以太坊2層擴容解決方案：破繭成蝶的魔法_區塊鏈:ROL

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。

以太坊基金會在Github發起數據可用性采樣需求建議書:5月20日消息，以太坊基金會（EF）在Github發起數據可用性采樣（DAS）的需求建議書（RPF），涉及數據可用性采樣網絡的研究、設計、調查、實現等。根據需求建議書，以太坊基金會希望可以獲得旨在設計、完善、構建、分析和測試理論和實踐DAS技術的建議，目前以太坊基金會已為該提案提供了150萬美元資金。[2022/5/20 3:30:39]

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。

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）。

Cardano創始：預計以太坊將在未來兩年內達到頂峰:Cardano創始人Charles Hoskinson預計以太坊將在未來兩年繼續增長，并在2022年底或2023年初達到頂峰。他進一步聲稱，曾經被廣泛認為是“以太坊殺手”的Cardano也在崛起。（Crypto News Flash）[2021/8/10 1:46:07]

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：

獨家｜以太坊24h鏈上交易量約358.13萬ETH，環比上升26.2%:金色財經消息，據歐科云鏈OKLink鏈上數據顯示，以太坊24h鏈上活躍地址數逾50.68萬，環比下降2.61%；鏈上交易量約358.13萬ETH，環比上升26.2%；鏈上交易筆數逾116.83萬筆，環比上升4.7%。

截至下午2時，以太坊全網算力約為250.79TH/s，環比上升0.04TH/s，當前建議Gas費用為57.95Gwei，環比下降13.13%，未確認交易數約10.69萬筆。[2020/10/22]

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。

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。

TON代幣分配活動正式開始，將拍賣100萬TON捐獻給以太坊基金會:社區版TON宣布根據Ton公鏈的自身情況與優勢，決定在項目線路圖中加入Ton合成資產。同時也認為DeFi會賦予Ton公鏈更大的發展空間。另外，Ton代幣分配活動已正式開始。第一彈將拍賣100萬TONToken，并將所獲ETH將全部捐獻給以太坊基金會，以感謝以太坊所帶來的DeFI繁榮。活動將按截至以太坊區塊高度10694900（包括10694900，預計8月20日20:00）捐贈地址收到的以太坊余額排序，前20名將總共獲得100萬TON代幣。其中，前三名分別可獲得11萬、8萬、7萬TON代幣。（嗶嗶News）[2020/8/18]

Rollup：

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。

愛沙尼亞區塊鏈技術公司創建基于以太坊的“動態和多功能生態系統”:發展更好的醫療系統，幫助民眾以更經濟、透明、安全的方式享受醫療服務已經成為當務之急。總部位于愛沙尼亞的區塊鏈技術公司Healthureum正在創建一個基于以太坊區塊鏈的“動態和多功能生態系統”， 它將改變我們看待醫療保健的方式，也將一定程度上解決醫療欺詐與數據保護不力等問題。[2017/12/30]

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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