详解Layer 1、侧链及Layer 2 扩展方案的成长与挑战

停止2021 年底，以太坊（Ethereum）已经成长到支持成千上万个应用，包罗去中心化金融（DeFi）、NFT、游戏……等，整个网络每年结算数兆美元的生意业务，平台上锁定的资金高出1700 亿美元。

但俗话说，钱越多，问题越多，以太坊的去中心化设计最终限制了它能处理惩罚的生意业务量，每秒约莫只能处理惩罚15 笔生意业务，由于以太坊的受接待水平远远高出了每秒15 笔生意业务的负荷量，发生漫长的期待时间和每笔高达200 美元生意业务用度，最终，该价值让很多用户放弃利用以太坊，并限制了该网络今朝可以处理惩罚的应用范例。

假如基于智能合约的区块链要成长到支持数十亿用户的金融和Web 3 应用，就需要有扩展的办理方案，值得名誉的是，最近有很多提议的办理方案正连续上线傍边。

竞争照旧互补？

这些办理方案的方针是辅佐开放的智能合约平台增加可处理惩罚的生意业务数量，同时保存充实的去中心化。记着，通过一个由单一实体打点的中心化办理方案来扩大智能合约平台的局限是容易告竣的（Visa 可以每秒处理惩罚45,000 笔生意业务），但那样就会让我们回到一开始的部门：一个由少数强大的中心化参加者拥有的世界。

为办理这个问题而采纳的要领有两个部门：成立能处理惩罚更多勾当的全新网络与以太坊竞争，或成立可以处理惩罚以太坊过量产能的增补网络，大抵上它们分为几类：

第1 层区块链（Layer 1 blockchains）：与以太坊竞争
侧链（Sidechains）：对以太坊有必然的互补性
第二层网络（Layer 2 networks）：对以太坊的补足

固然每一种在架构和要领上有所差异，但方针都是让用户实际利用网络的时候，譬喻：与DeFi、NFT 互动，无需付出奋发的用度或经验漫长的期待时间。

第一层区块链（Layer 1）

以太坊被认为是第一层区块链，一个独立的网络，确保用户资金安详，并在一个处所执行生意业务，想要利用Uniswap（UNI）这样的DeFi 应用措施将1000 颗USDC 换成另一种不变币DAI 吗？以太坊是可以到达这一切的处所。

其他竞争的第一层区块链以一个全新的网络做到了以太坊可告竣的一切，与以太坊区别在于新的系统设计，可以或许实现更高的吞吐量，从而低落生意业务用度，但凡是价钱会是中心化水平的提高。

在已往的10 个月里，新的Layer 1 纷纷上线，这些网络的总代价在同一时期内从0 美元飙升至约750 亿美元，这个规模今朝由Solana（SOL）、Avalanche（AVAX）、Terra（LUNA）和Binance Smart Chain（币安智能链）领先，每个生态系统都在不绝增长，其代价已经到达100 亿美元以上。

领先的非以太坊Layer 1 项目之总锁仓代价（TVL）

所有的Layer 1 都在竞争，假如没有任何故太坊的东西和基本架构让开拓者和用户轻松地成立和利用应用措施，成长上是很坚苦的，为了补充这个差距，很多第一层区块链回收了一种称为「EVM 兼容」的计策。

EVM 是以太坊虚拟机（Ethereum Virtual Machine）的缩写，它根基上是一种执行计较以告竣生意业务的大脑，透过使他们的网络与EVM 兼容，以太坊开拓者根基上可以透过复制并贴上他们代码的方法，轻松地将他们现有的以太坊应用措施陈设到新的第一层网络，用户也可以用他们现有的钱包轻松会见EVM 兼容的第一层网络，使他们的迁移变得简朴。

以币安智能链（BSC）为例，透过推出EVM 兼容网络和调解共鸣设计，以实现更高的吞吐量和更自制的生意业务，去年夏天，BSC 因为几十个DeFi 应用下利用量发生了爆炸性生长，这些应用都雷同于Uniswap 和Curve（CRV）等风行的以太坊应用，Avalanche、Fantom（FTM）、Tron（TRX）和Celo（CELO）也采纳了同样的要领，相反的，Terra 和Solana 今朝不支持EVM 兼容性。

EVM 兼容Layer1 区块链与非EVM 兼容Layer1 区块链之TVL 较量

互操纵性的区块链

在稍微差异的Layer 1 傍边，有像Cosmos（ATOM）和Polkadot（DOT）这样的区块链生态系统，这些项目没有成立新的独立区块链，而是成立了尺度，让开拓者能建设相互通讯的特定应用区块链，譬喻：答允一个游戏区块链的代币在另一个独立的社交网络区块链上的应用中利用。

今朝，利用Cosmos 尺度构建的区块链已有高出1000 亿美元的资金，这些资金最终可以交互操纵，同时，Polkadot 最近到达了一个里程碑，将雷同地集结其区块链的生态系统。

简而言之，此刻有各式百般的以太坊直接竞争者，将来会有更多。

侧链

侧链和新的Layer 1 之间的区别被公认是恍惚的，侧链与EVM 兼容的Layer 1 很是相似，只是侧链是为了处理惩罚以太坊的过量产能而成立的，而不是与整个以太坊竞争，这些生态系统与以太坊社群细密团结，以互补的方法承载以太坊应用措施。

Axie Infinity（AXS）的Ronin 侧链就是一个典范的例子，Axie Infinity 是一个最初成立在以太坊上的NFT 游戏，由于以太坊的用度让玩家望而却步，Ronin 侧链的成立是为了让用户将他们的NFT 和代币从以太坊转移到一个低用度的情况，让更多的用户可以或许承担得起这个游戏，并让该游戏大受接待。

在截稿前，用户已经从以太坊转移了高出75 亿美元到Ronin 侧链游玩Axie Infinity。

Polygon POS 侧链

像Ronin 这样的侧链是特定的应用，而其他侧链则合用于更多的通用应用。今朝，Polygon（MATIC）的权益证明（POS）侧链是行业的率领者，在100 多个DeFi 和游戏应用中陈设了近50 亿美元的代价，包罗Aave（AAVE）和Sushiswap（SUSHI）等熟悉的名字，以及一个与Uniswap 雷同的Quickswap（QUICK）。

同样地，Polygon POS 看起来与EVM 兼容的Layer 1 没有什么差异，然而，它是作为以太坊扩展框架的一部门，而不是与以太坊竞争。Polygon 团队认为，以太坊在将来仍会是高代价生意业务和代价存储的主导区块链，而日常生意业务则转移到Polygon 的低本钱区块链上。（Polygon POS 还透过一个被称为「查抄点（Checkpointing）」的进程与以太坊维持出格的关联）。

由于生意业务用度低于1 分钱，Polygon 对将来的愿景看起来是可行的，在鼓励打算的辅佐下，用户已经涌向Polygon POS，逐日生意业务量高出了以太坊（尽量一些无意义的生意业务膨胀了这个数字）。

第二层网络（Layer 2）

Layer 1 和侧链都有一个明明的挑战：确保其区块链的安详。为了做到这一点，他们必需付出新一批矿工或权益证明验证人，以验证和掩护生意业务，凡是是以基本代币（如Polygon 的MATIC 和Avalanche 的AVAX）通货膨胀的形式。

然而，这带来了明明的缺点：

拥有一个基本代币自然会使你的生态系统更具竞争力，而不是仅作为对以太坊的增补。
验证和保障生意业务是一项巨大而具有挑战性的任务，你的网络要无限期地认真这项任务。

假如我们可以借助以太坊的安详性建设可扩展的生态系统，那不是很好吗？插手第二层网络，出格是「Rollup」。简而言之，Layer 2 是一种在以太坊上构建的独立生态系统，依靠以太坊网络确保安详性。

而要害点在于，这意味着Layer 2 扩展方案不需要有原生代币，所以它们不只是对以太坊的增补，本质上是以太坊的一部门，以太坊蹊径图甚至暗示以太坊2.0 将会「以Rollup 为中心」，表达对这个方案的致敬。

Rollup 如何运作

Layer 2 凡是被称为Rollup，因为它们将生意业务「转动」或绑缚在一起，并在新的情况中执行，然后将最新的生意业务数据发回以太坊，与其让以太坊网络单独处理惩罚1,000 笔Uniswap 生意业务（昂贵！），不如在提交功效回以太坊之前先在第2 层Rollup 上卸载计较（自制！）。

然而，当功效被宣布回以太坊时，以太坊如何知道数据是正确和有效的？以及以太坊如何防备任何人宣布不正确的讯息？这些都是区分两种Rollup 的要害问题：Optimistic rollups 和Zero Knowledge rollups（ZK rollups）。

Optimistic rollups

当提交功效回以太坊时，Optimistic rollups「乐观地（optimistically）」假设功效是有效的，换句话说，他们让Rollup 的操纵者宣布他们想要的任何数据（包罗潜在的不正确/ 诈欺性数据），并假设它是正确的— 毫无疑问，这是一个Optimistic 的前景！可是，有一些要领可以冲击诈欺，作为一种查抄和制衡，在任何提款后都有一个时间窗口，任何调查者都可以在此查察诈欺行为（记着，区块链是透明的，任何人都可以调查正在产生的工作）。假如个中一位调查者可以或许以数学要领证明产生了诈欺行为（透过提交诈欺证明），那么Rollup 就会规复任何诈欺性生意业务，处罚不良行为者并嘉奖调查者（一个智慧的鼓励系统！）。

缺点是当你在Rollup 和以太坊之间移动资金时，，会有一个短暂的延迟，期待查察是否有调查者发明任何诈欺行为。在某些环境下，这大概长达一个礼拜，但我们预期这些延迟会跟着时间的推移而淘汰。

要害的一点是，Optimistic rollups 与以太坊有内涵的接洽，现今已筹备辅佐以太坊举办扩展，因此，我们已经看到了强劲的新生增长，很多领先的DeFi 项目都已转移到了领先的Optimistic rollups 项目— Arbitrum和Optimistic Ethereum。

Arbitrum 和Optimistic Ethereum

由Off-chain Labs 认真的Arbitrum 和由Optimism 认真的Optimistic Ethereum 是今朝实施Optimistic rollups 的两个主要项目，值得留意的是，这两个项目仍处于早期阶段，两家公司都保持着中心化节制的程度，但都打算跟着时间的推移举办去中心化。

按照预计，一旦项目成熟，Optimistic rollups 可以提供10 到100 倍的可扩展性改造，纵然在早期，Arbitrum 和Optimism 上的DeFi 应用就已经积聚了数十亿的网络代价。

Optimism 的回收曲线较早，在7 个DeFi 应用中陈设了高出3 亿美元的TVL（总锁仓代价），个中最引人注目标是Uniswap、Synthetix（SNX）和1inch（1INCH）。

Arbitrum 则更进一步，在60 多个应用中拥有约莫25 亿美元的TVL，包罗熟悉的DeFi 协议，如Curve、Sushiswap 和Balancer（BAL）。

Arbitrum 也被选为社交媒体平台Reddit 的扩展办理方案，用于他们等候已久的代币化社区积分的动作，该平台的月活泼用户有5 亿个。

ZK Rollups

Optimistic rollups 假设生意业务是有效的，并为其他人留下诈欺证明的空间，而ZK Rollups 则实际向以太坊网络证明生意业务是有效的。

跟着绑缚生意业务的功效，他们向以太坊智能合约提交所谓的有效性证明（validity proof），顾名思义，有效性证明让以太坊网络验证生意业务是有效的，使中继者无法欺骗系统，这消除了对诈欺证明窗口的需求，因此在以太坊和ZK-rollups 之间移动资金是有效的即时操纵。

固然即时结算和没有提款时间听起来很好，但ZK Rollups 也不是没有价钱的。首先，生成有效性证明需要麋集的计较，所以你需要高效能的机制来使其运行，其次，环绕有效性证明的巨大性使得支持EVM 兼容性越发坚苦，限制了可以陈设到ZK-rollups 的智能合约范例。因此，Optimistic rollups 已经率先进入市场，而且更有本领办理以太坊本日的扩展问题，但从久远来看，ZK Rollups 大概成为一个更好的技能办理方案。

ZK Rollup 的回收

ZK rollup 的应用范畴很广，有多个团队和实施方案正在举办和开拓傍边，一些著名的参加者包罗Starkware、Matter Labs、Hermez和Aztec。本日，ZK-rollup 主要支持相对简朴的应用，如付出或生意业务（由于ZK-rollup 现今能支持的应用范例限制），譬喻：衍生品生意业务所dYdX回收了Starkware（StarkEx）的ZK Rollup 办理方案，支持每周近500 万笔生意业务和10 多亿美元的TVL。

然而，真正值得争取的是与EVM 完全兼容的ZK Rollup 办理方案，这种方案可以或许支持热门的通用应用措施（如DeFi 的全套应用），而没有Optimistic rollups 的提款延迟，这一规模的主要参加者是MatterLab 的zkSync 2.0、Starkware 的Starknet、Polygon Hermez 的zkEVM 和Polygon Miden，它们今朝都在尽力实现主网的启动。（同时，Aztec 专注于将零常识证明应用于隐私）。

业内很多人都把ZK rollups 与Ethereum 2.0 团结起来作为扩展以太坊的恒久办理方案，包罗Vitalik，主要是由于它们可以或许在不影响安详或去中心化的环境下从基础上处理惩罚每秒数十万笔的生意业务。跟着寻求以太坊扩展方案的希望，即将推出完全兼容EVM 的ZK Rollup 项目将是值得存眷的要害事项之一。

一个破裂的世界

从久远来看，假如智能合约平台要扩展到数十亿用户，这些扩展办理方案是须要的。然而，从近期来看，这些办理方案大概会给用户和加密钱币运营商带来重大挑战，从以太坊航向这些网络需要利用跨链桥，这对用户来说很巨大，并且有潜在的风险。譬喻：几个跨链桥已经成为代价1 亿多美元裂痕的方针。

更重要的是，多链的世界支解了可组合性和活动性，考量Sushiswap 今朝在以太坊、币安智能链、Avalanche、Polygon 和Arbitrum 上实施，Sushiswap 的活动性曾经会合在一个网络上（以太坊），此刻却分手在五个差异的网络上。

以太坊应用恒久以来一直受益于可组合性，即以太坊上的Sushiswap 与其他以太坊应用随插即用，像是Aave 或Compound（COMP）。跟着应用措施扩展到新的网络，在Layer 1、侧链和Layer 2 上实现的应用措施不再与另一层网络上实现的应用措施兼容，限制了可用性并为用户和开拓人员带来挑战。