以太坊 Layer-2 解决方案现状

在我们 Layer-2 系列的第一篇文章中，我们讨论了比特币链下可扩展性解决方案，还分析了闪电网络和各种侧链解决方案。 当我们转向第二大加密货币（按市值衡量）时，我们可以看到以太坊也有相当多的链下可扩展性选项。 这些解决方案大多是为了应对 2017 年以太坊区块链的频繁拥堵而提出的。

以太坊协议本身的可编程性允许开发人员设计许多在比特币上不可能实现的扩展。 在过去，这种可编程性往往只是意味着可以创建智能合约，团队可以快速获得资金（通常以 ERC-20 代币的形式），然后致力于可扩展性解决方案的开发。 其中有几项提案已在一年或更长时间前发布，但兴趣不大。 业绩不佳既是由于市场低迷和兴趣下降，也是因为他们无法在推出前建立势头。 然而，到 2019 年底，趋势开始发生变化。 市场的回暖，兴趣的增加，网络利用率的提高，各种技术的进步，让Layer-2项目重新回到了大家的视野。

- 2020 年以太坊交易的平均费用成本（美元）-

以太坊网络使用量的增加，加上交易费用的 10 倍增长，导致多个团队正式启动了他们长期致力于的项目。 我们已经看到 - 过去几个月启动的许多项目都在争夺社区的关注和接受。 本文将所有这些项目都做了一个图表，准备从投资的角度来看这些项目（到目前为止）是否成功。

- 链下扩容方案进入白热化阶段-

以太坊 Layer-2 方案分类

以太坊 Layer-2 项目有很多，我们将它们分类如下：

第一类包括支付可扩展性方案，例如 Raiden、Liquidity Network 和 Spankchain（基于 Connext）。 大多数方案都使用受比特币闪电网络启发的状态通道技术。 这些项目在 2017 年和 2018 年初通过 ICO 成功筹集了资金。第二种解决方案源于对更灵活的扩展解决方案（支付之外）的需求。 这些解决方案可以支持任何智能合约交易和 dApp，当然也包括 DefI 应用。 引领潮流的是 Plasma 链技术——最终导致了包括 Loom Network、OMG network 和 Matic 在内的项目。 由于 Plasma 实现的复杂性（尤其是数据可用性问题），一类新的通用可扩展性方案获得了关注：Rollup 方案。 Optimism/OVM 是这个方向的先行者，紧随其后的是 zk Rollup 方案。 第三类方案与前两类方案不在同一个维度，目的是增加附加功能，特别是隐私。 最有前途的项目包括 Keep 和 Aztec。

链下通用可扩展性解决方案

此类方案是目前最活跃和讨论最多的以太坊可扩展性方案。 虽然术语“一般可扩展性”在技术上并不精确以太坊收据树，但该术语确实反映了此类方案的目标：扩展任意以太坊交易的吞吐量，包括智能合约交易。 与实现链下支付的简单方案相比，此类方案要解决的问题要困难得多。 从技术角度来看，这样的方案可以称为“”，可以扩大任何交易的吞吐量。

在这个领域中，虽然可以根据不同的技术维度细分为很多子类，但我们简单的归类为：

Plasma链交易分组压缩方案（Rollup）

抽象来说，Plasma 的解决方案是在主链网络之外创造一个可以进行任意交易的空间。 但在 Plasma 方案中，由于链下交易数据对以太坊主链是不可见的，用户想要离开侧链返回以太坊主链时会遇到麻烦。 这就是所谓的数据可用性问题。

- 以太坊侧链的简化图示 -

另一方面，汇总方案可以被认为是一种压缩技术。 可以将多笔交易压缩在一起，这不仅减少了交易数据的大小，也减轻了交易验证的负担，从而使以太坊区块链能够处理更多的交易。 此外，所有交易收据都存储在以太坊区块链上，这增加了第 2 层交易的安全性。

竞争

在这两个子类别中，存在具有不同目标和不同技术结构的不同项目。 一个详细的项目需要好几篇文章，所以我们只关注粗略的东西。

- 以太坊通用扩容方案分类 -

（译者注：虽然作者在这里包含了zk rollup，但实际上至少目前的zk rollup方案没有以太坊那么通用，只能执行特定类型的交易，如果你需要执行更多类型的交易，你有添加代码。）

基于等离子的解决方案

Plasma 解决方案最先出现，以 Vitalik 的 Plasma 论文为标志。 Plasma 的实现也因应用场景的不同而有很大差异。 Palsma 的第一个生产级实现是由 Loom Network 在 2018 年使用 Plasma 的变体 Plasma Cash 实现的。 Plasma Cash 具有不可替代的代币 (NFT) 和游戏。 这个项目最终离开了以太坊生态，创建了一个独立的区块链以太坊收据树，并改变了方向，开始了一个企业应用。 Loom 是一个有趣的案例，它显示了第 2 层项目面临的困难，尤其是当它们针对的主要用例（例如游戏）与 ETH（作为金融资产）没有紧密联系时。

另外两个项目，Matic 和 OMG Network 加入了“Plasma in the Production-Stage”俱乐部，每个项目都成功启动了他们的主网。 这两个项目都致力于延长通用汽车的翻转交易。 Matic 在侧链上使用 PoS 共识机制（以他们的项目代币作为抵押）。 OMG 网络在方向上与 Matic 相似，尽管当前网络依赖于一组固定的验证器。

汇总方案

Rollup 可扩展性解决方案被认为是刚刚起步的。 Rollup 解决方案通过将所有交易数据以打包/压缩的形式存储在以太坊区块链上来解决数据可用性问题。 将交易合并成组的主要目的是节省验证成本。 这几组交易并没有被以太坊共识机制直接验证，而是通过另一种机制来证明这些交易的有效性。 Rollup 方案有两个子类：Optimistic Rollup 和 zk Rollup，证明有效性的方法也不同。 Optimistic Rollup 方案使用欺诈证明来捕获无效交易并惩罚允许它们的验证者。 zk Rollup 使用零知识证明（例如 SNARKs）来证明处理过的 Layer-2 交易的有效性。 证明本身也与交易数据一起存储在脸上。

Optimistic Rollup (OR) 领域的主力军是 Optimism。 Optimism 正在开发 Optimistic 虚拟机 (OVM)，旨在使用第 2 层扩展任意以太坊交易。 他们的团队最近推出了一个演示，将 DeFi 应用程序与 Synthetix 项目一起扩展。 这个演示真的很鼓舞人心。 开发 OR 的另一股力量是 IDEX 的可扩展性方案。 IDEX 团队还在去年 10 月发布了他们解决方案的演示。

另一种选择 zk Rollup 旨在实现以太坊 Layer-2 更大的可扩展性（更高的 Layer-2 交易 TPS）。 但是，该技术仍然局限于特定的应用场景，例如支付或兑换，受限于零知识证明构建的复杂性。 在这个领域有两个项目在激烈竞争：和 Matter 实验室的 zkSync 项目。 Loopring 最初使用 zk Rollup 在 Layer-2 上实现去中心化交易，现已进入 Layer-2 支付领域并推出 Loopring Pay。 但 zkSync 最初是针对 Layer-2 支付的。 他们最近也正式推出了该产品。

其他可扩展性技术

还有其他可扩展性技术不属于此 Plasma/Rollup 类别。 一个例子是 Starkware 团队，他们实现了一种可扩展性方案，既将交易数据放到链下（类似于 Plasma），又使用零知识证明将链下交易打包在一起，而他们的零知识证明方案是称为 STARKs，它是一种不需要可信设置的方案。 Starkware 和 Vitalik 将此方案称为 Validum。

以太坊链下支付方案

支付扩容方法于 2017 年和 2018 年首次提出，两者都深受比特币闪电网络的影响。 这些方案旨在扩展支付交易的吞吐量，但不允许在链下任意执行智能合约交易。 因此，它们不受 DeFi、dApp 和游戏的支持。 这是以太坊生态系统中的一个致命缺陷，这可能是此类解决方案首次未能获得关注。 这些方案共同的主要底层技术是状态通道。 Raiden Network、Connext/SpankChain 和 Liquidity Network 都在尝试开发链下支付网络。

雷电网络

雷电网络被认为是最接近闪电网络的解决方案。 与闪电网络类似，它也创建了一个运行在以太坊基础上的小额支付网络，通过在网络上的不同节点之间实现一对一的通道。 2020年5月，雷电网络首次在主网上发布产品。 使用雷电浏览器，截至撰写本文时，网络中只有 25 个帐户和大约 50 个频道。 由于整个以太坊生态系统的注意力主要集中在更灵活的扩展解决方案上，因此很难相信点对点支付通道网络（如雷电网络）有任何光明的未来。

流动性网络

与Raiden Network类似，Liquidity Network也在尝试在以太坊的基础上实现支付通道。 但是，他们没有遵循闪电网络和雷电网络使用的相同的 1 对 1 通道模型，而是使用了 1 对 N 通道模型。 该网络在每个人都可以连接的支付中心上运行。 因此，流动性在分类学上更接近于侧链而不是支付渠道网络。 该项目由伦敦帝国理工学院的几位学术研究员领导，他们以在项目网站上展示他们的学术研究为荣。 该项目于 2018 年在主网上线，但在吸引用户方面惨遭失败。 只有当当前的以太坊网络使用率和 Gas 价格飙升时，人气才会回升。

- 与 Layer-2 支付方案相关的代币投资回报率 -

增强的链下解决方案

最后一类以太坊Layer-2解决方案是为了实现以太坊底层无法提供的功能而创建的。 最受欢迎的功能之一：隐私。 隐私包括隐藏交易金额和完全隐藏交易涉及的地址。 这些隐私特性都不能直接在以太坊主链上实现，需要通过独立的 Layer-2 方案实现。 这个领域的两个主要项目是 Aztec 和 Keep。

Aztec 的目标是在以太坊的基础上构建一个 UTXO 层，使用零知识证明来提高交易的隐私性。 该项目使用公共的、大规模的多方计算 (MPC) 仪式进行可信设置，并开发了 zk.money 以允许社区试用他们的产品。 由于这些 Layer-2 隐私方案与可扩展性方案无关，因此 Aztec 团队正在努力将隐私增强技术与 zk Rollup 技术栈结合起来创建 ZK2 Rollup。

同样，Keep Network 也在为以太坊开发链下隐私层。 这个项目不想做隐藏交易，它想做的是为私有数据创建一个存储空间（称为Keeps），可以通过以太坊的智能合约访问和使用。 Keep 主网于 2020 年 5 月上旬启动，以支持该项目的主导产品 TBTC。 在上一篇文章中，我们说过 TBTC 是帮助扩展比特币网络的可行替代方案。 为实现TBTC的高安全性保障，交易仅由以太坊区块链处理。 但是，不存在阻止这些交易在链下处理的基本问题。

多层 2 解决方案的风险是什么？

在比特币区块链上，闪电网络是一个单一的第 2 层解决方案，为来自不同项目的许多比特币开发人员提供了一个统一的平台。 来自 Lightning Labs、ACINQ、Blockstream、Zap、Bitrefill 等项目的累积开发工作都汇入了同一条河流。 但在以太坊上，情况就大不相同了。 不同的 Layer-2 扩展方式互不兼容，相互之间存在很多摩擦和竞争。 这种竞争也可能导致生态分裂，延缓甚至阻碍Layer-2解决方案的接受，以至于没有解决方案能够被大规模接受。

但另一方面，以太坊生态系统中实验的广度可能意味着每个人都可以更快地找出真正有用的预防措施。 性能更高的可扩展性解决方案最终可能会击败甚至吸收效率较低的解决方案。

有观点认为，在不同的 Layer-2 链之间建立链下桥接方案（即不需要回到以太坊主链的桥接方案）可以减少可能出现的摩擦。 这让人想起 Cosmos 的链间通信协议（IBC）的愿景。 链下桥接可能能够将不同的第 2 层项目粘合在一起，以实现以太坊网络更大的可扩展性。 然而，大多数项目还很年轻，关于二层桥接的讨论很少。

综上所述

第一波以太坊 Layer-2 可扩展性解决方案专注于支付，大部分通过 ICO 筹集资金，但大多数都失败了。 2017 年至 2018 年间发行的热门代币价格一直在下跌，而且看不到尽头。 然而，对可扩展性解决方案的需求只会增加。 这促使大家提出了更新一代的解决方案（如 Rollup 解决方案），以提供更灵活的框架，不局限于支付交易。 这些解决方案都试图避免前人的错误，并根据生态中不断增长的部分（例如 DeFi）不断改进自己的解决方案。 Optisism 和 Synthetix 的演示以及 Loopring 交易所就是这种趋势的鲜明例子。 由于这些项目中的大多数最近才在主网上发布产品，因此评估和预测它们的趋势还为时过早。 更何况，这些项目之间还存在着浓厚的竞争氛围，有些人可能会黯然离去。 评估这些提案时的最后一个考虑因素是它们与以太坊 2.0 路线图的兼容性。 虽然功能齐全的以太坊 2.0 网络可能还需要数年时间，但与以太坊 2.0 根本不兼容的解决方案肯定更难吸引开发人员。

虽然没有人能明确地说出哪种 Layer-2 解决方案将赢得这场战斗，但我们希望本文能成为帮助以太坊成为更强大网络的项目的可靠指南。

感谢 Georgios Konstantopoulos、Jing Wang、Hasu、Tony Sheng 和 Anthony Sassano 对本文提供的信息反馈。

（结束）

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