以太坊2層擴容解決方案：破繭成蝶的魔法_以太坊

區塊鏈通過利用以下概念真正改變了加密貨幣和傳統金融世界：

去中心化服務（Defi、DEX、DApp)

通過智能合約規則進行安全和無權限/無信任交易。

比特幣、以太坊、Cardano、Solana、PolkaDot、ChainLink、Polygon(Matic)等等，加密技術在投資者、零售商和交易商群體中看到了巨大的增長。但目前，加密日趨流行也導致了許多技術層面的挑戰，需要由開發者社區來解決，特別是當涉及到以太坊時，它是主要的底層區塊鏈技術，為數百個在它上面搭建的去中心化應用程序服務。

而Defi生態系統的成功和崛起正是 ETH 2.0 誕生的真正催化劑。

為什么以太坊需要擴容？

傳統的加密項目，在速度和可擴展性方面面臨很多問題。比特幣網絡目前的處理量大約 3-7 個 TPS ，而以太坊 1.0 則為 10-15 個TPS，而 Visa 則有著處理量大約在 20000 TPS的電子支付網絡。

以太坊基金會宣布將用術語“執行層”和“共識層”取代“Eth1”和“Eth2”:1月25日消息，以太坊基金會宣布，以太坊在升級協議的同時，也面臨著定位的轉變，在此基礎上，以太坊的一個關鍵是遠離“Eth1”和“Eth2”術語。在2021 年底，核心開發人員已經停止使用術語，已分別使用“執行層”和“共識層”來替代Eth1.0、ETH 2.0。

執行層是所有智能合約和網絡規則所在的地方，而共識層確保為網絡做出貢獻的所有設備都按照規則行事，并懲罰那些不遵守規則的設備。在共識層準備好替換當前的挖礦系統后，這兩層將合并為普通的以太坊。（decrypt）[2022/1/25 9:10:42]

比特幣區塊鏈網絡選擇了犧牲速度，來保證安全性以及去中心化，以確保每筆交易都由一個龐大的采礦節點網絡進行開采、分發和驗證。這個過程需要很長時間，且難以擴展。區塊鏈技術的「不可能三角」已經困擾了人們許久，但好消息是，現在區塊鏈系統中有多個2層擴容解決方案，其旨在克服底層網絡在速度和擴展性上的限制。

動態 | 以太坊未確認交易67710筆:據Etherscan.io數據顯示，以太坊未確認交易67710筆。當前挖礦難度2198.87 TH，交易處理能力8.9 TPS。截至目前以太坊全球均價為280.43美元，最近24小時漲幅為4.81%。[2020/2/15]

現在有哪些流行的2層擴容解決方案？

2層擴容解決方案的主要目標是在不犧牲去中心化或安全性的情況下，提高交易速度（加快處理速度）和交易吞吐量（高TPS）。

這些解決方案通常被稱為建立在主鏈之上的2層協議，這些2層擴容解決方案在增加吞吐量的同時，不會篡改任何原始的去中心化或安全特性，這些都是原始區塊鏈的組成部分。

目前有多種二層擴容解決方案可用，其中包括：

State Channel

Rollup

側鏈

平行鏈

分片

讓我們逐一簡單地討論一下。

State Channel：

動態 | 推特用戶添加“ .eth”紀念以太坊身份可能會泄露其交易記錄:今日推特上許多加密貨幣領域重要個人在其名稱中添加了“ .eth”，以紀念其在以太坊名稱服務（ENS）中的地位。以太坊聯合創始人V神最近也這樣做了。但是，ENS服務帶有一些不可忽視的隱私問題。首先，與地址“ .eth”相關的所有東西都永遠存儲在區塊鏈上，這意味著有效鏈接到“ .eth”的任何電子郵件或個人網站都無法刪除。此外，因為每個“ .eth”帳戶都鏈接到一個以太坊地址，所以這意味著用戶即使只知道某人的“ .eth”帳戶也可以看到整個交易記錄 。（Beincrypto）[2019/11/20]

當涉及到管理支付交易時，State Channel(狀態通道)有助于提高網絡效率。它通過允許多個相關用戶賬戶使用直接通信渠道進行加密貨幣交易來完成這一點。

比特幣的閃電網絡是使用State Channel的主要例子之一。

分析 | 以太坊30天ROI有一定改觀?鏈上表現較為穩定 ?:據 TokenGazer 數據分析顯示，截止至 10 月 30日 11 時，以太坊價格為$190.78，總市值為$20,650.34M，主流交易所24H交易量仍然保持較高水平，當前交易量約為$116.63M，環比昨日增長32.2%；近期以太坊對比特幣匯率有一定上行趨勢；基本面方面，以太坊鏈上交易量、新增地址增速、鏈上DApp交易量保持相對穩定，算力持續下滑；以太坊 30 天開發者指數約為 2.24；以太坊與 BTC 180 天關聯度保持穩定，30 天 ROI 有一定反彈；ERC20 代幣總市值約為以太坊總市值的 62.27%，有一定回升。[2019/10/30]

這些通道處理多個交易，但只有初始化和結束交易狀態被記錄在給定區塊鏈網絡的主鏈上。

Trinity 是支持以太坊、比特幣和 Neo 區塊鏈網絡的 State Channels 實現的另一個例子。

Rollup：

創業公司推出ZeppelinOS軟件可修復以太坊智能合約:據coindesk消息，以太坊智能合約的錯誤無法修復即將成為過去。一家名為Smart Contract Solutions的創業公司周五宣布在以太坊區塊鏈上推出ZeppelinOS，力求在以太坊網絡上開發一系列用于智能合約的應用和工具庫。[2018/5/26]

這是另一種擴容方案，它在主鏈（第1層）之外執行交易，但一旦交易通過，交易數據就會記錄在第1層。由于交易數據位于第1層，這使得 rollup 可以利用第1層的不可篡改性作為安全屏障。

Rollup的三個關鍵屬性：

交易執行發生在第1層之外

交易的數據或證明位于第1層

一個 Rollup 的智能合約（位于第1層）可以通過使用位于第 1 層的交易數據在第 2 層強制執行正確的交易。

這些 Rollup 有助于區塊鏈實現：

低交易費用

高度開放性

快速的交易吞吐量

Rollup 的類型：（基于安全模型）

零知識 Rollup（即 Zk-Rollup） ：在鏈外運行計算，并向鏈上提交一個有效性證明。

Optimistic rollup ：假設交易在默認情況下是有效的，只在出現問題的情況下通過欺詐證明運行計算。

側鏈：

側鏈是一個獨立的區塊鏈，它與主鏈（以太坊、比特幣等的主網）平行運行，可以作為一個解耦實體自由運行，有自己的行為和屬性。

側鏈具有自己的共識算法，如委托權益證明、拜占庭式容錯等。它們通常會使用雙向橋或 2-way peg(TWP) 連接到給定區塊鏈網絡的主鏈( mainnet )。

側鏈的 TWP 協議允許加密貨幣資產從主鏈轉移到需要一定程度的第三方信任才能運行的二層鏈上。

目前主要的側鏈用例：

Plasma 側鏈：用于以太坊網絡

Liquid 側鏈：用于比特幣網絡

Plasma鏈：

Plasma鏈是一個解耦的區塊鏈，它與主鏈綁定并使欺詐證明（如 Optimistic rollup） 來仲裁爭議。

它附屬于比特幣的主鏈，其主要目的是通過將一些驗證和交易處理過程加載到另一個子區塊鏈上來解決可擴展性問題。

這使得主鏈能夠處理更多數量的交易，并擴大主網絡的規模。

平行鏈:

Parachain 的名字來自于與中繼鏈平行運行的平行鏈的概念。Parachain 主要用于 Polkadot 網絡，并在該系統中得到推廣。

由于它們的并行性質，它們能夠將多個交易處理并行化，并實現所需的可擴展性。由于分布式工作負載，它能以更高的效率處理交易。

Parachain 共享整個網絡的安全性，并可以與其他 parachains 進行交互，通過跨鏈消息傳遞（XCMP）。

跨鏈交易使用基于 Merkle 樹的簡單排隊機制來解決，以確保安全性（信任）。但者平行鏈依舊可以獨立行動，以解決他們的具體應用案例，這也是 Polkadot 系統背后的核心理念。

分片：

分片是一種常見一層的擴容解決方案，它涉及到將網絡分割成不同的分區，稱為分片。這些分片被賦予不同的工作負載集來執行，這最終會有助于擴展網絡的能力，以大規模地執行交易。

分片有助于在 P2P 網絡上分散工作負載，從更多的區塊鏈節點帶來更多的計算能力，這有助于加快區塊生產過程。

這種1層擴容解決方案可以幫助減少網絡的延遲，因為它將區塊鏈網絡分割成獨立的分片。然而，分片也有一些安全漏洞，分片相對于整個網絡而言更容易受到攻擊，這一點需要考慮進去。

時下熱門的擴容解決方案：

以太坊2.0

Polygon (前身 Matic Network, Ethereum 2層擴容協議)

Loopring?(一個使用?zkRollup?的去中心化交易協議)

Harmony ( 可互操作的以太坊第二層擴容解決方案 )

OMG網絡 (二層擴容解決方案)

PolkaDot (分片&平行鏈）

為什么需要多種擴容方案？

多種擴容解決方案使網絡在處理高流量需求情況下有更高的可靠性。它們能確保速度和最大的可用性。

不同的解決方案可以共存，功能和諧，允許對未來的交易速度和網絡吞吐量產生指數級的影響。

以太坊 2.0 正在使用一套這樣的擴容解決方案，沒有一個解決方案足以滿足其更宏大的 2.0 愿景。

另外，多種擴容解決方案確實支持多種共識機制，可以根據具體的使用情況來使用最合適的方案。

作者：pramodAIML

編譯&整理：Chen Zou

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