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  以太坊Layer 2怎么玩?一文读懂以太坊的扩容升级

  概要

  由于以太坊使用全节点挖矿,众多的节点共同参与记账,导致效率低下;同时,作为目前最流行的智能合约区块链项目,以太坊网络的交易量巨大,导致常出现拥堵情况,且手续费居高不下,极度影响交易者的使用体验以及各种项目的推广。为解决以太坊网络的性能问题,诞生了Layer 2这一新概念。

  区块链Layer 1的限制性及解决方案

  在区块链中存在着一个“不可能三角”,即扩展性(Scalability)、去中心化(Decentralization)、安全(Security),三者只能得其二,这是基于传统金融货币理论中,一国无法同时实现货币政策的独立性、汇率稳定性和资本自由流动性的“不可能三角”衍生而来。

  以太坊Layer 2怎么玩?一文读懂以太坊的扩容升级

  图源:Medium.com

  无论是比特币、以太坊,还是其他的加密货币,大多有着一条独立且唯一的公链,即Layer 1。作为标准的基础共识层,所有的交易结算都发生在这一层上,为了保护所有的相关交易、清算记录等信息,Layer 1将技术重点放在了安全和去中心化上,导致了扩展性有限。

  毫无疑问,当所有的交易、应用程序都通过layer 1这一条唯一的主链进行结算时,会造成工作效率低下,尤其是在以太坊网络中,币种多样、业务量巨大,一不小心就会发生网络拥堵的情形。为了解决主链的拥堵问题,链圈的开发者们提出了各种扩容的方案。

  扩容方案一般分为两种,分别为链上扩容和链下扩容。链上扩容,即在Layer 1进行的扩容,是指针对协议层的扩容,对底层区块链本身进行“改造”,将区块链的容量变得更大,具体的方案包括SegWit、DPOS、扩块等,目标是让主链能支持更多更快的链上交易。而链下扩容是指通过Layer 2进行的扩容。

  Layer 2重视的是效率与应用

  Layer 2,或链下扩容,是指在主链外部进行扩容的性能解决方案,与Layer 1是一个承接互补的关系,即Layer 2是构建在底层区块链之上的基础架构,为区块链提供更好的可扩展性、可用性以及隐私性。比起Layer 1追求安全性和去中心化,Layer 2追求的是极致的效率和性能。而以太坊Layer 2也经历了若干年的发展,发展出了数种不同的Layer 2。

  以太坊Layer 2的常见种类

  1. 侧链(Side Chain)

  Layer 2最初的方案是侧链,即一条独立运行的链,仅用于某一项交易的运算,并将结果返回到Layer 1上,主链只对交易结果进行接收、登记,不作验证,借此来减少主链的运行压力。

  但是侧链存在着一个致命的缺点,就是如果节点遭到攻击或篡改(节点作恶),会导致侧链的交易执行有误,进而导致返回给Layer 1的结果也是错误的。

  2. 等离子链(Plasma)

  针对侧链容易被纂改攻击的问题,开发者们又设计出了等离子链(Plasma)技术,实质是具有非托管特征的树状结构侧链,负责具体的交易结算功能,而主链仅负责存储。在等离子链的运行中,用户需要将资产锁定在对应的根链的合约中,并提交对应的证明给验证者证明。当出现有参与者无法提供证明时,该Plasma区块将无法被确认,其他用户则可以安全地从链中退出,保护了资产的安全。

  然而,在等离子链的运行中,每个子链有自己的机制验证区块和实现防伪证明,若所有用户同时试图退出,所有的有效状态都要被提交验证,一样造成网络堵塞。

  3. Rollup

  尽管等离子链提高了侧链运作中的安全性问题,但其返回给Layer 1的只有交易结果,并没有具体的交易信息。因此,开发者们又设计出了Rollup的方案,常见的有ZK Rollups、Optimistic Rollups、Arbitrum等。在这些方案中,所有的Layer 2交易都会被汇总到一个交易的调用数据内,然后周期性地打包到区块提交至Layer 1完成记录。Rollup不需要像等离子链一样需要数据可用性假设。

  4. 状态通道(State Channels)

  状态通道即交易双方在链下构建一个通道,通过各自的私钥签名,并将资金锁定在这个通道上,发送支付状态(包含轮次、金额、签名),完成链下交易,最后将结果记录到主链上。目前,状态通道已广泛应用于支付、游戏等场景。

  但如果在过程中,其中的一方在交易完成前退出,会进入一个退出“挑战期”,并等待另一方的最新一轮的状态更新,并由主链核实签名和最后结余来确认状态更新的有效性。为了确保交易对手方没有使用过去的某个状态退出,交易者可能需要频繁监控主链。

  以太坊Layer 2生态的未来前景

  随着以太坊网络的不断开发,以及DeFi的推广流行,以太坊区块链的交易量还在不断的增长,给主链带来的运行压力也越来越大。而不少基于以太坊的DeFi项目,包括去中心化交易所在内也开始选择与不同的Layer 2解决方案合作,来提供更多高效、低成本的服务和功能。在接下来的时间里,开发者们如何通过Layer 2来继续完善以太坊网络,值得大家拭目以待。

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