一文看懂以太坊Layer 2扩容方案

编者按：2022 年 6 月 9 日，PANews 报道称，Optimism 分配给 Wintermute 的 2000 万个 OP 代币被盗，攻击者已售出 100 万个 OP 代币； 乐观呼吁窃取 2000 万 OP 代币的黑客归还资金； 拿走OP代币的黑客地址将100万个OP代币转入V神钱包。

连Optimism这个项目都做了好几年了以太坊分为哪三层，一周前就发币了。 虽然很多朋友都体验过Optimism等以太坊layer 2的Layer 2扩容方案以太坊分为哪三层，但以太坊网络的Layer 2扩容方案种类繁多。 朋友们可能很难全部都知道。 本文的目的是通过一篇文章向大家介绍以太坊的第2层扩容方案侧链（Sidechains）、通道（Channels）和汇总（Rollups）。 希望这篇文章能在学习以太坊二层扩容方案的路上给大家带来些许帮助。

本文内容仅供参考和学习，不构成投资建议。

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原标题：以太坊 Layer 2 扩容解决方案揭秘

编译：头

可扩展性是以太坊区块链开发中的主要关注点之一。 可扩展的区块链可以以低交易费用同时处理数万笔交易。

由于以太坊上有大量的 dApp 和用例，我们经常会遇到繁重的网络活动。 这确实会导致网络拥塞和极高的 gas 成本。 因此，以太坊需要扩容解决方案。

以太坊平均汽油价格

ETH 2.0 将主要通过引入分片机制来解决一些与可扩展性相关的问题。

分片是此次升级的重要组成部分。 它将一条大链分成更小的链（分片）。 然后工作量将分配给几个验证器。 这种分布极大地提高了可扩展性。 同时处理的交易数量将会增加。 结果，网络拥塞将减缓，同时交易费用也将减少。

ETH 2.0（更准确地说，分片）被认为是第 1 层扩展解决方案。 这意味着，它有助于扩展区块链本身。 然而，为了实现更高级别的可扩展性，我们需要第 2 层扩展解决方案。

第 2 层解决方案是那些试图提高以太坊区块链之上的可扩展性的解决方案——而不是内部。

在本文中，我将回顾三类​​主要的第二层解决方案：

侧链侧链

频道频道

汇总

译注：Rollups的翻译采用V的建议

#1 — 侧链

“侧链”是与以太坊主网平行运行并独立运行的独立区块链。 一般来说，侧链不依赖主链的安全，有自己的共识机制。 因此，它们被认为不太安全。

应用项目：多边形

Polygon 是一种互操作性第 2 层扩展解决方案，用于构建与以太坊兼容的区块链。 它的原生代币——MATIC——用于治理、质押和支付 gas。 Polygon 使用权益证明 (PoS) 共识机制。

Polygon的主要思想是一个叫做“链桥”的概念。 要使用 Polygon，您必须使用锁定和铸币机制通过链桥将 ETH 交换为 MATIC。 换句话说：

将 ETH 存入链桥

ETH 被锁定在智能合约中

Polygon 为您铸造等量的 MATIC 代币

当 ETH 从智能合约中释放时，MATIC 代币将被销毁

根据您使用的网桥，交易可能需要几个小时到几周的时间。 例如，使用等离子桥，交换大约需要整整一周的时间。

另一个挑战是 Matic 或其他基于侧链的解决方案不依赖以太坊区块链的安全性，它们运行自己的共识机制。

由于这些问题，替代的第 2 层扩展解决方案（例如 Rollup）正在获得更多关注。

#2 — 状态通道

“通道”通过允许在链下 (L2) 进行 X 笔交易并将两个交易提交到链上网络 (L1) 来减少第一层负载和交易成本。 这可以通过以下 2 个链下交易工作流程来实现：

第一个事务打开连接。 参与者必须在多重签名合约中锁定以太坊的一部分状态。

第二个事务关闭连接。 交易完成后，提交最后一笔链上交易并解锁状态。

通道工作流可以处理支付（支付通道）或一般状态更新和计算（状态通道）。

通道是在主网上设置即时提款/结算的绝佳解决方案。 此外，它带来了高吞吐量和极低的成本。 另一方面，建立和结算渠道的时间和成本可能很高，如果会员没有达到有效的退出状态，预计退出时间会很长。

应用项目：Celer Network

Celer Network 是一个运行在当前和未来区块链上的系统。 利用链下扩展，Celer 帮助开发人员构建、运营和使用高度可扩展的 dApp。

Celer Network 采用抽象简洁的分层架构（cStack）。 每一层只需要专注于完成它的功能：

cChannel：一套通用的状态通道和侧链。 这是 Celer 网络的底层，它与不同的底层区块链交互，并为上层提供最新状态和限时终结性的通用抽象。 cChannel 使用状态通道和侧链技术，这两者都是链下扩展平台的基石。

cRoute：可证明的最优价值转移路由。 cRoute，引入了分布式平衡路由（DBR），它使用分布式拥塞梯度来路由支付流量。

cOS：支持链下应用的开发框架和运行时。 cOS 是一个开发框架和运行时，它使每个人都可以轻松地开发、操作可扩展的链下 dApp 并与之交互，而不会因链下扩展带来的额外复杂性而陷入困境。 Celer Network 允许开发人员专注于应用程序逻辑并创造最佳用户体验，而 cOS 则负责处理繁重的工作。

#3 — 汇总

“Rollups”是在以太坊主网（第 2 层）之外执行交易，并在交易完成后将交易数据发送回主网（第 1 层）的解决方案。 换句话说，Rollups 试图从区块链本身卸载交易量并在单独的链上执行交易。

基于 Rollup 的 Layer 2 解决方案有很多好处：

**更高的 tps 和更低的交易费用：**目前以太坊区块链每秒可以处理 15-45 笔交易。 第 2 层扩展解决方案将这个数字提高到 1000–4000tps。 最后，随着 ETH 2.0 的推出，以太坊区块链有望每秒处理约 100,000 笔交易。 更多的 tps 也意味着更少的网络拥塞。 这可能会降低网络上的交易费用。

更快的交易确认：汇总背后的主要思想是从主区块链卸载交易并在另一层处理它们。 Rollups 在第 1 层部署智能合约，负责存款、取款和交易验证。 交易确认也可以以批处理方式完成。

更安全：汇总依赖于以太坊区块链的安全性。 因此，它们被认为更安全。

Rollup 也有一些挑战：

可组合性：在同一个汇总上使用多种协议（uniswap、复合...）组合交易

流动性不足：流动性低，滑点高，交易执行不佳。

对侧链的威胁：与侧链相比更高的费用

然而，总的来说，rollups 和第二层扩展解决方案被认为是提高区块链可扩展性、安全性和去中心化的特殊解决方案。

现在让我们更详细地讨论不同类型的卷积解决方案。

乐观汇总乐观汇总

Optimistic Rollup 使用欺诈证明。 欺诈证明的主要思想是将最少的数据发送到第 1 层并（乐观地）假设它是正确的。 为了使交易有效，区块链不需要做任何事情。 如果无效，它必须识别它，回滚状态，并惩罚发送者。

为实现这一目标，该方案使用了“争议解决系统”。 它检测欺诈活动、验证欺诈证据并阻止不良行为者。 为了防止不良行为者向网络发送垃圾邮件，发件人还必须提供保证金（通常以 ETH 的形式）。 如果在第一层检测到欺诈活动，这笔押金将被削减作为惩罚。

在 Optimistic Rollups 中，预计退出期较长（甚至数周）。 这主要是因为所有网络参与者都必须在第 1 层最终完成交易之前发送证明。 另一方面，Optimistic Rollups 在开发人员中很受欢迎，主要是因为该技术几乎没有修改就使用了所有现有的以太坊技术栈。

应用项目一：乐观主义

Optimism 的主要思想是交易的排序可以在一定时间内拍卖给其他方。 这些其他方称为“排序者”和“验证者”。

Sequencer 是负责在第二层运行交易并向第一层提交交易数据和新的 L2 状态的节点。

验证者是负责防止欺诈的节点。 他们通过将新的状态根与排序者提交的状态根进行比较来做到这一点。

Sequencer 和 Verifiers 都在运行 L2Geth——以太坊协议最流行实现的略微修改版本。

Optimism 工作流程将使以太坊更具可扩展性。 在 Optimism 中，排序者和验证者将负责处理交易。 因此，以太坊主链上的计算负荷将大大降低。 此外，由于竞争减少，汽油费也将下降。

Optimism 项目的一个可能瓶颈是其 Sequencer 节点的中心化性质。 根据公告，只有一个 Sequencers 节点由 Optimism 团队内部管理。 作为未来的计划，他们希望将其去中心化，使项目更加稳定和安全。 在此之前，这种中心化的特性使 Optimism 项目无法成为最佳项目。

应用一：仲裁

Arbitrum 有不同的争议解决模式。 他们没有在第 1 层重新运行整个交易来验证防欺诈是否有效，而是使用交互式多轮模型，缩小争议范围，只在第 1 层执行几条指令来验证可疑是否有效交易有效。 它还运行一个负责排序事务的排序器。

在仲裁工作流程中，还涉及两个主要参与者：

排序器（Batchers）：这些节点负责从第 2 层获取用户交易并将交易数据提交到第 1 层。

Validators：这些节点负责读取和处理主层的交易数据，并最终更新第二层的状态。

Arbitrum 的技术实现比 Optimism 复杂一点。 例如，它有以下组件：

两个不同的 L1 智能合约（delayer 和 sequencer inbox）发布交易数据。

三种类型的批处理节点（转发器、排序器和聚合器）。

三种验证策略（Defensive、StakeLatest 和 MakeBlocks）。

他们自己的虚拟机称为 Arbitrum Virtual Machine (AVM)。

Arbitrum 自己的操作系统 (ArbOS)。

这为开发人员和用户在实施第二层解决方案时提供了很大的灵活性以及新的选项和功能。 然而，其背后的工具和技术的复杂性使其成为一项难以应用的技术。

ZK Rollup

ZK Rollup 使用有效性证明。 不会有争端解决问题。 相反，它使用称为“零知识”的加密概念。 发布到第 1 层的每个批次都包含一个称为“zk-snark”的加密证明。 当提交交易批次时，该证明可以通过第 1 层合约快速验证，并且可以立即拒绝无效交易。 不存在提款周期长的问题。 但是，由于 EVM 兼容性，实现复杂性要高得多。 它们在计算上也很昂贵。

应用项目：路印协议

Loopring 是一种去中心化的代币交换协议。 根据其白皮书：

Loopring 作为一组公共智能合约运行，负责交易和结算，链下参与者组聚合和传达订单。

该协议是免费的、可扩展的，并作为包含交换功能的去中心化应用程序 (dApp) 的标准化构建块。 其运营标准促进了无需信任和匿名的交易。

与目前的去中心化交易所协议相比，一个重要的改进是订单可以与其他不同的订单混合匹配，避免了双币交易对的限制，大大提高了流动性。

Loopring 还采用了一种独特而强大的解决方案来防止抢先交易：不公平地试图以比原始交易订单提供者更快的速度将交易提交到区块。 路印协议与区块链无关，可以部署在任何具有智能合约功能的区块链上。

Loopring 被认为是以太坊最好的基于 zkRollup 的 Layer2 解决方案之一

Loopring Layer 2 上的资产与以太坊主网上的资产一样安全。

交易费用降至以太坊主网费用的 1/30–1/100。

Loopring Layer 2 每秒可以结算近 2,000 笔交易并几乎立即确认交易。

Loopring 与区块链无关，任何基于智能合约的区块链都可以集成到其中。

人们经常抱怨路印协议，这与路印协议去中心化交易平台的巨大延迟有关。 但是，它仍处于测试阶段，我们仍处于使用此类技术和解决方案的早期阶段。

最后的想法

第 2 层扩展解决方案正在解决以太坊区块链最重要的问题：

✔️增加以太坊吞吐量（每秒交易数）。

✔️ 减少验证延迟（确认交易的时间）。

✔️大幅降低交易（gas）费用。

在汇总的情况下：

✔️他们依靠以太坊区块链的安全性来确保高级别的安全性。

这可以通过分离第 1 层（以太坊区块链）和第 2 层（侧链或汇总）中的关注点来实现。 简而言之，在基于第 2 层的解决方案中，主网（第 1 层）仅负责获取输入，将其发送到第 2 层，然后接收回结果。 这样做的好处是大部分复杂的工作（计算部分）发生在第 2 层。因此，我们可以期望拥有更快、更便宜、更可靠的区块链。

我们仍处于采用 L2 扩展解决方案的早期阶段。 然而，有了 L2 解决方案和 ETH 2.0（一旦推出），以太坊区块链的未来非常光明。