什麼是 Layer2 ？

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layer2 是一個為提升以太坊網絡（layer1）性能的整體解決方案，眾所周知，由於以太坊網絡經常出現擁堵情況，並且手續費奇高不下，導致許多大規模應用無法在以太坊網絡實現。例如今年的 Defi 浪潮中，動輒手續費高達數百美元，非常不利於項目推廣；此外，受限於以太坊網絡的TPS，導致去中心化交易所難以普及，甚至衍生品等業務無法進一步擴張。

因此，為解決以太坊網絡的性能問題，在以太坊網絡的基礎上，誕生了layer2 這一概念。Layer1來保證安全和去中心化，絕對可靠、可信；它能做到全球共識，並作為「加密法院」，通過智能合約設計的規則進行仲裁，以經濟激勵的形式將信任傳遞到Layer2 上，而Layer2追求極致的性能，它只能做到局部共識，但是能夠滿足各類商業場景的需求。

layer2有幾種解決方案，分別是：Rollups、狀態通道（State channels）、側鏈（Sidechains）、等離子體（Plasma）、Validium、混合方案（Hybrid solutions）等等，本文將重點介紹前两種方案及其相關的項目。

一、Rollups

Rollups是目前最為主流的擴容方案，其本質是將原本分布在區塊中的大量交易數據，打包成一筆集合的交易，發佈到鏈上。為確保其中每筆交易的有效性，各種 Rollup 方案設計了不同的機制以確保整個過程的安全性與 Layer 1 保持一致。這個解決方案又可進一步細分為：ZK rollups、Optimistic rollups。ZK Rollup 以零知識證明 zk-SNARKs 的密碼學技術確保安全性，而 Optimistic Rollup 則繼承了 Plasma 的懲罰機制，以確保節點如果作惡將付出很大的代價。

（1）ZK rollups

優勢：可以支持支付以及DEX

缺點：耗內存和CPU/無法支持智能合約

ZK rollups是指通過智能合約將數百個鏈下交易打包到一個單獨的交易中，數據提交以後，智能合約可以確認全部的交易，這也被稱為有效性證明。由於區塊包含的數據更少，因此驗證速度更快，驗證成本更低。

使用 ZK rollups 的側鏈同樣可以降低交易大小，例如，一個賬戶使用的是指數而不是一串地址，這可以將交易大小從32字節減少至4個字節。

zk Rollup 是一種新型的 Layer 2 擴容方案，該技術的核心思想是：

• 將主鏈作為存儲媒介，而非共識引擎 ；
• 將交易壓縮，並在鏈下達成狀態共識 ；
• 用零知識證明保證鏈下狀態共識的安全性。
• 目前，zk Rollup 最典型的應用場景是去中心化的交易所。

簡單來說， ZK Rollup 就是數據放在鏈上的 layer 2 解決方案。

採用這一技術的典型項目有路印協議、Matter Labs等。

宣佈採用 ZK Rollup 方案的項目目前並不多，但是路印去中心化交易所是當前 Rollup 項目中開發進度最快的一個，早在 2 月底就已經上線以太坊主網，開始了公開測試。

（2）Optimistic Rollup

優勢：可以支持通用的智能合約

缺點：需一到兩周時間去跑證明

Optimistic Rollup 是一種在 layer2 上使用 OVM （Optimistic Virtual Machine）擴展以太坊通用智能合約的技術。OVM 的功能很齊全，可以與以太坊虛擬機兼容執行環境，其主要用於第 2 層系統。它的外觀，感覺和行為非常類似於以太坊主鏈。Optimistic Rollup 的構造大量借鑒了 Plasma 和 ZK Rollup 設計。但某種程度的在擴展性上進行了權衡，以允許在受 Layer 1 保護的 Layer 2 中運行完全通用的智能合約。

注：1.以太坊虛擬機：EVM （Ethereum Virtual Machine）

Optimistic Rollup繼承自 Plasma 的「欺詐證明」，默認「樂觀地」（Optimistic）相信節點會將最新且準確的數據發佈到主鏈上，所以從安全性來說，會略低於主網。雖然本金喪失風險很低，但可能會付出時間成本（退出期較長）。

這一技術的特性概括如下:

• 默認交易速度為 100 TPS。
• 使用 BLS 簽名聚合時，此數字最多可以達到 500 TPS。
• 如果 EVM 兼容性受到破壞，則吞吐量理論上可能會增長到 ZK Rollup 的極限。
• 實際吞吐量上限（令牌傳輸）：500 TPS。

這一領域的代表項目是 Optimism、Duel Network 等。

二、狀態通道（State channels）

優點：延遲低，實時性高

缺點：用戶人數有限，資金利用率低

用途：小額支付/預測市場/賭球賽馬

狀態通道也就是交易雙方在鏈下構建一個通道，通過私鑰簽名以後，在鏈下進行交易。

狀態通道是一種擴容（scale up）的手段。scale up的意思是用技術手段線性地將區塊鏈擴容，比如說像分片。比如說以太坊2.0要啓動64個分片，然後它的容量就增加了64倍。而對於狀態通道來說，他現在能支持1000個用戶同時在線，未來可能最多支持到64000個用戶，這個數字還是很低的。

儘管狀態通道的擴容是說你節點數量越多，你的網絡越大，你的容量越大。這只是一個很美好的設想，實際上它受到了一個很大的限制——low liquidity utilization（低資金利用率）。狀態通道是要這個雙方都把這個錢存到鏈上的通道，之後再互相進行發送支付。第一步，就是要把錢存到鏈上去，這個錢是有限的。就是你比如說手上你有1000個以太，狀態通道只能發送1000個以太。如果你突然發送一筆2000以上的以太，它就無能為力了。

因為容量可以擴容，然而資金流動性卻沒有辦法擴容。如果一個用戶給另一個用戶發送一大筆錢，那中間每一個轉發的節點都要有這麼大的容量，在現實生活中是不太可能的。等大家把這麼多錢都鎖到一個狀態通道裡邊，如果只能用狀態通道轉發的話，這個效率是非常低下。

狀態通道只能支持小額支付。把一般的dAPP搬到狀態通道是相當難的，例如uniswap這類交易所搬到通道內非常不現實，因為他的用戶群可以很大。

目前這一領域的代表項目是：Celer Network、Raiden Network、Liquidity Network 等。

下一期，Coindaily將繼續為大家介紹側鏈（Sidechains）和等離子體（Plasma）的解決方案及相關項目。