以太坊二层网络 (l2) 扩容详解
以太坊二层网络 (l2) 扩容解决方案概述，包括汇总、等离子体、状态通道和侧链。
Date published: 2021年2月3日
由 Finematics 制作的讲解视频，涵盖了以太坊的二层网络 (l2) 扩容解决方案——包括通道、等离子体、侧链和汇总，以及为什么汇总正在成为主导的扩容策略。了解这些技术如何在继承以太坊安全性的同时降低成本并提高吞吐量。
本文字稿是 Finematics 发布的原视频文字稿 (opens in a new tab)的无障碍副本。为了提高可读性，已进行了轻微编辑。
以太坊扩容 (0:31)
几乎自网络启动以来，以太坊扩容一直是最受关注的话题之一。在经历了一段严重的网络拥堵之后，关于扩容的讨论总是会升温。
最早出现这种情况的时期之一是 2017 年的加密货币牛市，当时臭名昭著的 CryptoKitties（加密猫）和 ICO 堵塞了整个以太坊网络，导致 Gas 费大幅飙升。今年，网络拥堵卷土重来，而且更加严重，这次是由去中心化金融 (DeFi) 和流动性挖矿的普及引起的。有一段时间，即使 Gas 费高达 500+ Gwei，你的交易也需要一段时间才能被验证。
区块链扩容 (1:20)
在对以太坊或一般的区块链进行扩容时，主要有两种方法：对基础层本身（即一层网络 (l1)）进行扩容，或者通过将部分工作转移到另一层（即二层网络 (l2)）来对网络进行扩容。
一层网络 (l1) 是标准的底层共识层，目前几乎所有的交易都在这里结算。分层的概念并非以太坊独有；比特币或 Zcash 等其他区块链也广泛使用它。
二层网络 (l2) 是构建在一层网络 (l1) 之上的另一层。这里有几个重点：二层网络 (l2) 不要求对一层网络 (l1) 进行任何更改——它可以直接使用其现有元素（如智能合约）构建在一层网络 (l1) 之上。二层网络 (l2) 还通过将其状态锚定到一层网络 (l1) 中来利用一层网络 (l1) 的安全性。
以太坊目前在其基础层上每秒可以处理大约 15 笔交易。二层网络 (l2) 扩容可以显著增加交易数量——根据解决方案的不同，每秒可处理 2,000 到 4,000 笔交易。
以太坊 2.0 (2:39)
那么以太坊 2.0 呢？它不是应该用来扩容以太坊的吗？是的——以太坊 2.0 引入了权益证明 (PoS) 和分片，这将显著提高基础层上的交易吞吐量。
这是否意味着当以太坊 2.0 发布时，我们就不需要二层网络 (l2) 扩容了？并非如此——即使有了分片，以太坊仍然需要二层网络 (l2) 扩容，以便在未来能够每秒处理数十万甚至数百万笔交易。
可扩展性三难困境 (3:15)
这也是著名的可扩展性三难困境发挥作用的地方。理论上，我们可以完全跳过二层网络 (l2)，转而专注于扩容基础层。这将要求高度专业化的节点来处理增加的工作负载，从而导致更高的中心化程度，进而降低网络的安全性和抗审查特性。
坚持可扩展性绝不应以牺牲安全性和去中心化为代价这一事实，在未来的发展中，我们只能选择一层网络 (l1) 和二层网络 (l2) 扩容相结合的方式。
二层网络 (l2) 扩容 (3:52)
二层网络 (l2) 扩容是那些通过在链下处理交易来帮助提升一层网络 (l1) 能力的解决方案的统称。可以改进的两个主要能力是交易速度和交易吞吐量。最重要的是，二层网络 (l2) 解决方案可以大大降低 Gas 费。
谈到实际的扩容解决方案，有多种选择可供使用。其中一些选项现在就可以使用，并能在中短期内提高以太坊网络吞吐量，而另一些则着眼于中长期的时间范围。有些解决方案是特定于应用程序的——例如，支付通道——而其他解决方案，如乐观汇总 (optimistic rollups)，可用于任何任意的合约执行。
通道 (5:03)
通道是最早被广泛讨论的扩容解决方案之一。它们允许参与者多次交换他们的交易，同时只向基础层提交两笔交易。最受欢迎的通道类型是状态通道及其子类型——支付通道。
尽管通道有潜力轻松地每秒处理数千笔交易，但它们也有一些缺点。它们不提供开放参与——参与者必须事先已知，并且用户必须将他们的资金锁定在一个多重签名合约中。最重要的是，这种扩容解决方案是特定于应用程序的，不能用于扩容通用智能合约。
在以太坊上利用状态通道能力的主要项目是 Raiden。支付通道的概念也被比特币的闪电网络广泛使用。
等离子体 (6:04)
等离子体是一种二层网络 (l2) 扩容解决方案，最初由 Joseph Poon 和 Vitalik Buterin 提出。它是一个用于在以太坊上构建可扩展应用程序的框架。
等离子体利用智能合约和默克尔树 (Merkle tree) 来创建无限数量的子链——即父以太坊区块链的副本。将交易从主链转移到子链中，可以实现快速且廉价的交易。
等离子体的缺点之一是，想要从二层网络 (l2) 提取资金的用户需要经历漫长的等待期。与通道类似，等离子体不能用于扩容通用智能合约。OMG Network 建立在他们自己实现的等离子体之上，称为 More Viable Plasma。Matic Network 是另一个使用等离子体框架改编版本的平台示例。
侧链 (7:08)
侧链是与以太坊兼容的独立区块链，拥有自己的共识模型和区块参数。通过使用相同的以太坊虚拟机 (EVM)，实现了与以太坊的互操作性，因此部署到以太坊基础层的合约可以直接部署到侧链上。
xDai 就是这种侧链的一个例子。
ZK 汇总 (8:11)
汇总通过将侧链交易捆绑（或“汇总”）成单笔交易并生成加密证明（也称为 SNARK，即简洁的非交互式知识论证）来提供扩容。只有这个证明会被提交到基础层。使用汇总，所有的交易状态和执行都在侧链中处理；以太坊主链仅存储交易数据。
汇总有两种类型：ZK 汇总和乐观汇总。
ZK 汇总虽然比乐观汇总更快、更高效，但并没有为现有的智能合约迁移到二层网络 (l2) 提供简单的方法。
乐观汇总运行一个名为 OVM（乐观虚拟机）的兼容 EVM 的虚拟机，它允许执行与在以太坊上可执行的相同的智能合约。这非常重要，因为它使现有的智能合约更容易保持其可组合性，这在去中心化金融 (DeFi) 中极其相关，因为所有主要的智能合约都已经过实战检验。
致力于乐观汇总的主要项目之一是 Optimism，它距离其主网启动越来越近。谈到 ZK 汇总，Loopring 和 DeversiFi 是构建在二层网络 (l2) 上的去中心化交易所的优秀示例。除此之外，我们还有支持可扩展加密货币支付的 zkSync。
以 Rollup 为中心的路线图 (9:18)
Rollup 的可扩展性也可以通过以太坊 2.0 得到放大。事实上，因为汇总只需要对数据层进行扩容，它们在以太坊 2.0 阶段 1（关于数据分片）中就已经能获得巨大的提升。
尽管有一系列可用的二层网络 (l2) 扩容解决方案，但以太坊社区似乎正在趋向于主要通过汇总和以太坊 2.0 阶段 1 数据分片进行扩容的方法。Vitalik Buterin 在最近一篇名为《以 Rollup 为中心的以太坊路线图》(A Rollup-Centric Ethereum Roadmap) 的文章中也证实了这种方法。
在未来的视频中，我们将探讨以太坊 2.0 的基础层扩容，以及一层网络 (l1) 和二层网络 (l2) 扩容如何帮助让每个人都能更容易地接触到去中心化金融 (DeFi)。