初学者指南：一文读懂以太坊扩容方案

以太坊是一个单片区块链：它提供自己的安全性，执行自己的交易，并维护自己的数据可用性。 

然而，这种传统类型的区块链——提供自己的安全、执行和数据可用性层的链——由于其“全能”方法而面临固有的局限性。 

这些限制可能会导致用户的高交易成本。

这是因为，以太坊执行层稀缺的区块空间加上不断增长的网络使用需求导致交易拥堵，从而推高了交易成本。 

换句话说，单片区块链一次只能支持这么多交易。 

为了解决这些限制，开发人员和研究人员近年来率先推出了一系列不同的扩容解决方案。这些方案有不同形式和容量，但绝大多数作为以以太坊为中心的执行层，提供廉价且快速的加密交易。 

本文的这些扩容解决方案已经可以尝试，更多的正在路上。为了赶上正在发生的一切，让我们深入了解并把握当代以太坊扩容场景的脉搏！ 

链下与链上扩容

以太坊社区同时采用链下和链上扩容策略。 

链下扩展是指为以太坊等底层区块链提供外部执行的任何创新。人们将这些创新称为二层（Layer 2），简写“L2”，即在1层之上工作以优化“L1”复仇的能力。

链上扩展是指对区块链进行直接修改，以提高其吞吐量。虽然rollup和vslidium等链下扩展资源将在短期内扩展以太坊，但网络的长期扩展补充将是分片，即将以太坊L1拆分为具有共享安全性的多个链。 

深入理解L2

图片来自redditor用户emkoscp

Rollups

rollup是一种扩容解决方案，它在其自己优化的执行层上执行交易，但将其交易数据发布到以太坊（之后可能还有其他L1）。这样，rollup就直接继承了以太坊的安全保证。 

具体来看，主要有两种类型：zk rollups和optimistic rollups。  

Zk rollup使用zk-SNARK（一种特殊的加密证明）将许多链下交易“汇总”为一个可验证的批次交易。这些小的有效性证明然后被有效地发布到以太坊区块链。链下执行 + 通过zk-SNARKs 脸上数据= zk rollups。 

Optimistic rollups也将许多链下交易“汇总”成批次交易，但不使用零知识证明。这些rollups“乐观地”假设交易是有效的，除非通过所谓的欺诈证明成功挑战。链下执行 + 链上数据 + 欺诈证明 = optimistic rollups。 

目前的Rollup有：

Arbitrum One（optimistic rollups）

Loopring (zk rollup)

Optimism（optimistic rollups）

Polygon Hermez（zk rollup）

zkSync（zk rollup）

Validiums

另一种类似rollup的扩容解决方案是validiums。 

Validiums的功能类似于zk rollup，因为它们依赖零知识证明来批处理和执行交易。然而，与 zk rollups相比，validiums保持其链下数据的可用性。这种方案使这些扩容解决方案具有很高的性能，但在一定程度上也具有托管性。 

Sorare是！

换句话说，链下执行+零知识证明+链下数据=validiums。  

Validium项目有：

DeversiFi，当前最大的基于Validium的去中心化交易所。

Immutable X，以NFT为中心的L2

Sorare，一款由validium驱动的梦幻足球游戏

Volitions

Volitions是混合扩容解决方案，让用户能够在“zk rollup模式”和“validium 模式”之间进行选择。 

在实践中，这意味着Volitions的用户可以链下执行交易，同时选择链上或链下的数据可用性，即通过以太坊或通过validiums。 

侧链

在以太坊的背景下，侧链是与以太坊兼容的区块链。 

它们可以是独立的区块链，例如Binance Smart Chain (BSC)，或者更普遍的是，它们可以是明确迎合以太坊用户的定制区块链，例如Polygon的侧链。这些链与以太坊的兼容性源于它们对以太坊虚拟机 (EVM) 的支持。 

因此，侧链可以作为以太坊L1的外部执行层，即使它们不直接继承以太坊的安全保证（如人哦llups）。一些项目，比如Polygon 的侧链，通过向以太坊提交检查点来模糊这种区别。 

侧链项目有：

Polygon 

xDai

Ronin，NFT游戏Axie Infinity的定制侧链

状态通道

Connext：以太坊最著名的状态通道项目之一。

状态通道是一种以多重签名智能合约为基础的链下扩容解决方案。ETH等可以锁定在这些合约中，用于在用户之间创建双向支付渠道。 

换句话说，这些频道就像一个“打开的标签”。用户可以在彼此之间进行100次链下交易，然后关闭他们的标签并支付账单，就像通过向以太坊发送最后一笔关闭交易一样。许多交易可以通过状态渠道简化。 

状态通道项目：Connext

Plasma

Plasma链是像optimistic rollups一样依靠欺诈证明的扩容解决方案，但保持链下数据的可用性。作为L2研究最早的领域之一，Plasma实现未能获得与后续的扩容解决方案一样多的吸引力。 

什么时候分片？

图片来自trent.eth

以太坊开发社区预计在未来几年内推出分片。 

此更新将在64个新的“分片”或链中传播以太坊以前孤立的协议。通过以这种方式分配区块链的网络负载，以太坊横向扩展的L1将大大提高交易延迟和吞吐量能力。 

值得注意的是，正如以太坊创建者Vitalik Buterin之前强调的那样，“分片和Rollup的扩容收益成倍增加” 。总之，这些创新将使以太坊能够轻松支持数十亿用户。 

以太坊扩容的未来是模块化的

直到最近，以太坊一直是一个单片区块链，其安全性、执行力和数据可用性都依赖于自身。 

我们现在开始看到的，以及我们将看到更多的未来，是以太坊正在成为一个模块化的区块链。也就是说，我们将看到以太坊越来越依赖外部执行层和外部数据可用性层来提升其基础能力。

我们上文已经讨论了这些早期外部执行层的样子，从rollup到侧链。同样值得注意的是，像Polygon Avail这样的定制数据可用性链也将在扩展模块化区块链未来的可能性方面发挥重要作用。