以太坊拥堵现状：解决问题刻不容缓

自2013年被创造开始，以太坊已经逐渐成为了生态最繁荣的区块链：

截至2021年5月18日，以太坊市值超过3.9千亿美元，位列世界第18名，仅次于沃尔玛；

在当前市值排名TOP 300的区块链ICO项目中，超过80%是基于以太坊搭建的；

以太坊内DeFi的TVL居于首位，2021年Q1的TVL达到了450亿美元；

在整个区块链生态系统中，以太坊拥有最多的核心协议开发者，除此之外2021年1月的活跃开发者数量达到了240位，总代码数量超Bitcoin8倍，以此可见以太坊生态的活跃性。（加密资产管理公司Electric Capital发布的开发者报告）

此外，以太坊的每日推特数、活跃地址数等参数都在各生态链中位列前茅，足以见得以太坊业内公链之王的地位。

去年以太坊见证了DeFi项目崛起：仅2020年一年，以太坊上的总锁仓量就增加了29倍，稳定币市值也翻了将近5倍。DeFi的爆发让更多人开始关注加密货币的同时，也使各链网络使用需求大增。首先是交易的需求量大幅上升，其次，由于计算复杂程度高，智能合约交易非常消耗区块处理能力，导致了每个区块可处理的交易量下降，而各链的出块速度几乎是恒定的，所以链上对交易的处理速度变慢。用一个简单的速度公式表示为： 等待时间 = 队伍前待确认数量 / 处理速度 网络的拥堵，体现在待处理交易的“队伍”变长（分子增加），以及交易处理速度变慢（分母减少），以上两个因素共同作用，用户等待排到自己的时间大大拉长（在不“插队”的前提下）。

以太坊的空间使用率侧面印证了这一点。作为DeFi生态系统中最重要的区块链，以太坊自2020年起DeFi爆发起，空间的使用率稳定在95%以上，当前甚至达到99%，状态近乎饱和。

堵塞如何体现在用户体验上？

这是由矿工机制决定的。在以太坊中，每一笔交易都需要由矿工确认并打包；而矿工会从用户付出的手续费（gas fee）中获取收益（这是矿工的动力来源）。为了获得更多收益，矿工会更偏向于优先处理区块中手续费设置较高的交易。但是，每个区块的处理能力是有限的，当待确认交易数过多时，没排上队的交易就会被存在矿工内存池里；如果在下一个区块中，该笔交易的手续费仍然低于其它交易的出价，那么交易的确认就得继续推迟。这就是所谓的“交易排队”。当前矿工的内存池中积压了大量的订单，若用户设置较低的手续费，其交易被确认时间的可能是超过几个小时，甚至永远不会被排到。

如图所示，目前以太坊上的待确认订单数一直稳定在16万左右，高峰期甚至超18w。

这导致用户不得不提高成本：手续费 or 等待时间

以太坊拥堵迫使用户在时间和金钱中选择，牺牲一方。对于终端用户来说，不想支付高额手续费的话，只能等，找交易不那么繁忙的时候进入；而要想避开漫长且折磨的等待期，解决办法只有一个：增加手续费。下图展示了自以太坊出生到当前，平均手续费的波动情况。

自17年以太坊陆续开始有应用到20年以前，虽然也有波动，但几乎维持在1美元以下，高点出现在18年6月，峰值为5.58美元；20年下半年随着DeFi应用逐渐增加，大量交易涌入，手续费开始上涨且有巨大波动；今年以来，手续费进入了飙升的白热化，平均手续费在21年5月14日甚至达到了68.74美元，这意味着以太坊当天以太坊上平均一笔交易，需要额外花费68.74美元的手续费。这让大量长尾用户不堪重负，也让新玩家入局门槛不断提高，对整个生态的长期发展造成了严重的阻碍。实时上，大量Dapp（包括一些头部dapp）已经开始从以太坊流入其他区块链，这给所有人敲响了警钟。

扩容刻不容缓

为解决这个问题，留住用户（留住用户也就留住了项目方），使整个生态不断向上发展，这个拥堵问题必须被解决——核心是提升整体TPS（Transactions Per Second，吞吐量）。对此，以太坊也一直在进行2.0升级，虽然这个过程非常漫长。

什么是以太坊2.0？向较于1.0，2.0的升级主要体现在两方面：共识机制的转变（从POW工作量证明转变为POS权益证明），搭配分片链的使用。在POW机制下，所有的节点同时只能做一件事，整个网络能够处理的任务量严重受制于网络中单个节点所能处理任务的上限，导致处理能力非常有限。而POS+分片技术的引入，使以太坊2.0能够实现多链同步运行。以太坊2.0将拥有64个分片，意味着能够同时处理当前64倍的交易量，好比将一车道的马路扩展成了64个车道的公路，TPS能从现在的15提升到上千甚至更多。

固然，未来的ETH2.0能够大大提高基础吞吐量，但其一，如果在未来仅专注Layer1的扩容，会降低主链的去中心化特性，因为要想主链吞吐量加大，就需要更强势、更专业的节点；此外，2.0的转变是一个分阶段缓慢进行的过程，完全上线可能要等到几年之后，这是以太坊长期发展的方向而不是即时的补救措施。

若需要在最短时间内缓解拥堵和高gas fee的问题，同时保持高度的去中心化，而又不依赖分片的部署，只能另辟蹊径。既然主链走不通，就想办法在链下做文章。于是，Layer2的概念诞生了，它将主链上的交易计算过程转移到了链下（即Layer2），再将结果返回给Layer1，链上只做公证和信息储存，减轻了Layer1的负担，大大提高了主链的效率。

其实，Layer2的概念早在比特币时期就诞生了雏形：比特币的闪电网络采用了支付通道，让两点之间的一系列交易在链下进行，只将最终账户结果返回到主链。2017年8月，闪电网络白皮书作者Joseph Poon与以太坊创始人Vitalik共同提出了Plasma扩容计划，同样是将交易和计算过程转移到链下，在侧链上使引入了欺诈性证明（Fraud Proof）的退出机制，从概率学上保证了返回到主链的结果是真实的、正确的，提高了资产的安全性。2018年，Rollup概念诞生，提出将链下的交易信息高度压缩，与交易结果一同打包上链，弥补了Plasma主链上数据不可用的缺点（Plasma返回的仅有结果，没有交易信息）；Rollup分为ZK-Rollup和Optimistic Rollup，分别使用有效性证明（采用零知识证明技术）和欺诈性证明（同Plasma），来确保上链数据的有效性。

由此可见，虽然Layer 2概念的出现早于以太坊2.0（2017年11月，Vitalik才公布以太坊2.0路线图），但由于2020年以前，以太坊发展一直处于平和阶段，所以Layer2方案一直以缓慢速度发展；直到去年，DeFi爆发，主链拥堵大大影响了用户体验，更多的目光才被聚焦到Layer2扩容，后者的发展速度有了指数级的上升。当下，大量团队正分别选择不同的Layer2赛道冲刺，在开发速度和项目质量两方面展开较量：不同实现路径在安全性、去中心化程度、用户体验、可拓展性等方面存在权衡和差异，也会影响未来项目的应用场景。但可以确定的是，在不久的将来会有大量基于Layer2的应用出现在大众视野中。

长远来看，以太坊2.0能为生态提供更宽的赛道，而Layer2技术将基于以太坊2.0主生态，为其提供更高的处理效率和更丰富的应用想象空间；二者相辅相成，创造出以太坊未来的黄金时代。