每日三分钟 | 白话解读以太坊L2，以及潜在的机会

目前以太坊每天都要处理巨大的交易量。它每天需要结算数十亿美元的交易，并且链上的去中心化金融（DeFi）和非同质化代币（NFT）也在蓬勃发展，生态越来越繁荣。但是，以太坊的区块空间有限，所有的应用程序都在抢夺以太坊的空投，这也就造成了以太坊网络的拥堵，使得交易变得更加昂贵，手续费更多，且速度慢。

实际上，以太坊上的单笔智能合约交易（例如Uniswap交易）费用可能会超过数百美元，具体取决于网络的拥堵程度，对散户交易人员不是很友好，交易的成本过高。但是对于以太坊的矿工来说非常好，与2017年的牛市高点相比，矿工的收入可以增加50％：

所以说，将以太坊网络进行扩展，提高性能，迫在眉睫。而目前扩展方案分为两大类，一种是Layer1，另一种便是今天要讲的Layer2。

我们都知道目前以太坊正在向2.0网络升级，共识机制从PoW（工作量证明）变为PoS（权益证明），这样可以很显著的提高交易速度，大幅降低交易手续费。那么其实以太坊的升级属于layer1，即链上扩展，将所有交易保留在以太坊上的扩展解决方案，"直接在区块链上动手术"，直接修改区块链的基础规则。

而在以太坊网络从1.0向2.0过度的阶段内（V神预估要到2022年底才能真正完成升级），其实是Layer2的发展机会。Layer2，即链下扩展，以太坊本链之外的交易和计算。

打个比方，假如将以太坊的扩容比作修路，那么Layer1就是如果车多路堵了，最直接的就是把原来的双向二股车道扩充成四股，再不够就改成六股、八股；而Layer2不是在原有道路上扩充，而是在现有路线上架个可以四通八达的高架、或者隧道，普通汽车都上那儿开，原来的路不到万不得已尽量不用。

Layer2的四种解决方案

1.状态通道

状态通道允许用户进行多次脱链交易，而仅向以太坊网络提交两次交易-一次在打开时提交，一次在关闭通道时提交。

优点是一个两方或更多方之间的支付渠道。当已知数量的参与者之间有许多交易（例如小额支付）时，这很有用。交易是即时的，并且大大减少了在以太坊区块链上处理交易所需的费用。

缺点是建立通道并对其进行积极监视以确保没有恶意行为者，这个过程需要花费时间。此外，资金在通道有效期内被锁定，并且尚不支持智能合约。

此类项目包括Raiden Network，Celer，Connext，Statechannels和Perun。例如，Raiden已经在以太坊上实现了类似于比特币的闪电网络的系统，其中包括支持ERC20代币。Celer专注于状态通道技术，也提供了几种与以太坊、Polkadot和NEO兼容的互补侧链，可以说是混合了状态通道和下面要介绍的侧链。

2.子链（Plasma）

Plasma是一种以太坊区块链副本框架，称为子链，顾名思义，儿子链。子链在无信任的环境中依赖以太坊的安全机制，并由于其高吞吐量和安全保证而针对支付进行了优化，使之性能提升。

打个比方，如果以太坊是最高法院，那么子链就像下级法院一样。优势在于，子链可以以较低的交易成本维持每秒高达1,000笔交易（TPS），而每个子链区块的gas成本是固定的。与状态通道不同，子链还可以处理灵活的用户量，不需要设置数量。资金的安全性和可找回性也很高。

而他的缺点是智能合约执行不灵活，有缺陷，因此它仅支持代币的转移或swap等基本功能。

此类项目包括Polygon，OMG Network，Gluon，LeapDAO和Gazelle。由于Polygon是混合了子链和侧链的，所以后面具体分析。

3.侧链

侧链是与以太坊并排运行并与之通信的独立区块链。它使用另一个代币与以太坊挂钩连接，从而创建了双向桥。侧链是完全独立的区块链，具有自己的共识机制和安全性保证。

侧链的优势是具有自己的代币，能够支持智能合约（不在主链上），因此更具有灵活性。相对而言，这项技术是作为扩展解决方案而建立的，根据侧链的设计，它可以提供大约10,000 TPS的速度；缺点是它不是一个无信任的环境，因为用户需要将资金托管转移到侧链，安全性也是要重点关注的问题，因为与以太坊相比，侧链不那么成熟，去中心化也更差。

此类项目包括xDAI，Polygon，POA网络，Liquid网络和Skale网络。

刚刚提到的Polygon（原Matic，中文名马蹄），是使用Plasma框架的PoS以太坊侧链。Polygon与Circle合作发行了USDC稳定币，并与Chainlink结盟，为以太坊游戏提供支持，并可以灵活的使用智能合约，没有限制，也有自己专属的区块链代币。

4.Rollup

Rollup允许将数千个交易捆绑在单个Rollup区块中。它可能会提供100倍的吞吐量，因为发布在Layer1之外传输的数据摘要比Layer 1的存储和计算负担少且便宜。摘要数据仍在Layer1（以太坊）上得到保护，而无需在以太坊链上进行完整的计算和存储。与状态通道不同，Rollup中的资金是由智能合约持有的，运行方在该合约中将资金投入Layer1智能合约中。所有交易都在layer2上发生，并且如果用户认为Layer2操作是恶意的，则可以在Layer1上执行。不良行为者将被削减质押物，举报的人将得到一部分被削减的质押物作为报酬。

整体来看 Rollup 方案，Layer1 上的智能合约就像是城堡，其中的资金安全性依赖于 Layer1 自身的安全性。在 Layer1 上需要保存各账户的状态转换数据，同时要把 Layer2 上交易压缩后的数据同步到 Layer1 上，至于要不要做 Proof 则取决于具体的项目方的取舍。

Layer2 则负责执行交易，将本来在 Layer1 上处理的交易转移到 Layer2 上。

解释一下，它的原理是参与者需要在以太坊网络中将资金存入一个多重签名的合约中（多重签名保证了资金的安全），我们把它当作以太坊之上的第二层网络，存入资金后，合约会给我们一个资金的对应凭证，我们可以在这个第二层网络中进行我们所需要的交易，取出资金时，我们拿凭证即可取出。使用赌场作为例子，我们可以存钱，获得筹码，然后进入二层进行交易，最后玩完了，我们再凭借筹码去兑换成现金，也就是取回到了一层ETH内。

5. Validium

Validium使用有效性证明，但数据未保存在以太坊链中。由于每次转账都必须经过授权，因此Validium中的资金是安全的。将数据保留在主链之外，每个Validium链最多可实现20,000 TPS，可以彼此并行运行。

这样做的好处是没有提现延迟，并且不容易遭受基于欺诈的系统所面临的攻击。缺点是它对智能合约的支持有限，并且需要强大的计算能力和10到30分钟的时间来生成ZK证明，这对于低通量应用而言既不节省时间，也不具有成本效益。

Starkware和Matter Labs使用了Validium。Deversifi是第一个使用StarkWare批处理技术的平台，无需支付gas费，没有回滚危险或交易失败就可以交易和转让代币。

Rollup对于降低费用，提供更快的交易吞吐量和向用户开放参与很有用。其实它也有两种主要类型：Optimistic Rollup和ZK Rollup。

1.Optimistic Rollup

Optimistic Rollup使用了与以太坊主链平行运行的侧链。在完成一批交易之后，Rollup会向主网提出一个新状态。"它们撮合并公证了交易"。它们每秒可以处理约300个智能合约调用或每秒约2,000个基础转账。由于它与以太坊虚拟机（EVM）兼容，因此在以太坊上做的任何事情也可以在Optimistic Rollup上做。这是一种用于扩展通用智能合约的解决方案，并且是一种以合理的安全程度迁移去中心化应用程序（DApp）的简便方法。

它的缺陷是资金可能会受到潜在攻击媒介的威胁。如果发布了不正确的状态转换，则用户将能够撤消不正确的区块并大幅削减不良行为者的质押资金。提款速度也很慢，可能要花几天时间，以允许提出质疑或纠纷期。

此类项目包括Optimism，Arbitrum，Fuel Network和Cartesi。

Optimism的主网已于2021年1月使用Synthetix等协议进行了软启动，准备在2021年7月左右全面投入使用。

2.ZK Rollup

ZK Rollups会在链外运行所有计算，并提交要存储在以太坊上的有效性证明。零知识（Zero Knowledge，ZK）是指发行人必须提供的加密证明，才能将一系列交易记录在以太坊区块链上。运营方需要为每个状态转换生成证明，以太坊上的Rollup合约对此进行了验证。ZK Rollup将能够在ETH1上处理约3,000 TPS，在ETH2上处理20,000 TPS，而费用仅为Layer1成本的1％。

优点是，在Layer1和Layer2之间转移资金没有延迟，因为合约接受的有效性证明已经验证了资金。因此，如果用户决定将其资金从Layer2退出到Layer1，则结算比Optimistic Rollups更快。

但是，由于需要生成ZK证明，因此Layer 2到Layer 2的交易大约需要10到30分钟。而智能合约支持仍在开发中，因此ZK Rollup只能实现简单的交易转移。目前也无法将EVM封装在零知识证明中，因此DApps尚不能迁移到ZK Rollup。

此类项目包括Loopring，ZkSync，Aztec和Hermez。

Loopring通过在链下移动数据和计算，同时利用零知识证明来保持信任最小化的属性，将该技术应用于构建订单去中心化交易中心。在Loopring 3.0上，交易仅需0.01美元的gas费。

潜在机会

"Rollup在以太坊2.0路线图中扮演着重要的角色"

我们都知道 Eth2 想要通过分片的方法来提升整体的交易量。具体而言，分片是通过将交易发送到不同的 Eth2 分片去做执行，因为分片本身的设计允许不同的交易在不同分片上平行处理，以此从最底层的协议上进行优化，达到给网络整体扩容的目的。但是呢，我们也都知道，Eth2 的阶段 0 是去年 12 月份刚上的，上面谈到的分片实际运转起来可能要等到阶段 1.5 或阶段 2。如果没有过渡或者说妥协的方案出来，这中间将是漫长的等待期，而且期间网络将一如既往的拥堵。这也是为什么 Rollup 二层网络解决方案在近期越来越受到欢迎和普及。  

为什么说 Rollup 和 Eth2 的路线图有关？Eth2 分片上的交易执行暂时还无法立即到位，社区可能还要在等一段时间。但是在 Phase1 和 Phase 1.5 间，当分片的数据库成型时，其中的每个分片就好比是一个主网，这些分片的数据层就可以用来存储 Rollup 的数据。

当未来有分片的时候，虽然我们不能在其上立即进行交易，但是我们可以通过把 Rollup 的数据存到这些分片中提前发挥分片的作用，达到进一步扩容的目标。 

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作者：白泽研究院；来自链得得内容开放平台“得得号”，本文仅代表作者观点，不代表链得得官方立场凡“得得号”文章，原创性和内容的真实性由投稿人保证，如果稿件因抄袭、作假等行为导致的法律后果，由投稿人本人负责得得号平台发布文章，如有侵权、违规及其他不当言论内容，请广大读者监督，一经证实，平台会立即下线。如遇文章内容问题，请发送至邮箱：linggeqi@chaindd.com