一文了解以太坊layer2扩容

Ethereum二层（layer2）扩容是怎么回事？Optimism、xDai、OMG和Loopring等项目之间又有什么区别？接下来我们将回答这些问题。

1 扩容的必要性

自以太坊网络推出以来，以太坊的扩容是讨论最多的话题之一。关于扩容的争论总是在以太坊网络出现重大拥堵后上演。

最早出现这样的争论是在2017年的加密牛市，名声不那么好的CryptoKitties与ICO，堵塞了整个以太坊网络，造成gas费的大幅飙升。

今年，网络拥堵又来了，且更为严重，这一次是由DeFi和流动性挖矿的火热造成的。有一段时间，即使支付高达500多gwei的gas费，也会出现一时无法验证交易的情况。

说到以太坊或其他区块链的扩展，主要有2种方式：扩展基础层本身（layer 1），或将部分工作放到layer2上，以实现网络的扩容。

Layer1是标准的基础共识层，目前几乎所有的交易都在这一层结算。“层”的概念不是以太坊特有的，其他区块链也有这样的概念，如Bitcon或Zcash。

Layer2是建立在Layer1之上的另一层。这里有几个重要的点。

Layer2不需要对Layer1进行任何改变，只需利用Layer1现有的组成部分（如智能合约）建立在它之上即可。Layer2还可通过将其状态锚定到Layer1来享用Layer1的安全性。

以太坊目前在其基础层（Layer1）上每秒可以处理约15笔交易。

Layer2的扩展可以大幅增加交易数量。根据解决方案，能达到2000-4000 笔交易/秒。

那Ethereum 2.0呢？那也是对以太坊进行扩容的吗？

是的，Ethereum 2.0引入了POS和分片，这将大幅提高基础层的交易吞吐量。

这是否意味着Ethereum 2.0发布后，我们就不需要Layer2的扩展了？

并非如此，即使有了分片，Ethereum仍然需要Layer2的扩展，以便在未来能够处理每秒数十万甚至数百万量级的交易。

这也是著名的“可扩展性三难”问题。理论上，我们可以跳过layer2，专注于扩展基础层，但需要高度专业化的节点来处理增加的工作量，这样会造成更高程度的中心化，从而降低网络的安全性和抗审查性能。

保证可扩展性决不能以牺牲安全性和去中心化为代价，在未来的发展中我们只能采用Layer1和Layer2扩展相结合的方式。

Layer2扩展是指通过处理链下交易（layer1链外）来帮助提高Layer1性能的解决方案的统称。Layer2主要是可以提高交易速度和交易吞吐量。除此之外，还可以大大降低gas费。

当涉及到具体的扩容解决方案时，有多种选择。其中一些方案目前就可以使用，并且可以在短、中期内提高以太坊网络的吞吐量。

一些扩展解决方案是针对特定应用的，例如，支付通道。其他的方案比如Optimistic Rollup，可以用于任何任意合约的执行。

为了更好地理解这些差异，让我们来探讨一下最流行的layer2扩展解决方案。

通道是最早被人们广泛讨论的扩展解决方案之一，它可以让参与者在链外进行多次交易，而同时只向基础层提交两个交易。

最受欢迎的通道类型是状态通道及其子分类——支付通道。

虽然通道具有每秒轻松处理数千笔交易的潜力，但它们也有一些缺点：它的参与不是开放的，参与者必须是提前被知悉的，用户必须在多签合约中锁定自己的资金。最重要的是，这种扩展解决方案针对特定应用，不能用于扩展通用的智能合约。

在Ethereum上使用状态通道的项目是Raiden，支付通道的概念也被比特币的闪电网络所使用。

Plasma是最初由Joseph Poon和Vitalik Buterin提出的一个layer2扩展解决方案。它是一个在以太坊上构建可扩展应用的框架。

Plasma利用智能合约和Merkle树可以创建无限数量的子链，即以太坊区块链的副本。

将交易从主链卸载到子链中，可以实现快速和便宜的交易。但Plasma的一个缺点是，对于想要从layer2提取资金的用户来说，等待时间会很长。Plasma与通道类似，不能用于扩展通用的智能合约。

OMG网络建立在他们自己的Plasma上，称为MoreViable Plasma。而Matic Network是另一个使用改编版Plasma框架的平台。

侧链是兼容以太坊的独立区块链，有自己的共识模型和区块参数。

与以太坊的互操作性是通过使用相同的EVM（以太坊虚拟机）来实现的，因此部署在以太坊基础层的合约可以直接部署到侧链上。xDai 就是这样一个侧链的例子。

Rollups通过将侧链交易捆绑或 "滚动 "到一个交易中，并生成一个加密证明，也就是SNARK（简洁的非交互式知识论证）来提供扩展。只有这个证明才会提交给基础层。

使用Rollups，所有的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。

有2种类型的Rollup。Zk rollups和Optimistic rollups。

Zk rollups虽然比Optimistic rollups更快、更高效，但并没有为现有的智能合约提供一个简单的方式来迁移到layer2。

Optimistic rollups运行一个名为OVM（Optimistic Virtual Machine）的EVM兼容虚拟机，它允许执行与以太坊上相同的智能合约。它能够使现有的智能合约更容易维护其可组合性，这在所有主要的智能合约均已经过battle测试的DeFi中极为重要。

运用Optimistic rollups的主要项目之一是Optimism，它们的主网很快就发布。

谈到Zk rollups，Loopring和Deversifi是建立在layer2的去中心化交易所的好例子。除此之外，还有ZkSync实现了可扩展的加密支付。

Rollups的可扩展性也可以被以太坊2.0放大。事实上，由于rollups只需要扩展数据层，所以可扩展性在Ethereum 2.0阶段1(关于数据分片)中就可以获得巨大的提升。

尽管有一系列layer2扩展解决方案可供选择，但看起来以太坊社区倾向于主要通过rollup和以太坊2.0 阶段1的数据分片进行扩展的方法。

这方法也在Vitalik Buterin最近发表的一篇名为 "A rollup centric Ethereum roadmap "的文章中得到了确认。