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Coinbase：五分鐘讀懂Layer1、Layer2及側鏈解決方案

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如果智能合約平臺想要成長爲支持數十億用戶的金融和Web3應用程序，這些可擴展解決方案是必要的。

原文標題：《Scaling Ethereum & crypto for a billion users》

原文作者：Justin Mart & Connor Dempsey

原文編譯：去中心化金融社區

截至 2021 年底，以太坊已經發展到支持來自去中心化金融、NFT、遊戲等領域的數千個應用程序。整個網絡每年處理數萬億美元的交易，其中超過 1700 億美元鎖定在該平臺上。

但俗話說，錢越多，問題越多。以太坊的去中心化設計最終將其可以處理的交易數量限制在每秒 15 筆。由於以太坊的受歡迎程度遠遠超過每秒 15 筆交易，結果是漫長的等待，每筆交易的費用高達 200 美元。最終，這會讓很多用戶付出代價，並限制以太坊目前能夠處理的應用程序類型。

如果基於智能合約的區塊鏈想要成長爲支持數十億用戶的金融和 Web 3 應用程序，就需要可擴展的解決方案。值得慶幸的是，「騎兵」已經開始到來，最近有許多解決方案最近上線。

是競爭還是互補?

目標是增加可公開訪問的智能合約平臺可以處理的交易數量，同時保持足夠的去中心化。通過單一實體管理的中心化解決方案來擴展智能合約平臺是微不足道的 (Visa 每秒可以處理 45000 筆交易)，但然後我們就會回到起點：一個由少數強大的中心化參與者擁有的世界。

解決這一問題的方法有兩個：(1) 構建與以太坊競爭的全新網絡，可以處理更多的活動，或 (2) 構建互補的網絡，可以處理以太坊的過剩容量。

大體來說，它們可以分爲以下幾個類別：

第 1 層區塊鏈 (與以太坊競爭) 側鏈 (與以太坊互補) 第 2 層網絡 (以太坊的補充)

雖然它們在架構和方法上各不相同，但目標是相同的：讓用戶實際使用網絡 (例如，與 DeFi、NFT 交互等)，而無需支付高昂的費用或經歷長時間的等待。

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第 1 層

以太坊被認爲是第 1 層區塊鏈——一個獨立的網絡，在一個地方保護用戶資金和執行交易。想要使用像 Uniswap 這樣的 DeFi 應用程序將 100 USDC 換成 DAI 嗎？以太坊是這一切發生的地方。

與之競爭的第 1 層可以做以太坊所做的一切。它們的區別在於新的系統設計能夠實現更高的吞吐量，從而降低交易費用，但通常以增加中心化爲代價。

在過去 10 個月裏，新的第 1 層網絡陸續上線，在同一時期內，這些網絡的總價值從 0 美元飆升至 750 億美元左右。該領域目前由 Solana、Avalanche、Terra 和幣安智能鏈 (Binance Smart Chain) 領導，每一個都擁有不斷增長的生態系統，價值超過 100 億美元。

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非以太坊的第 1 層的 TVL

所有第 1 層都在競爭，以吸引開發人員和用戶。在沒有任何以太坊的工具和基礎設施 (這些工具和基礎設施使構建和使用應用程序變得容易) 的情況下，實現這一目標是很困難的。爲了彌補這一差距，許多第 1 層採用了一種稱爲 EVM 兼容性的策略。

EVM 代表以太坊虛擬機，它本質上是執行計算以使交易發生的大腦。通過使他們的網絡與 EVM 兼容，以太坊開發人員可以通過複製和粘貼他們的代碼，輕鬆地將現有的以太坊應用程序部署到新的第 1 層。用戶還可以通過現有的錢包輕鬆訪問 EVM 兼容的第 1 層，從而簡化遷移。

以幣安智能鏈 (BSC) 爲例。通過發佈一個 EVM 兼容的網絡，並調整共識設計以實現更高的吞吐量和更便宜的交易，BSC 在去年夏天 DeFi 應用程序的使用量激增，這些應用程序都類似於 Uniswap 和 Curve 等流行的以太坊應用程序。Avalanche、Fantom、Tron 和 Celo 也採取了相同的方法。

相反，Terra 和 Solana 目前不支持 EVM 兼容性。

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EVM 兼容 vs 非 EVM 兼容第 1 層的 TVL

可互操作鏈

在略有不同的第 1 層存儲區中是區塊鏈生態系統，如 Cosmos 和 Polkadot。這些項目不是構建新的獨立的區塊鏈，而是構建標準，讓開發人員創建能夠相互通信的特定應用的區塊鏈。例如，這可以允許來自遊戲區塊鏈的代幣在社交網絡的獨立區塊鏈上構建的應用程序中使用。

目前，使用 Cosmos 標準構建的鏈上已超過 1000 億美元，最終可以互操作。與此同時，Polkadot 最近也達到了一個里程碑，同樣將統一其區塊鏈生態系統。

簡而言之，以太坊的直接競爭對手多種多樣，未來還會有更多。

側鏈

側鏈和新的第 1 層之間的區別無疑是一個模糊的區別。側鏈與 EVM 兼容的第 1 層非常相似，不同之處在於它們專門用於處理以太坊的過剩容量，而不是與整個以太坊競爭。這些生態系統與以太坊社區緊密結合，以互補的方式託管以太坊應用。

Axie Infinity 的 Ronin 側鏈便是一個典型的例子。Axie Infinity 是一款基於以太坊的 NFT 遊戲。因爲以太坊的費用讓玩遊戲變得非常昂貴，所以建立 Ronin 側鏈允許用戶將他們的 NFT 和代幣從以太坊轉移到一個低費用的環境中。這使得更多用戶能夠負擔得起這款遊戲，並使得這款遊戲大受歡迎。

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在撰寫本文時，用戶已經從以太坊轉移了超過 75 億美元到 Ronin 來玩 Axie Infinity。

Polygon POS

像 Ronin 這樣的側鏈是特定於應用程序的，其他的則適用於更通用的應用。目前，Polygon POS 側鏈是行業領導者，擁有近 50 億美元的價值，部署在 100 多個 DeFi 和遊戲應用程序，包括大家熟悉的 Aave 和 Sushiswap，以及 Uniswap 的克隆版本 Quickswap。

同樣，Polygon POS 看起來與 EVM 兼容的第 1 層並沒有什麼不同。然而，它是作爲框架的一部分構建的，以擴展以太坊，而不是與之競爭。Polygon 團隊認爲，在未來，以太坊仍然是高價值交易和價值存儲的主導區塊鏈，而日常交易將轉移到 Polygon 的低成本區塊鏈。(Polygon POS 還通過一個稱爲檢查點的過程與以太坊保持着一種特殊的關係)。

由於交易費用很低，Polygon 的未來願景似乎是可行的。在激勵計劃的幫助下，用戶紛紛涌向 Polygon POS，其日均交易量超過了以太坊 (儘管垃圾郵件交易誇大了這個數字)。

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第 2 層 (Rollup)

第 1 層和側鏈都有一個明顯的挑戰：確保其區塊鏈的安全。爲此，他們必須向新一批礦工或權益證明驗證者支付費用，以驗證和確保交易的安全，通常以基礎代幣的通貨膨脹形式 (例如 Polygon 的$MATIC, Avalanche 的$AVAX)。

然而，這也帶來了顯著的缺點：

- 擁有基礎代幣自然會讓生態系統更有競爭力，而不是與以太坊互補。

- 驗證和保護交易是一項複雜且具有挑戰性的任務，你的網絡將無限期地負責這項任務。

如果我們可以借鑑以太坊的安全性來創建可擴展的生態系統，這不是很好嗎? 進入第 2 層網絡，特別是「Rollup」。簡而言之，第 2 層是位於以太坊之上的獨立生態系統，其安全性依賴於以太坊。

關鍵的是，這意味着第 2 層不需要有原生代幣——所以它們不僅對以太坊更具互補性，它們本質上是以太坊的一部分。以太坊的路線圖甚至表示以太坊 2.0 將以「Rollup 爲中心」，以此表達對這一想法的敬意。

Rollup 的工作原理

第 2 層通常被稱爲 Rollup，因爲它們在將更新的交易數據發送回以太坊之前「Rollup」或將交易捆綁在一起並在新環境中執行它們。與其讓以太坊網絡單獨處理 1000 個 Uniswap 交易 (昂貴!)，不如將結果提交回以太坊之前在第 2 層彙總上卸載計算（便宜！）。

然而，當結果被髮回以太坊時，以太坊如何知道數據是正確和有效的? 以太坊如何防止任何人發佈不正確的信息? 這些關鍵問題區分了兩種類型的 Rollup：Optimistic Rollup 和 ZK-Rollup。

Optimistic Rollup

當向以太坊提交結果時，Optimistic Rollup 中的「Optimistic」假設它是有效的。換句話說，他們讓 Rollup 操作人員發佈他們想要的任何數據 (包括潛在的不正確/欺騙性數據)，並假設它是正確的——毫無疑問，這是一個 Optimistic 的前景! 但打擊欺詐還是有辦法的。作爲一種制衡，在任何提款後都有一個時間窗口，任何人都可以在此查看欺詐行爲 (記住，區塊鏈是透明的，任何人都可以查看正在發生的事情)。

其中一個觀察者可以通過數學方法證明欺詐發生了 (通過提交欺詐證明)，那麼 Rollup 將恢復任何欺詐交易，懲罰不良參與者並獎勵觀察者 (一個聰明的激勵系統!)。

缺點是當用戶在 Rollup 和以太坊之間移動資金時，會有一個短暫的延遲，等待查看是否有任何觀察者發現任何欺詐行爲。在某些情況下，這可能長達一週，但我們預計這些延遲會隨着時間的推移而減少。

關鍵是 Optimistic Rollup 本質上與以太坊聯繫在一起，並準備幫助以太坊今天的規模。因此，隨着許多領先的 DeFi 項目轉向領先的 Optimistic Rollup——Arbitrum 和 Optimistic Ethereum，我們已經看到了強勁的初期增長。

Arbitrum 和 Optimistic Ethereum

Arbitrum 和 Optimistic Ethereum 是目前實現 Optimistic Rollup 的兩個主要項目。值得注意的是，兩家公司都仍處於早期階段，兩家公司都保持着中心化控制的水平，但都計劃隨着時間的推移進行去中心化。

據估計，一旦成熟，Optimistic Rollup 可以將可擴展性提高 10-100 倍。甚至在早期，在 Arbitrum 和 Optimism 上的 DeFi 應用程序就已經積累了數十億的網絡價值。

Optimistic 在 7 個 DeFi 應用中部署了超過 3 億美元的 TVL，其中最著名的是 Uniswap、Synthetix 和 1inch。

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Arbitrum 則更進一步，在 60 多個應用程序中，包括熟悉的 DeFi 協議 (如 Curve、Sushiswap 和 Balancer) 的 TVL 上投資約 25 億美元。

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Arbitrum 也被選爲 Reddit 的擴展解決方案，因爲他們期待已久的努力爲社交媒體平臺的 5 億活躍用戶標記社區點。

ZK-Rollup

Optimistic Rollup 假設交易是有效的，併爲其他人提供了證明欺詐的空間，而 ZK-Rollup 則實際向以太坊網絡證明交易是有效的。

隨着捆綁交易的結果，他們向以太坊智能合約提交所謂的有效性證明。顧名思義，有效性證明讓以太坊網絡驗證交易是否有效，從而使中繼者不可能欺騙系統。這消除了對欺詐證明的需要，因此在以太坊和 ZK - Rollup 之間轉移資金是有效的即時操作。

雖然即時結算和無提款時間聽起來很棒，但 ZK-Rollup 並不是沒有權衡的。首先，生成有效性證明需要大量的計算，因此需要高性能的機器來讓它們工作。其次，圍繞有效性證明的複雜性使得支持 EVM 兼容性更加困難，從而限制了可以部署到 ZK-Rollup 的智能合約的類型。

因此，Optimistic Rollup 首先進入市場，並且更有能力解決目前以太坊的規模問題，但從長遠來看，ZK-Rollup 可能成爲更好的技術解決方案。

ZK-Rollup 的採用

ZK-Rollup 的情況很深入，有多個團隊在工作中和生產中進行實現。一些著名的公司包括 Starkware、Matter Labs、Hermez 和 Aztec。今天，ZK-Rollup 主要支持相對簡單的應用程序，如支付或交易所。例如，衍生品交易所 dYdX 採用 Starkware (StarkEx) 的 ZKRollup 解決方案，支持每週近 500 萬筆交易和 10 億美元以上的 TVL。

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然而，真正值得稱讚的是 ZK-Rollup 解決方案，它完全兼容 EVM，因此能夠支持流行的通用應用程序 (如 DeFi 應用程序的完整套件)，而不會出現 Optimistic Rollup 的撤回延遲。這一領域的主要參與者是 MatterLab 的 zkSync 2.0、Starkware 的 Starknet、Polygon Hermez 的 zkEVM 和 Polygon Miden，它們目前都在致力於主網發佈。(與此同時，Aztec 專注於將 zk 證明應用於隱私)。

許多業內人士 (包括 Vitalik) 都在考慮將 ZK-Rollup 與以太坊 2.0 結合起來，作爲擴展以太坊的長期解決方案，這主要是因爲它們能夠在不影響安全性或去中心化的情況下從根本上每秒處理數十萬個交易。即將推出的完全兼容 EVM 的 ZK-Rollup 將是以太坊發展過程中需要關注的關鍵問題之一。