什么是layer2 ？一文读懂以太坊扩容方案的投资机会

layer2赛道存在巨大投资机会，其中一个代币1年涨幅近7倍，另一个为3.6倍。

哈喽大家好，欢迎来到币小宝区块链公开课，我是币小宝，今天我们的主题是，layer2 是什么？

今年以来，layer2 板块取得了不错的涨幅，那么，什么是layer2 ？为什么需要layer2 ？layer2赛道有哪些优质项目？

layer2 是一个为提升以太坊网络（layer1）性能的整体解决方案，众所周知，由于以太坊网络经常出现拥堵情况，并且手续费奇高不下，导致许多大规模应用无法在以太坊网络实现。例如今年的Defi浪潮中，动辄手续费高达数百美元，非常不利于项目推广；此外，受限于以太坊网络的TPS，导致去中心化交易所难以普及，甚至衍生品等业务无法进一步扩张。

因此，为了解决以太坊网络的性能问题，在以太坊网络的基础上，诞生了layer2 这一概念。Layer1来保证安全和去中心化，绝对可靠、可信；它能做到全球共识，并作为“加密法院”，通过智能合约设计的规则进行仲裁，以经济激励的形式将信任传递到Layer2 上，而Layer2追求极致的性能，它只能做到局部共识，但是能够满足各类商业场景的需求。

layer2有几种解决方案，分别是：Rollups、状态通道（State channels）、侧链（Sidechains）、等离子体（Plasma）、Validium、混合方案（Hybrid solutions）等等，本文将重点介绍前四种方案及其相关的项目。

过去一年中，表现最好的代币当属LRC，其次是OMG。

一、Rollups

Rollups是目前最为主流的扩容方案，其本质是将原本分布在区块中的大量交易数据，打包成一笔集合的交易，发布到链上。为确保其中每笔交易的有效性，各种 Rollup 方案设计了不同的机制以确保整个过程的安全性与 Layer 1 保持一致。这个解决方案又可进一步细分为：ZK rollups、Optimistic rollups。ZK Rollup 以零知识证明 zk-SNARKs 的密码学技术确保安全性，而 Optimistic Rollup 则继承了 Plasma 的惩罚机制，以确保节点如果作恶将付出很大的代价。

（1）ZK rollups

优势：可以支持支付以及DEX

缺点：耗内存和CPU/无法支持智能合约

ZK rollups是指通过智能合约将数百个链下交易打包到一个单独的交易中，数据提交以后，智能合约可以确认全部的交易，这也被称为有效性证明。由于区块包含的数据更少，因此验证速度更快，验证成本更低。

使用 ZK rollups 的侧链同样可以降低交易大小，例如，一个账户使用的是指数而不是一串地址，这可以将交易大小从32字节减少至4个字节。

zk Rollup 是一种新型的 Layer 2 扩容方案，该技术的核心思想是：

• 将主链作为存储媒介，而非共识引擎 ；
• 将交易压缩，并在链下达成状态共识 ；
• 用零知识证明保证链下状态共识的安全性。
• 目前，zk Rollup 最典型的应用场景是去中心化的交易所。

简单来说， ZK Rollup 就是数据放在链上的 layer 2 解决方案。

采用这一技术的典型项目有路印协议、Matter Labs等。

宣布采用 ZK Rollup 方案的项目目前并不多，但是路印去中心化交易所是当前 Rollup 项目中开发进度最快的一个，早在 2 月底就已经上线以太坊主网，开始了公开测试。

到底可以减少多少链上的交易成本呢？路印给出了重要的实际数据，在他们采用的方案中，批量处理 4096 笔交易时，只需要 375 Gas。也就是在正常的 Gas 费用下，每次交易成本为 0.09 分人民币（注意单位），换句话说，100 万笔交易的成本大约为 900 元。

（2）Optimistic Rollup

优势：可以支持通用的智能合约

缺点：需一到两周时间去跑证明

Optimistic Rollup 是一种在 layer2 上使用 OVM （Optimistic Virtual Machine）扩展以太坊通用智能合约的技术。OVM 的功能很齐全，可以与以太坊虚拟机兼容执行环境，其主要用于第 2 层系统。它的外观，感觉和行为非常类似于以太坊主链。Optimistic Rollup 的构造大量借鉴了 Plasma 和 ZK Rollup 设计。但某种程度的在扩展性上进行了权衡，以允许在受 Layer 1 保护的 Layer 2 中运行完全通用的智能合约。

注：1.以太坊虚拟机：EVM （Ethereum Virtual Machine）

Optimistic Rollup继承自 Plasma 的「欺诈证明」，默认「乐观地」（Optimistic）相信节点会将最新且准确的数据发布到主链上，所以从安全性来说，会略低于主网。虽然本金丧失风险很低，但可能会付出时间成本（退出期较长）。

这一技术的特性概括如下:

• 默认交易速度为 100 TPS。
• 使用 BLS 签名聚合时，此数字最多可以达到 500 TPS。
• 如果 EVM 兼容性受到破坏，则吞吐量理论上可能会增长到 ZK Rollup 的极限。
• 实际吞吐量上限（令牌传输）：500 TPS。

这一领域的代表项目是Optimism、Fuel Network等。

二、状态通道（State channels）

优点：延迟低，实时性高

缺点：用户人数有限，资金利用率低

用途：小额支付/预测市场/赌球赛马

状态通道也就是交易双方在链下构建一个通道，通过私钥签名以后，在链下进行交易。

状态通道是一种扩容（scale up）的手段。scale up的意思是用技术手段线性地将区块链扩容，比如说像分片。比如说以太坊2.0要启动64个分片，然后它的容量就增加了64倍。而对于状态通道来说，他现在能支持1000个用户同时在线，未来可能最多支持到64000个用户，这个数字还是很低的。

尽管状态通道的扩容是说你节点数量越多，你的网络越大，你的容量越大。这只是一个很美好的设想，实际上它受到了一个很大的限制——low liquidity utilization（低资金利用率）。状态通道是要这个双方都把这个钱存到链上的通道，之后再互相进行发送支付。第一步，就是要把钱存到链上去，这个钱是有限的。就是你比如说手上你有1000个以太，状态通道只能发送1000个以太。如果你突然发送一笔2000以上的以太，它就无能为力了。

因为容量可以扩容，然而资金流动性却没有办法扩容。如果一个用户给另一个用户发送一大笔钱，那中间每一个转发的节点都要有这么大的容量，在现实生活中是不太可能的。等大家把这么多钱都锁到一个状态通道里边，如果只能用状态通道转发的话，这个效率是非常低下。

状态通道只能支持小额支付。把一般的dAPP搬到状态通道是相当难的，例如uniswap这类交易所搬到通道内非常不现实，因为他的用户群可以很大。

目前这一领域的代表项目是：Celer Network、Raiden Network、Liquidity Network等。

三、侧链

优点：代码和数据独立，不增加主链的负担

缺点：安全性弱

侧链的核心思路是构建一条完全独立的区块链，有自己的验证者和运营者，以及独立的共识机制。

侧链的核心思想是拥有一个完全独立的区块链。侧链拥有自己的验证者和运营方，并具有往主链来回迁移资产的能力，并且可以将每一个区块头映射到主链上用来防止分叉。

映射是一种安全保障，提供了防止验证者暗箱操作导致分叉的可能性。

在上图中，侧链生成区块，并将其映射到主链上。 映射就是将侧链区块的哈希值存储在主链上。 侧链上的分叉选择规则原理是如果这条链不是建立在上一个映射的区块之上，就不会被公认。 在上图中，即使侧链的验证者相互勾结并在生成区块A后尝试生成更长的链A'<-B'<-C'，只要区块A已经映射到主链，那即便A'<-B'<-C'是较长的链，这个较长的链也将被侧链参与者所忽略。

主链从POW转到POS会有更强的安全性，但侧链的验证人偏少，安全性也较弱：比如说Cosmos才只有100个验证人。

侧链的TPS取决于它的验证人。验证的人数越多，它的TPS会越低。侧链的延迟是相对低的，比状态通道的毫秒级高一些，比主链的十几秒几十秒延迟低很多。

侧链这一领域的代表项目是：Skale、Injective、POA Network等。

四、等离子体（Plasma）

特点：无法应用到智能合约上，用户跑节点的负担重

以太坊等离子体（Plasma）是由以太坊联合创始人 Vitalik Buterin 和 Joseph Poon 共同提出的。该概念于 2017 年 8 月作为以太坊的扩容解决方案诞生。

以太坊等离子体的主要思想是建立一个侧链框架，它将尽可能少地与主链（在这种情况下是以太坊）进行通信和交互。 这样的框架被设计成操作一个树状的区块链，它以分层方式排列，使得可以在主区域之上创建许多较小的链。这些较小的链也称为 Plasma chain 或者子链。

等离子体的结构是通过使用智能合约（smart contracts）和默克尔树（Merkle trees）建立的，可以创建无限数量的子链 - 基本上都是父链以太坊区块链的较小复制。在每个子链的顶部，可以创建更多的链，这就是它被称作树状结构的原因。

等离子是一条独立的区块链，采用欺诈证明机制。

这一领域的代表项目是：OMG Network、Matic Network、Loom Network等。

总之，目前 Layer 2 赛道百花齐放，整体趋势已起，目前距离以太坊2.0主网的正式上线仍然有2~3年时间，在此之前，以太坊生态大规模扩展离不开Layer2的扩张，未来这一领域必将是一篇红海，目前最火爆的当属 Rollups 技术，究竟哪一个项目能脱颖而出，我们拭目以待。

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