德鄰資本研究院：淺析以太坊Layer-2 擴容解決方案_ROLL

需要擴容

自從以太坊主網上線以來，其擴容問題一直是討論最多的話題之一，尤其是當某些熱點事件引起網絡擁堵時，對于擴容話題的關注和討論往往更加白熱化。

第一次就擴容問題展開的激烈討論發生在2017年全球加密市場的“牛市”，著名的“CryptoKitties加密貓”和ICO一起造成了整個以太坊網絡的擁堵，Gas費用在短時間內暴增。

今年，由于DeFi市場的普及和火熱，網絡擁堵情況愈發嚴重。用戶有時甚至需要支付高達500+Gwei的gas費用，即使如此，交易也無法在短時間內得到驗證。

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一般而言，在考慮區塊鏈或者以太坊擴容方案時，有兩種主要辦法：擴展基礎層本身或通過將一些工作分流另一層來擴展網絡。

Layer1與Layer2對比

Layer1是我們通常所說的標準基礎共識層，目前幾乎所有的交易都在此結算，Layer的概念并不是以太坊特定的概念，它還在Bitcoin和Zcash等其他區塊鏈領域被廣泛使用。

Layer2是在Layer1之上構建的另外一層，值得注意的是，Layer2不需要對Layer1進行任何更改，它可以使用其現有的元素。例如：智能合約僅在Layer1之上構建；Layer2還可通過將其狀態固定到Layer1來利用Layer1穩固的安全性。

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目前以太坊每秒可在其基礎層“Layer1”上處理約15筆交易。Layer2擴展后可以顯著增加同等時效內處理的交易數量。根據現有不同的解決方案，我們認為理想的處理速度應該為2000-4000tx/s。

以太坊2.0引入了權益證明和分片機制，這將顯著提升基礎層上的交易吞吐量。即使采用分片機制，以太坊仍然需要Layer2擴容，才能在將來處理每秒數十萬甚至高達數百萬筆的交易量。在不犧牲安全性和分散性的前提下，以太坊或許將Layer1和Layer擴展的組合性留給了社區與未來。

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Layer2擴容方案

Layer2擴容是解決方案的統稱，這些解決方案通過脫鏈處理事物“Layer1以外”來幫助提高Layer1的功能。我們可以這樣理解，其功能的提高的主要表現在處理速度和處理吞吐量的提高。最重要的是，Layer2擴容方案可以顯著降低以太坊網絡轉賬的Gas費用。

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狀態通道

狀態通道是最早被廣泛討論的擴容解決方案之一，它們允許參與者多次脫鏈交換事物，而僅向基礎層提交兩個事物。

盡管支付通道具有每秒數千筆交易的潛力，但它們也有一些缺點。它們不提供公開參與—--必須預先知道參與者，并且用戶必須在多重簽名合約中鎖定資金。最重要的是，這種擴容解決方案是特定用于應用程序的，不能適用于擴展通用智能合約。

Raiden是以太坊上利用狀態通道的主要項目之一。此外，支付渠道的概念也被基于比特幣的閃電網絡廣泛使用。

Plasma

Plasma是Layer2擴容解決方案，最初由JosephPoon和VitalikButerin提出。這是一個在以太坊上構建可擴展應用程序的框架。Plasma利用智能合約和Merkle樹來創建無限數量的子鏈——父Ethereum區塊鏈的副本。它可以將事務從主鏈卸載到子鏈并允許快速而廉價的事務。等離子的一個缺點是，用戶需要等待很長時間才能從第二層提取資金。與通道類似，等離子體不能用于擴大通用智能合約的規模。OMG網絡構建在他們自己的Plasma鏈的實現上，稱為MoreViablePlasma。而Matic網絡是另一個使用Plasma框架的改版平臺的例子。

側鏈

側鏈是與以太兼容的、獨立的區塊鏈，它擁有自己的一致模型和區塊參數。通過使用相同的以太坊虛擬機使得側鏈與以太坊的互操作性成為可能，因此部署到以太坊基礎層的合約可以直接部署到側鏈。xDai就是這種側鏈的一個例子。

Rollups

Rollups通過將單邊事務捆綁或“上卷”到單個事務并生成密碼證明(也稱為SNARK——簡寫的非交互知識論證)來提供可伸縮性，只有這個密碼證明會提交給基層。對于Rollups，所有的事務狀態和執行都在旁鏈中處理。以太坊主鏈只存儲事務數據。

Rollups有兩種類型：ZKRollup和OptimisticRollup。

ZKRollup雖然比OptimisticRollup更快更有效，但并沒有為現有的智能契約遷移到Layer2提供一種簡單的方法。OptimisticRollup運行一個名為OVM(OptimisticVirtualMachine)的EVM兼容虛擬機，該虛擬機上允許執行與在以太坊上執行的相同的智能合約。這是非常重要的，因為它使現有的智能合約更容易維護其可組合性，這在所有主要智能合約都已經過實戰測試的DeFi中是極其相關的。當談到ZKRollup時，Loopring和Deversifi都是構建在Layer2的分散交換的好例子。此外，還有ZkSync支持可擴展的加密支付。

以太坊2.0還可以擴大Rollups的可伸縮性。實際上，因為Rollups只需要擴展數據層，所以它在以太坊2.0階段1(關于數據切分)中就可以獲得巨大的提升。

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