行其規則。這就是為什么Liquid不能被認為是比特幣的完全安全的側鏈--它有自己的驗證人，可以竊取用戶的資金。

這些模式一般有兩種不同的類型：狀態通道和非托管側鏈。對于這些方法，一般模式大約是：

資產可以從鏈上移動到鏈下環境。

交易在鏈外環境中進行。

鏈外發生的快照會提交給底層區塊鏈。

通過在經濟上激勵參與者提交正確的數據--或者通過向底層區塊鏈提供完整證明--來保證安全性。

聲音 | 王學宗：區塊鏈是深度底層的社會連接技術:11月15日，高交會舉行第二場記者服務廣場活動，區塊鏈技術專家、企業代表，就“區塊鏈助推中國實體經濟發展”展開研討。在區塊鏈技術落地方面，北京創業板投資顧問有限公司執行董事、鏈改試驗發起人王學宗說：“區塊鏈是深度底層的社會連接技術，對深圳來說，目前我們能做的，是在底層四大技術方面實現突破。建議深圳在大的行業公鏈研發方面進行突破，這是一個很有前途的事情，可使經濟效率大大提高。”[2019/11/18]

狀態通道

狀態通道是支付通道的一般形式，這也是比特幣的閃電網絡所建立的技術。

彼此之間要開通一個狀態通道，用戶將區塊鏈的部分狀態鎖定在一個智能合約中。在通道中，用戶可以通過簽署按順序排列的交易來更新彼此的狀態。如果發生糾紛或要退出通道，用戶將最新更新的狀態發送給底層區塊鏈，最新更新的狀態就是真相。狀態通道可以很好地保護隱私，因為交易對底層區塊鏈是隱藏的，只登記用戶的進入和退出。

從概念上看，狀態通道很簡單，但其設計有一些固有的局限性。

狀態通道需要用戶保持在線監控通道，以防其他用戶試圖用舊信息退出。它們也不太容易通用于輕松構建智能合約，因為對于開發者來說，與這些渠道進行交互比僅僅部署現有的智能合約代碼更加復雜。

此外，狀態通道的資本使用效率低下，因為它們需要高額的抵押品。

從Plasma到Rollup

聲音 | 塞力斯：將與螞蟻區塊鏈在區塊鏈等方面展開深度合作:據財聯社5月26日消息，塞力斯發布公告稱，與螞蟻區塊鏈科技（上海）有限公司簽訂《合作協議》，雙方將在區塊鏈醫療領域互為合作伙伴，在區塊鏈技術、可信存證等方面開展全方位深度合作。[2019/5/26]

長期來看，可能更重要的一類Layer2擴展解決方案是非托管側鏈。這是因為它們有可能在上面運行去中心化的金融和其他Web3應用。

非托管側鏈的關鍵在于，用戶可以上鏈和下鏈，其性能容量比L1區塊鏈高得多，而不必信任側鏈的操作者，即擁有與在以太坊主鏈上交易時相同的安全保障。

最初有希望的非托管側鏈設計是Plasma，幾年前它被炒作成擴展區塊鏈的銀彈。以安全和用戶友好的方式實現Plasma的復雜性導致這種模式失寵。

Plasma建立在一個簡單的前提下。如果Plasma鏈上的驗證者試圖向底層區塊鏈提供關于狀態轉換的錯誤信息，即通過提供不正確的余額帶著用戶資金退出鏈，用戶可以挑戰這些信息，并構建自己的證明，證明Plasma鏈上發生了什么交易。

在實踐中，Plasma遇到了一系列需要解決的并發癥。比如：

數據不可用一種攻擊，Plasma鏈的驗證者可以向底層鏈發布數據，但將交易數據留給自己。這樣一來，用戶就沒有必要的數據來挑戰驗證者提供的信息。

在線要求。要求每個用戶必須保持在線，并在惡意Plasma鏈驗證者退出的情況下監控所有交易。

大規模退出問題。如果所有用戶都需要退出Plasma鏈，那么整個Plasma鏈的狀態就必須發布到底層區塊鏈上，對于以太坊來說，這樣的證明規模實際上是不可能處理的。

雖然

Plasma現金等新的迭代為現有問題提供了解決方案，但確保用戶資金安全退出的新問題不斷出現。2018年12月，

化名BarryWhiteHat以零知識證明的形式提供了這個問題的解決方案。

在ZKRollups中，側鏈的驗證者收集--或卷展--許多交易，以生成一個簡潔的zk證明，證明所有進行的交易都是有效的。然后將證明發布在Ethereum鏈上。

這種方法完全避免了用戶能夠安全退出Plasma鏈的復雜性。但是，這種方法也有兩個普遍的缺點：

在Ethereum鏈上發布的zk-proof的規模很大--這意味著與Plasma相比，zk-Rollups犧牲了最大的交易吞吐量。

以一般的方式構建簡潔的zk-proof來執行智能合約是很困難的。目前，ZKRollups更多的局限于代幣轉讓等特定操作--雖然，去中心化交易所Loopring已經在主網上線，并建立在ZK-Rollups上。

OptimisticRollups類似于Plasma，但區別在于所有的交易數據必須在鏈上提供--向底層區塊鏈提供比Plasma更多的交易數據，并允許任何人構建交易有效性證明。具體來說，必須將足夠多的數據發布到以太坊鏈上，以重建整個OptimisticRollups側鏈的狀態。

雖然這種方法犧牲了交易處理的另一個指數，因為必須在鏈上發布更多的數據，但與ZKRollups相比，Optimism的方法允許實現智能合約的靈活性和與Ethereum虛擬機的兼容性。

作為一個缺點，OptimisticRollups需要1-2周的爭議期，以確保用戶有足夠的時間來爭議無效的狀態轉換。加快退出過程的解決方案是建立一個退出市場，用戶可以卸載所持側鏈的風險。

雖然從底層區塊鏈中獲取安全性聽起來是最安全的選擇，但有一種觀點認為，應用程序負責自己的安全，只使用"Layer1"區塊鏈作為在特定應用程序鏈之間傳輸消息的方式，是一種模式。

這就是Cosmos設計背后的理念。這個理念是，應用與基礎層相比，可能會因為太有價值而成為基礎層安全的寄生蟲。應用程序支付的費用不一定會隨著它們所促進的價值轉移而擴展，這些應用程序可能會變得比底層區塊鏈更有價值，導致例如以太坊成為應用程序的安全弱點。

這確實在用戶體驗方面帶來了額外的障礙。在一個側鏈的生態系統中，用戶必須獨立地信任他們與之交互的每個側鏈的安全性。

在實踐中會起作用

狀態通道最有可能在處理某些應用的交易中發揮作用。例如，GraphProtocol正計劃為數據庫索引服務實現狀態通道支付--而且狀態通道足夠靈活，也可以為條件支付編碼簡單的規則。

在特定應用鏈中，SKALE計劃在年底前推出，并將帶來與Ethereum互通的特定應用鏈。此外，通往NEAR協議和Solana的橋梁有望為整個生態系統帶來更多的可擴展性--盡管兩者都可以被視為以太坊的競爭對手。

在這些情況下，應用程序可以將其功能擴展到以太坊之外，可能會減少生態系統對單一鏈的依賴。例如，FluxMarket--NEAR上的預測市場協議，將在MakerDAO的去中心化穩定幣DAI中提供投注市場。

ZKRollups和OptimisticRollups都是將應用拴在以太坊生態系統上的解決方案，因為它們建立在上面并依靠以太坊提供安全保障。例如，去中心化交易所Loopring建立在ZKRollups上，7月份處理了1760萬美元的交易量。

開發OptimisticRollups最知名的團隊是Optimism之前是PlasmaGroup，顧名思義，它在之前從事Plasma的實現工作。2020年1月，該團隊從Paradigm和IDEO籌集了350萬美元的風險資金。OptimisticRollups已經在Ethereumtestnet上用Unipig進行了演示，Unipig是Uniswap的一個版本，用于相互交易"UNI''和"PIG"代幣。

對于這些解決方案中的每一個，仍然存在的大問題集中在可組合性上。在Ethereum上，智能合約能夠相互同步調用。這種可組合性的缺乏改變了終端用戶的體驗，因為從Rollup鏈上跳上跳下會引入存款與提款的摩擦。

這與當今Web3用戶體驗最好的部分之一形成鮮明對比，用戶可以通過單一的Metamask點擊與所有應用進行交互。

如果應用程序將自己部署到自己的側鏈中，即使是在較差的可擴展性方面，OptimisticRollups仍然提供了10-30倍的交易處理能力，這應該給以太坊足夠的空間。Ethereum2.0有助于這些可擴展性解決方案，因為它為數據的發布提供了更多的空間。

Ethereum2.0將分三個階段推出，其中最后一個階段將啟用智能合約。然而，已經在第二階段之后，使用以太坊作為數據層，可以將交易處理能力提高到每秒5萬筆交易。

目前需求大于供給，什么樣的方案才能滿足最直接的交易處理需求值得期待。在某種程度上，上述所有技術都有可能在未來某個環節發揮作用，并且在不斷改進。Connext最近推出了Spacefold，它將實現跨不同L2的狀態通道延伸和橋接。

目前，其它區塊鏈有機會吸引以太坊上的服務進入更可擴展的環境。然而，幾乎所有的Layer2開發都發生在以太坊上，如果這些解決方案找到了產品與市場的契合點，那么其它競爭者能夠提供的功能就會變得很單薄。

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