三分鐘了解?什么是layer2? -ODAILY_ROL

什么是layer2?從狀態通道到RollUp

以太坊區塊鏈日趨廣泛使用，但是協議的負載量卻十分有限，使得鏈上十分擁堵，而且手續費越來越高，許多大規模應用無法在以太坊網絡實現，十分不利于以太坊區塊鏈的生態發展。在這種情況下出現了Layer2方案。

Layer2是一個為提升以太坊網絡性能的整體解決方案。Layer1來保證安全和去中心化，做到全球共識，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。Layer2解決方案的核心思路是讓多個參與方通過某種方式實現安全交易，無需將交易發布在主鏈上，不過在某種程度上還是要依賴于主鏈作為仲裁方來確保其安全性。

Layer2方案中討論的最多的就是狀態通道和RollUp。

狀態通道

狀態通道是Layer2的入門級方案，狀態通道是交易雙方在鏈下構建一個通道，通過私鑰簽名以后，在鏈下進行交易。狀態通道是一種擴容的手段。

狀態通道也稱為支付通道，支付通道是如今最廣泛采用的Layer2方案。例如，閃電網絡就是建立在支付通道技術上的。

安永：近三分之一的對沖基金經理計劃投資加密貨幣:金色財經報道，根據安永的一項研究，31% 的對沖基金經理和 24% 的另類投資者計劃將加密貨幣添加到他們的投資組合中，根據這項研究，最大公司的經理監管超過 100 億美元的對沖基金或投資 20 億至 100 億美元的投資者，最有可能計劃進入加密領域。在接受安永研究采訪的另類基金經理和投資者中，只有 7% 表示他們或他們的公司已經在他們的投資組合中擁有“加密相關資產”。（decrypt）[2021/11/22 7:04:49]

如何使用支付通道？

比如建立價值為100美元的以太坊支付通道，首先進行資金鎖定，一旦鎖定完成，交易者雙方可互相發送形式為的狀態更新來實現轉賬，無需與主鏈進行交互，只要雙方的余額都還為正值即可。一旦有一方想要停止使用支付通道，可以執行“退出”操作：將最后的狀態更新提交至主鏈，結算下來的余額會退給發起支付通道的兩方。主鏈可以通過核實簽名和最后結余來驗證狀態更新的有效性，從而防止交易雙方使用無效狀態來退出支付通道,保證退出機制的安全性。

Bitfinex比特幣持有量在一個月內減少三分之一:3月17日，Bitfinex交易所持有200140枚比特幣，到4月13日，這個數字已經減少了33%，只有134091枚比特幣。雖然Bitfinex經歷了BTC的大規模外流，但同期的以太坊（ETH）持有量增加了100,000多枚。（Cointelegraph）[2020/4/15]

狀態通道的缺點

1.“退出”模式存在一個問題，即主鏈無法驗證支付通道是否提交了全部交易，也就是說，在提交了狀態更新之后是否不再出現新的狀態更新。

目前這個問題的解決方案是為交易雙方提供了一個“挑戰期”。這個挑戰期就導致一個缺點：交易雙方可能得等待比較長的一段時間，通常是24小時，才能退出，而且需要頻繁監控主鏈以確保他們的交易對手方沒有使用過去的某個狀態退出。

2.狀態通道的第二個缺點就是低資金利用率。由于資金流動性無法擴容，當眾多資金鎖在一個狀態通道里，只能用狀態通道轉發的話，這個效率是非常低下。

現場 | Marco Streng：三分之二算力集中于大型礦池 這是行業最大挑戰:金色財經現場報道，2019年10月12日由MinerUpdate在成都舉行的“2019全球礦業領袖峰會”上，Genesis mining創始人Marco Streng表示，三分之二的算力集中于大型礦池，算力分布并不完全去中心化，這是行業所面對的最大的一個挑戰。非常開心地看到中國礦工也想要將他們的礦池移到中國之外的地區，這樣會讓比特幣網絡更加國際化，數據更加安全，同時我認為這也是一個趨勢，因為實際上有非常多的地區的電費是非常低廉的，在中國之外也有很多適宜的地區可以來做發展的，不止是四川。[2019/10/12]

側鏈

側鏈的核心思路是構建一條完全獨立的區塊鏈，有自己的驗證者和運營者，可以與主鏈互相轉移資產，而且會選擇性地將區塊頭的快照發送至主鏈，從而防止分叉產生。有了這些快照，就可以有效防止分叉，即便側鏈上的驗證者串謀起來發動分叉攻擊也沒用。

分析 | 調查報告：俄羅斯數字貨幣營業額三分之一來自中國商人:據bitcoin.com報道，俄羅斯首都每日的數字貨幣營業額在1000萬美元到2000萬美元之間，有時甚至達到5000萬美元。其中，三分之一來自中國商人，他們使用數字貨幣對進口貨物進行跨境支付。[2018/9/13]

從上圖可以看出，側鏈會生成區塊并將它們的快照發送至主鏈。所謂的快照就是存儲于主鏈上的區塊哈希。側鏈上的分叉選擇規則是，合法的鏈必須構建在最近一個進行過快照的區塊之上。在上圖所示情況下，區塊A的快照已經發送至主鏈，即使側鏈上的驗證者勾結起來，試圖在區塊A生成之后生成一條更長的A’<-B’<-C’鏈來發動雙花攻擊，側鏈上的參與者也會忽略這條更長的鏈。

側鏈的缺點

安全性弱。雖然側鏈可以利用主鏈的安全性來防止分叉，但是驗證者依然可以通過串謀來發動另一種叫做無效狀態轉換的攻擊。這種攻擊背后的思路是，主鏈本來就不可能驗證側鏈上的所有區塊。因此，如果有超過50%或66%的驗證者串謀的話，他們可以創建一個完全無效的區塊，竊取其他參與者的資產，并將這個區塊的快照發送至主鏈，發起并完成一個“退出”交易，就可以成功偷走這些資產。

近三分之二英國人不會支持由英國央行發行的加密貨幣:據bitcoin news援引英國“每日快報”報道，一項調查顯示，近三分之二的英國人不會支持央行發行的加密貨幣。調查還顯示，93％的英國人已經聽說過比特幣，這一數字在今年1月份為91％，2017年11月為80％。然而，只有三分之一的受訪者承認，如果加密貨幣受到監管，將更有可能投資加密貨幣。這項調查的結果與今年早些時候針對英國金融專業人士的調查形成了對比，當時的研究表明，英國超過一半的已投資加密貨幣的金融專業人士打算在今年購買更多的加密貨幣。[2018/4/19]

等離子體Plasma

Plasma是一種可以實現“無監管”側鏈的技術，換言之，即使側鏈上所有驗證者串謀起來作惡，plasma鏈上的資產也是安全的，而且可以退回主鏈。

最簡單的plasma設計通常被稱為PlasmaCash，只支持簡單的非同質化代幣，而且每個交易轉移的資產只能是一個特定的常量。PlasmaCash的運行方式如下圖所示：

等離子體的結構是通過使用智能合約和默克爾樹建立的，可以創建無限數量的子鏈-基本上都是父鏈以太坊區塊鏈的較小復制。在每個子鏈的頂部，可以創建更多的鏈，這就是它被稱作樹狀結構的原因。Plasma最大的優點是存儲在plasma鏈上的代幣安全性很高。

等離子體Plasma的缺點

在轉移代幣之時必須提供該代幣的完整歷史，另外就是退出機制非常復雜。而且無法應用到智能合約上，用戶跑節點的負擔重。

RollUp

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，發布到鏈上。RollUp實際上是一條側鏈，因此它會生成區塊，并且將這些區塊的快照發送到主鏈上。不過，RollUp上的運營者是無需信任的。也就是說，RollUp假定運營者可以在任何時候做出停止出塊、生成無效塊、隱瞞數據等惡意行為。

上面說到側鏈有狀態有效性的問題，RollUp為了避免這個問題，運營者要對某個區塊進行快照之時，都要提供一個SNARK，證明鏈已經使用相關的一組交易執行了有效的狀態轉換。以下圖為例：

RollUp鏈上有三個區塊：A、B和C。它們的快照分別對應主鏈上的區塊X、Y和Z。每到一個時間點，主鏈只需要存儲RollUp鏈上最新狀態的默克爾根。在區塊A進行快照之時，發送到主鏈上的交易包括：

1.新狀態S2的默克爾根h(S2)。

2.S2的完整狀態數據，或區塊中的所有交易。

3.一個zk-SNARK，證明在從狀態哈希h(S1)到狀態哈希h(S2)之間的所有交易都是有效的，并且這些交易都與中提供的數據相匹配。

Rollups有兩種類型：ZKRollups和OptimisticRollups。

ZKrollups

ZKrollups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，數據提交以后，智能合約可以確認全部的交易，這也被稱為有效性證明。由于區塊包含的數據更少，因此驗證速度更快，驗證成本更低。但ZKrollups無法支持智能合約。

zkRollup是一種新型的Layer2擴容方案，主要用于去中心化交易所。該技術的核心思想是：

l將主鏈作為存儲媒介，而非共識引擎；

l將交易壓縮，并在鏈下達成狀態共識；

l用零知識證明保證鏈下狀態共識的安全性。

OptimisticRollup

OptimisticRollup是一種在layer2上使用OVM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，其主要用于第2層系統。它的外觀，感覺和行為非常類似于以太坊主鏈。OptimisticRollup的構造大量借鑒了Plasma和ZKRollup設計。但某種程度的在擴展性上進行了權衡，以允許在受Layer1保護的Layer2中運行完全通用的智能合約。

OptimisticRollup繼承自Plasma的「欺詐證明」，默認「樂觀地」相信節點會將最新且準確的數據發布到主鏈上，所以從安全性來說，會略低于主網。雖然本金喪失風險很低，但可能會付出時間成本。

該技術的核心思想是：

l默認交易速度為100TPS。

l使用BLS簽名聚合時，此數字最多可以達到500TPS。

l如果EVM兼容性受到破壞，則吞吐量理論上可能會增長到ZKRollup的極限。

l實際吞吐量上限：500TPS。

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