德林资本研究院：以太坊Layer-2扩容方案解析

需要扩展

以太坊主网自上线以来，其扩容一直是讨论最多的话题之一，尤其是当一些热点事件导致网络拥堵时，对扩容的关注和讨论往往会更加激烈。

第一次关于扩容问题的热议发生在2017年全球加密市场的“牛市”，著名的“CryptoKitties”和ICO一起造成了整个以太坊网络的拥堵，Gas费在短时间内暴涨一段的时间。

今年以来，由于DeFi市场的火爆和火爆，网络拥堵越来越严重。 用户有时甚至需要支付高达 500+ Gwei 的 gas 费，而且短时间内无法验证交易。

一般来说，在考虑区块链或以太坊扩展解决方案时，有两种主要方法：扩展基础层本身（第 1 层）或通过将一些工作卸载到另一层（第 2 层）来扩展网络。

第 1 层与第 2 层比较

Layer 1就是我们通常所说的标准基础共识层。 目前，几乎所有的交易都在这里结算。 Layer 的概念并不是以太坊特有的。 它还广泛应用于其他区块链领域，如比特币和 Zcash。

Layer 2 是建立在 Layer 1 之上的另一层。值得注意的是，Layer 2 不需要对 Layer 1 进行任何更改，它可以使用其现有元素。 例如：智能合约仅建立在 Layer 1 之上； 第 2 层还可以通过将其状态固定到第 1 层来利用第 1 层的可靠安全性。

目前，以太坊在其基础层“第 1 层”上每秒可以处理大约 15 笔交易。 Layer 2 扩展可以显着增加同一时间限制内处理的交易数量。 根据现有解决方案的不同，我们认为理想的处理速度应该是2000-4000 tx/s。

以太坊 2.0 引入了权益证明和分片机制，这将显着提高基础层的交易吞吐量。 即使有了分片机制，以太坊仍然需要 Layer 2 扩展来处理未来每秒数十万甚至数百万的交易。 在不牺牲安全性和去中心化的情况下，以太坊可能会将 Layer 1 和 Layer 扩展的组合留给社区和未来。

二层扩容解决方案

第 2 层扩展是解决方案的总称，它通过将“第 1 层之外”的事物移出链来帮助改进第 1 层的功能。 我们可以理解为，其功能的提升主要表现在处理速度和处理吞吐量的提升。 最重要的是，Layer 2 扩展解决方案可以显着降低以太坊网络传输的 Gas 费用。

状态通道是最早被广泛讨论的扩展解决方案之一，它们允许参与者多次交换链下交易，同时只向基础层提交两个交易。

尽管支付渠道具有每秒处理数千笔交易的潜力，但它们也有一些缺点。 他们不提供公众参与——必须事先知道参与者，并且用户必须将资金锁定在多重签名合约中。 最重要的是，这种扩展解决方案是特定于应用程序的，不能适应扩展通用智能合约。

Raiden 是以太坊上利用状态通道的主要项目之一。 此外，支付通道的概念也被基于比特币的闪电网络广泛使用。

Plasma 是一种第 2 层扩展解决方案，最初由 Joseph Poon 和 Vitalik Buterin 提出。 这是一个在以太坊上构建可扩展应用程序的框架。 Plasma 利用智能合约和 Merkle 树来创建无限数量的子链——父以太坊区块链的副本。 它将交易从主链卸载到子链，并允许快速和廉价的交易。 Plasma 的一个缺点是用户必须等待很长时间才能从第二层提取资金。 与通道类似，Plasma 不能用于扩展通用智能合约。 OMG 网络建立在他们自己的 Plasma 链实施之上以太坊的缩写，称为 MoreViable Plasma。 Matic 网络是使用 Plasma 框架改造平台的另一个例子。

侧链是与以太坊兼容的独立区块链，具有自己的共识模型和区块参数。 通过使用相同的以太坊虚拟机，可以实现与以太坊的侧链互操作性，因此部署到以太坊基础层的合约可以直接部署到侧链。 xDai 就是这种侧链的一个例子。

汇总通过将单边交易捆绑或“汇总”到单个交易中并生成加密证明（也称为 SNARK - 非交互式知识论证的简写）来提供可扩展性以太坊的缩写，只有此加密证明才提交给基础层。 使用 Rollups，所有交易状态和执行都在侧链中处理。 以太坊主链只存储交易数据。

Rollup 有两种类型：ZKRollup 和 Optimistic Rollup。

ZK Rollup 虽然比 OptimisticRollup 更快更高效，但并没有为现有的智能合约迁移到第 2 层提供简单的方法。Optimistic Rollup 运行一个 EVM 兼容的虚拟机，称为 OVM（乐观虚拟机），它允许执行与在以太坊上执行的智能合约相同。 这非常重要，因为它使现有智能合约更容易保持其可组合性，这在所有主要智能合约都经过实战测试的 DeFi 中极为重要。 说到 ZK Rollup，Loopring 和 Deversifi 都是建立在 Layer 2 上的去中心化交易所的好例子。此外，还有支持可扩展加密支付的 ZkSync。

以太坊 2.0 还可以扩展 Rollups 的可扩展性。 事实上，由于 Rollups 只需要对数据层进行扩容，因此在以太坊 2.0 phase 1（关于数据分片）中可以获得巨大的提升。