白话讲解以太坊Layer2

近日，飞涨的以太坊价格和火热的DeFi生态将以太坊网络手续费推上新的历史高点，以太坊扩容尤其是Layer2方案的讨论也愈加激烈，Layer2作为解决以太坊网络拥堵问题的呼声也随之水涨船高。

以太坊扩容方案分为两个基本类别，一类是将以太坊网络的工作任务拆分给节点，也就是ETH2要实现的分片；另外一类是让用户把大部分交易都放在以太坊链下的Layer2协议里，通过打包汇总交易提交到以太坊网络。Layer2扩容方案再细分大致又有四类，分别是State channels（状态通道）、Sidechains（侧链）、Rollups和Plasma。

如上图，这些扩容方案整理成了一张表，包含技术简介和优缺点。但其实乍一看，很多人还是很难理解，这里举个例子来说明究竟是怎么回事。

在加密世界里，有一家受欢迎的银行叫以太坊，它只有一个营业厅，平均每秒只能处理数十笔业务，所以银行有个霸王规定，谁给的手续费高就先处理谁的业务。结果在业务繁忙时段，成千上万人过来这家银行办理业务，营业厅必然出现拥堵现象，排队手续费也水涨船高。

针对这个问题，各种号称超越以太坊的银行应运而生，它们宣称可以同时处理几千笔甚至百万笔业务，可是并没有多少人愿意转去其他这些银行，因为这些银行上面的生态太弱，没有大家常用的金融、生活和购物消费等服务。

（市场上存在很多所谓的以太坊杀手项目，号称TPS几千上万，但是它们的生态相对以太坊太弱，用户量不足。）

那么以太坊这家银行也意识到拥堵问题的严重性，于是它提出了ETH2.0计划，打算将原本的1个营业厅拓展成最终的1024个营业厅，并且营业厅之间联网互通，这样业务处理能力将大大提升。但由于这个计划宏大，于是它又被拆分成三期建设计划，2020年底才刚启动最开始第0期，整个计划预计2022年都未必能完工。

（ETH2.0是以太坊网络Layer1的扩容方式，通过分片将工作分配给不同的节点，第0阶段在2020年底启动，但是据说最终实现最终的第2阶段技术难度很高，能否在2022年底完成是一个疑问。）

远水救不了近火，大家又纷纷为以太坊银行出谋划策。他们提出“状态通道”的方案，对于某些业务，例如宽带服务缴费不需要经常跑营业厅，用户可以提前将一笔钱存入和服务商一个联合账户，用户开支票来支付宽带费。服务商不需要每次都去营业厅排队兑现支票，他只需要将新一期费用累加起来，让用户作废旧支票，开一张新支票。最后，服务商再直接把最新支票交给银行一次性处理多期费用，这样就可以节省给营业厅的手续费。

这种方案也有风险，就是用户需要经常签支票，或者支票有可能被人盗取了。

（状态通道是锁定资产到智能合约的通用型扩展方案，有很好隐私性和即时性，但是这种方案只能应用于某些情况，而且交易需要智能合约多签参与者同时在线验证，交易需要参与者多次更新验证。对于频繁交易验证，意味着高额交易费。另外有多签参与者代理人攻击风险。）

于是有人提出了另外的一个叫“侧链”的方案。用户可以将钱从以太坊银行存入类似“XX宝”的账户里，换取对应的其内部积分，积分可以直接独立进行各种日常消费，并在这类公司内部系统结算，有需要的时候再将积分提现回银行。这个想法挺美好，但在加密世界里，这类公司还属于创业阶段，团队人数少，公司资产可能还没用户存过来的资金更值钱。虽然这类方案声称会通过各种办法加强资金安全，但依然存在资产安全性的风险。

（侧链独立于以太坊主链，与以太坊主链平行运行。侧链大幅降低主网计算压力，成本低，开发时间短等。但由于侧链独立运行，安全性也完全脱离以太坊主链，多数侧链验证者少，共识机制偏弱，很容易出现资产安全问题。）

为了解决侧链的安全性问题，又产生了Plasma方案。在这个方案里，任何人可以根据其业务需求在以太坊银行内创建一个特殊账户，这类账户公开透明，定期向银行汇总其内部结算结果，账户内资金转出都需要经过七天的公示期，任何用户只要发现资金转出有异样都可以进行举报。如果举报成功可以得到奖励，而这笔转出交易也会取消。例如游戏公司开设了这类账户，用户将钱存入后就直接兑换成了对应的游戏代币，享受快捷顺畅的游戏体验。但这个方案的缺点是提现时间长，而且因为内部交易记录并不透明有做假账的风险。

（Plasma 是另一种侧链，利用智能合约与默克尔树依附主链建立无数子链。保证子链与以太坊主链有同等安全性前提下，增加子链间交互与通讯。解决了 Plasma 安全性问题，同时减少主链拥堵。由于 Plasma 采用“欺诈证明”(fraud poof)，为保证资产安全侧链提取资产到以太坊主链有锁定期，一般七到十四天时间，对于小额资产高频交易用户并不友好。）

前面这几种方案讨论了几年，都没有能被外界广泛采用，而以太坊拥堵现象随着各种应用出现得越来越频繁，一种新的改良扩容方案又出现了——Rollups。和前一个方案Plasma相比，Rollups会由操作人/协调人来收集并打包线下的所有交易记录，通过各种压缩技巧把记录提交给营业厅，这样用户就可以从营业厅的公开账本进行审计检查是否有假数据。

根据数据审计方法的不同，Rollups又演化出了Optimsitic Rollups和ZK Rollups。Optimsitic Rollups提交给营业厅的数据是没有经过审计的，因而和Plasma一样预留了7天的缓冲期，好处是它内部结算系统是和银行一样的通用会计准则，商家的各种应用可以容易对接。而ZK Rollups提交给营业厅的数据是经过审计的，但目前只能支持转账、交易这些功能。

（Optimistic Rollups 兼容EVM ，预先提交交易没有证明，任何人都可以提交欺诈证明。通用运算灵活，数据链上存储，用户体验好。但与 Plasma 一样，交易等待时间长，网络吞吐量较其他方案有限，另外还有安全担忧。而ZK Rollups是多笔交易聚合为单笔的二层网络解决方案，采用 SNARK 或 STARK 零知识证明算法作为有效性证明。交易费用低，相比 Optimistic Rollup 和 Plasma 速度更快，ZK Rollups去中心化强，吞吐量和扩展性更好，无需欺诈证明。目前只有交易、转账这些简单的功能。）

目前Rollups也有不同的项目在做Layer2，生态越强的项目在未来可以获得更多Layer1过来的流动性，下面是媒体整理的扩容方案生态全景。

（图源：链闻）

（图源：区块律动）

虽然Layer2这个赛道尤其是Rollups还属于早期，但是以太坊2.0落地还有1、2年时间，这个时期正是Layer2的大好时机。以太坊的开发社区也已经把Rollups作为扩容核心，包括Synthetix、Uniswap和AAVE这些DeFi龙头都计划采用Rollups方案，创始人Vatilik称 “ Rollups 是一个强大的新型的 Layer2 扩容方案，并有望在短期和中期（也可能是长期）成为以太坊扩容的基石。另社区尤为兴奋的一点原因在于，Rollups 与之前出现的 Layer2 扩容方案不同，Rollups 能够支持通用的 EVM 代码，允许现有 DApp 轻松迁移”。以太坊二层网络成功部署后，其他公链就不能再讲TPS这个故事了，它们或许可以从其他方面来尝试挑战以太坊。