以太坊 Layer-2 简介

以太坊上最流行的 Layer-2 类型是Optimistic Rollup和ZK rollups（ZK 汇总）。然而，还有其他第 2 层技术，如侧链、等离子链和 validiums。一般来说，乐观汇总和 ZK 汇总被认为是高度安全的，因为它们继承了以太坊主网的安全性。

Optimistic Rollup 的以太坊虚拟机（EVM）兼容性使开发人员可以方便地将现有智能合约从以太坊迁移到 Optimistic Rollup 区块链。零知识以太坊虚拟机 (zkEVM) 可以提供零知识证明和 EVM 兼容性的可扩展性优势。

什么是以太坊？

以太坊是一个开源区块链平台，使开发人员能够构建和部署去中心化应用程序（dapp）和智能合约。由Vitalik Buterin于2013年底提出，2015年正式推出。

以太坊的核心是一个去中心化的节点网络，共同维护一个称为以太坊虚拟机（EVM）的共享数据库，该数据库能够执行智能合约。这些自动执行的协议包括直接写入代码的合同条款。智能合约允许各种流程的自动化，而无需中介机构。

以太坊及其可扩展性挑战

近年来，随着区块链的使用，加密货币的受欢迎程度显着上升。流行的区块链，尤其是以太坊，无法满足高需求，导致天然气价格飙升。目前，以太坊的网络容量已达到每天超过一百万笔交易。

在加密货币世界中，有一个被称为区块链三难困境的概念，即典型的区块链只能关注以下三个要素中的两个：安全性、去中心化和可扩展性。以太坊采取了注重安全性和去中心化的强硬立场，这意味着——根据三难困境——它必须牺牲一定程度的可扩展性。

第 2 层作为可扩展性解决方案

第 2 层区块链建立在以太坊和比特币等第 1 层区块链之上，通过处理来自基础层区块链的一些交易负载来协助扩展。这有助于 Layer-1 变得不那么拥堵，并显着降低用户的 Gas 费用，因为 Layer-2 通常将多个交易合并为一个交易。

第 2 层解决方案使用各种类型的技术。最流行的是乐观汇总和零知识汇总（ZK 汇总），尽管也存在其他第 2 层技术。其中包括侧链、状态/支付通道、等离子链和验证。当前许多第 2 层解决方案都旨在扩展以太坊，因为它是目前对其区块空间需求最大的区块链。

以太坊 Layer-2 的类型

Optimistic Rollup

乐观汇总通过将计算和状态存储移离第 1 层网络来帮助扩展。乐观汇总将大量链下交易分组在一起，然后将其提交到以太坊主网。他们还使用压缩技术来减少以太坊上发布的数据量。因此，用户可以享受较低的交易费用。

乐观汇总的定义特征涉及它们假设链下交易默认有效，并且它们不发布链上发布的交易批次的有效性证明。相反，乐观汇总使用一种称为“欺诈证明”的方案来检测不正确的交易计算。在以太坊上发布汇总批次后，有一个时间窗口（也称为“挑战期”），任何人都可以提交欺诈证明来质疑汇总交易的结果。

Optimistic Rollup 的著名例子包括Arbitrum、Optimism和Boba Network。

ZK rollups

零知识汇总（ZK rollups）还将交易捆绑在一起以在链外执行，这大大减少了在链上发布的数据量。

有效性证明是 ZK rollups 产生的一个关键功能，用于证明他们对以太坊状态提出的更改是正确的。与乐观汇总必须将所有交易数据发布到链上不同，ZK 汇总只需要提供有效性证明即可完成以太坊上的交易。这带来了几个好处，例如将资金从 ZK rollup 转移到以太坊时不会出现延迟，因为一旦验证了有效性证明，就会执行退出交易。

有效性证明主要有两种类型：ZK-SNARK（零知识简洁非交互式知识论证）和ZK-STARK（零知识可扩展透明知识论证）。

其他二层解决方案

据以太坊官方网站称，rollups 目前是扩展其网络的首选 Layer-2 解决方案。不过，还有其他的 Layer-2 技术，我们在这里简单介绍一下。

Plasma 是 Joseph Poon 和 Buterin 于 2017 年 8 月首次提出的第 2 层扩展解决方案。通过结合智能合约和密码验证，来自以太坊主网的交易被卸载到 Plasma 链，该链定期向以太坊主区块链报告并报告用它来解决任何争议。然而，值得注意的是，以太坊社区普遍已经从 Plasma 转向Rollup。   

Validium 是一种扩展解决方案，专注于通过使用有效性证明（例如 ZK rollups）来维护交易的完整性。与其他解决方案不同，Validium 不在以太坊主网上存储交易数据。尽管这种方法需要权衡，但它也提供了显着的可扩展性改进。Validium 可以处理大量交易，可能达到每秒约 9,000 笔交易 (tps) 或更多。

侧链也被一些人认为是第 2 层解决方案，是与以太坊兼容的独立区块链，使用自己的共识模型和块参数来处理交易。著名的例子包括Polygon（以前称为 Matic Network）和Gnosis（以前称为 xDAI）。

第 2 层解决方案的优势

Layer-2 解决方案的一个主要好处是较低的交易费用，这可以吸引更多用户，并使区块链对于需要频繁交易的 dapp 来说更加可行。其中包括游戏和去中心化社交网络。

根据Buterin 的愿景，“货币互联网每笔交易的成本不应超过 5 美分。”虽然以太坊主网本身远未达到这一目标，但我们观察到一些 Layer-2 能够实现这一目标。例如，在撰写本文时，Loopring和 zkSync 上的交易分别仅花费0.03 美元和0.04 美元。

第 2 层解决方案的另一个好处是其安全性。一般来说，乐观汇总和 ZK 汇总被认为是高度安全的，因为它们继承了以太坊主网的安全性。乐观汇总通过在链上发布交易结果来从以太坊主网获得安全性。因此，它们可以在不牺牲安全性或免信任性的情况下提高可扩展性。ZK Rollups 还通过存储在 L1 上恢复链下状态所需的数据来从以太坊获得安全性，这促进了安全性、抗审查性和去中心化。

某些 Layer-2 解决方案具有额外的智能合约功能优势。对于乐观汇总，一个主要优势是它们与以太坊虚拟机（EVM）的兼容性。这使得开发人员可以方便地将现有智能合约从以太坊迁移到Optimistic Rollup链。此外，开发人员可以利用以太坊现有的基础设施，例如编程语言、代码库、测试工具、客户端软件和部署框架。

零知识技术的最新进展使得零知识以太坊虚拟机（zkEVM）的实现成为可能。zkEVM 可以重新创建现有的 EVM 操作码，用于在电路中进行证明/验证，从而实现智能合约的执行。这有助于克服典型 ZK rollup 的限制，这些限制不容易与 EVM 兼容，并且通常只支持简单的代币传输。

结论

Layer-2 解决方案在提高区块链的可扩展性方面发挥着重要作用。Vitalik Buterin 曾表示，“[L]ayer-2 是扩展网络的未来，也是保持去中心化的唯一方法。” 在中短期内尤其如此，因为分片可能还有很长的路要走。

有许多第 2 层扩展解决方案，每种方案都有自己的优点和缺点。总的来说，rollup（乐观的和 ZK 的）被广泛认为是以太坊在可预见的未来的关键可扩展性解决方案。

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