二层缩放详解：为何重要以及工作原理

什么是二层扩容？

二层 (L2) 扩容是指一系列旨在通过在主链（即一层 (L1) 区块链）之外处理交易来提升区块链网络容量、效率和可用性的方法。这一概念的出现是为了克服以太坊和比特币等 L1 链的局限性，这些链在拥堵时会面临吞吐量有限和手续费高昂的问题。

L2 解决方案将大部分计算和交易处理转移到链外，同时保持主链的整体安全性和去中心化。链外处理数据后，它们会将摘要或最终状态提交给主链进行验证。这种方法在不影响无需信任或去中心化的前提下，大幅降低了成本并提高了速度。

为什么需要二层解决方案？

区块链网络的设计需要在去中心化、安全性和可扩展性之间进行权衡——这一概念被称为“可扩展性三难困境”。

虽然 Layer 1 链旨在最大限度地提高去中心化和安全性，但它们通常难以扩展。例如，以太坊每秒大约可以处理 15-30 笔交易 (TPS)，这对于游戏、去中心化金融 (DeFi) 或实时微交易等大规模应用场景来说远远不够。

随着用户需求的增长，网络会变得拥堵。这会导致 gas 费用上涨，交易确认速度变慢，使得日常应用场景难以实现。

L2 的开发旨在解决这一不足，而无需修改基础链的底层协议。

Layer 2 扩容的主要优势

• 吞吐量提升： 每秒可处理数千笔交易 (TPS)。
• 费用降低： 通过在链下执行交易，显著降低了网络费用。
• 可扩展性： 使区块链网络能够大规模支持去中心化应用 (dApp)。
• 用户体验提升： 更快的交易速度和更低的成本吸引了更多用户。

谁在使用 Layer 2 解决方案？

Layer 2 解决方案被广泛采用，开发者、企业以及与 DeFi 应用、NFT 和游戏平台交互的用户都在使用。由于以太坊存在拥塞问题，基于以太坊的项目尤其青睐 L2。

例如，Uniswap 等交易协议、OpenSea 等 NFT 平台以及 Gods Unchained 等区块链游戏都属于此类。

主要机构和开发者利用 Layer 2 技术扩展应用程序，同时又不牺牲信任或去中心化。这种日益增长的应用对于在金融、物流等各个领域实现区块链的主流化至关重要。

Plasma 链

Plasma 是最早提出的用于扩展以太坊的 Layer 2 技术之一，由 Vitalik Buterin 和 Joseph Poon 提出。Plasma 链是子链，会定期向以太坊主链报告数据。它们允许许多交易在链下处理，只有最终状态才会提交到以太坊的 Layer 1。

Plasma 链通过智能合约运行，这些智能合约管理各种数据结构。用户必须与这些合约交互才能存入、提取资金或质疑欺诈交易。

该系统通过主链解决纠纷来确保安全性。

Plasma 的优点：

• 适用于简单的转账和支付
• 减轻以太坊主网的负载
• 继承了以太坊的安全性

Plasma 的缺点：

• 仅限于特定类型的交易
• 退出流程可能较慢
• 不适用于通用智能合约

Rollups

Rollups 是最流行、应用最广泛的 L2 解决方案。它们在 L1 区块链之外执行交易，但将交易数据发布到 L1，从而确保以太坊的安全保障得以保留。

主要有两种类型：

1. 乐观汇总： 假设交易有效，除非受到质疑。它们依靠博弈论欺诈证明来检测无效交易。
2. 零知识 (ZK) Rollups： 使用加密有效性证明（通常称为 SNARK 或 STARK）来验证交易的正确性，而无需泄露数据内容。

乐观 Rollups 的示例包括 Arbitrum 和 Optimism，而著名的 ZK Rollups 包括 zkSync、Starknet 和 Loopring。

Rollups 的优势：

• 具有以太坊级别的安全性，且具有高可扩展性
• 广泛支持智能合约（尤其是在 ZK Rollups 中）
• 更低的交易费用和更快的速度确认

缺点：

• 乐观汇总 (Optimistic Rollups) 的提现等待期为 7 天
• 零知识证明汇总 (ZK Rollups) 技术复杂且开发成本高昂

状态通道

状态通道允许双方直接进行链下交易。只有最终状态会被提交到主区块链，从而实现快速且经济高效的交易。比特币闪电网络就是一个常见的例子。

在以太坊中，状态通道通常用于需要高频交互的游戏或支付应用。

参与者通常将资产存入智能合约，在链下自由交互，然后共同在链上关闭通道。

优势：

• 近乎即时、低成本的交易
• 非常适合私密、频繁的交易

局限性：

• 需要双方在线才能更新状态
• 不太适合通用型去中心化应用

二层技术进展

二层解决方案正在快速发展。ZK Rollup 因其速度快、安全性高以及与智能合约兼容而备受关注。诸如 zkEVM（零知识以太坊虚拟机）之类的技术使 ZK Rollup 能够与现有的以太坊 dApp 完全兼容，从而增强其可用性。

随着行业的不断成熟，混合解决方案也在不断发展。这些解决方案集成了多种二层技术，或将一层优化（例如分片或 danksharding）与二层架构相结合。

最终形成了一种分层式扩展方法，可提供强大的性能提升。

Starknet 和 zkSync Era 等协议正致力于实现其协议层的完全去中心化，进一步实现区块链无需信任交互的核心目标。

与 Layer 1 升级的集成

以太坊的持续路线图包含关键升级，例如 Proto-Danksharding 和完整的 Danksharding，这些升级有望通过降低数据可用性成本来极大地补充 L2 网络。这些改进将有助于 Rollup 更有效地扩展，并降低整个堆栈的交易成本。

Layer 1 和 Layer 2 之间的这种集成至关重要。Layer 2 不是与 L1 竞争，而是增强其可用性，并确保以太坊在负载和需求增加的情况下保持可持续性。

企业和机构采用

企业正在认识到 Layer 2 解决方案对于需要规模、合规性和隐私的应用程序的实用性。

从物流追踪到房地产代币化和跨境支付，L2 解决方案使区块链适用于更广泛的应用场景。这种机构层面的兴趣对于区块链的主流应用至关重要。

未来之路

Layer 2 扩展的未来在于持续的集成、优化和扩展。随着开发者专注于改善用户体验和桥接工具，Layer 1 和 Layer 2 之间的界限将对终端用户而言变得越来越模糊。

最终，Layer 2 解决方案将在实现开放、可编程网络的承诺方面发挥关键作用，这些网络能够支持全球规模的应用。随着技术的演进，我们可以期待一个更加丰富的区块链生态系统，它将比以往任何时候都更有效地融合速度、经济性和去中心化。