什么是第 2 层（Layer-2）扩展解决方案？

第 2 层（Layer-2）扩展解决方案是在区块链协议之上运行的技术，旨在提高底层区块链的速度和效率。以下是它们的详细工作原理。

要点：

• Layer-1 是指主区块链，而 Layer-2 是指位于主区块链之上的网络。

• 第 2 层解决方案旨在通过处理主网之外的交易来解决可扩展性问题。

• 第 2 层解决方案的优点包括增加每秒交易量 (tps)、降低 Gas 费用、维护 安全性 和 特定于应用程序的网络。

什么是第 2 层扩展解决方案？

从使用它作为交易货币（ETH）到利用其记录保存的不变性和加密安全的性质，以太坊自 2013 年推出以来一直是区块链行业巨大增长的催化剂。

但是，与许多其他区块链一样，以太坊现在已经面临可扩展性挑战。截至 2022 年夏季，以太坊每天估计处理 500,000 笔交易，相当于每秒 30 笔交易 (tps)。相比之下，Visa 的支付系统每天可以处理多达 1.5 亿笔交易和65,000 tps——远远超过以太坊的能力。实际上，达到区块链的极限会导致网络拥塞（可能需要数小时才能处理交易）和极高的汽油费。 

进入第 2 层，有时称为数据链路层 (DLL)。该解决方案旨在通过在第三方网络而不是以太坊主网（Layer-1）上处理交易来解决区块链的可扩展性问题。这样做不仅减轻了主网上的工作量，而且还保持了与底层以太坊区块链相同的安全性和去中心化标准。  

Layer-1 与 Layer-2 区块链

第一层指的是分布式数据库本身——该网络将区块链的所有节点汇集到一个系统中，并具有底层共识机制。例如，比特币的Layer-1是比特币网络，它采用工作量证明（PoW）共识机制；以太坊的 Layer-1 是以太坊网络，在 2022 年的“合并”期间转向了权益证明（PoS）共识机制。 

然而，第 2 层是位于区块链之上的覆盖网络。闪电网络是比特币的第二层解决方案。Plasma、Polygon、Optimism和Arbitrum只是以太坊上构建的第 2 层网络中的几个。

为什么它们很重要？

目前，以太坊是网络安全性和稳定性最完善的区块链之一。许多个人和公司选择使用该区块链进行交易或构建项目。然而，随着交易数量的增加，网络变得越来越拥堵。 

为了解决这个问题，矿工优先确认燃气费较高的交易。但这些更高的成本落在用户身上，提高了最低汽油费，有时可能超过交易本身的价值。 

使用 Layer-2，底层网络（主网）不需要处理如此大量的数据，因为它将这些数据发送到不同的处理通道（第三方），只将最终结果记录在 Layer-1 区块链上。 

二层解决方案的优势

• 每秒交易量 (tps) 的增加可以改善用户体验并减少主网上的网络拥塞。

• 交易在记录到主网上之前被整合到一个包中，从而减少了 Gas 费用。

• 对 Layer-2 解决方案的任何更新都不会改变底层区块链，因为 Layer-2 是构建在区块链之上的，这有助于确保网络安全。

• 允许专门设计用于优化特定功能的特定于应用程序的第 2 层网络。

二层解决方案的缺点

• 可能会消除主区块链的流动性。

• 潜在的安全和隐私漏洞；用户在使用 Layer-2 解决方案之前应该自行研究。

• 可能会阻碍与其他基于以太坊的应用程序的互连（即使用 L-2）。

有哪些类型的第 2 层解决方案？

第 2 层解决方案主要侧重于将大部分交易引导远离主网。短时间内，出现了许多 Layer-2 项目来应对这一挑战。然而，只有少数人成功解决了最关键的问题。以下是第 2 层区块链扩展解决方案的三个示例：

状态通道

状态通道是参与者之间的双向通信通道。换句话说，不需要矿工等第三方来确认交易；这提高了交易速度。 

该过程首先通过多重签名（ multisig ）密封区块链的一部分，以允许直接交互，而无需向矿工提交任何内容。一旦交易被确认，通道的最终状态就会被添加到区块链中。 

示例：比特币的闪电网络、以太坊的雷电网络

优点

• 管理复杂的交互。

• 以非常低的成本处理极高的交易吞吐量。

缺点

• 设置和建立通道的成本很高。

• 资金需要锁定在开放的支付渠道中。

• 不支持公开参与。

零知识汇总

零知识汇总（ZK 汇总）整合了主区块链上的交易，生成称为 SNARK（简洁非交互式知识论证）的加密证明。该证明也称为有效性证明，是主区块链上所需的唯一记录，从而减少了用户处理整个数据所产生的汽油费。 

示例：Immutable X、Polygon Hermez、Starkware

优点

• 安全且去中心化。

• 近乎即时的转账。

缺点

• 对于链上活动较少的小型应用程序来说很难计算。

• 并非所有 ZK rollups 都提供以太坊虚拟机 ( EVM ) 兼容性。

• 用户可以影响交易顺序。

乐观汇总

与 ZK rollups 不同，optimistic rollups 依赖于欺诈证明。简而言之，聚合器在 Layer-1 上发布最少的信息，并假设数据是正确的。 

如果交易有效，主区块链不需要做任何事情。在发生欺诈性交易的情况下，乐观汇总会执行防欺诈并对发送者进行惩罚。 

示例：Arbitrum、Boba、Cartesi、Fuel Network、Optimism

优点

• 汽油费低。

• 增加吞吐量。

• 智能合约能力。

• 安全。

缺点

• 提款时间长。

• 网络参与者之间潜在的激励不一致。

• 潜在的第一层交易审查。

区块链可扩展性的下一步是什么？ 

以太坊区块链上的第二层区块链项目和解决方案已成为区块链可扩展性问题的最常见答案之一。由于对这项技术的高度关注，未来有望得到广泛采用，同时交易费用也较低。 

上述介绍的二层解决方案是业界针对解决可扩展性问题的初步尝试。2022 年末，以太坊推出了“ The Merge ”，概括了克服可扩展性问题的下一步。然而，现在判断这将如何改变区块链的格局及其对未来第 2 层扩展解决方案的影响还为时过早。

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