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什麼是Layer2，爲什麼它們很重要？

水多多|zkSync

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詳細解讀layer2及其重要性，並分析第2層利用的幾個關鍵組件包括彙總和側鏈。

原文標題：《zk、zkVM、zkEVM 及什麼是 Layer2，爲什麼它們很重要？》

原文作者：水多多|zkSync

舉個簡單的例子，一個公司業務量龐大，於是他開了一個子公司，把一些業務交由子公司處理。母公司就是 Layer 1，子公司就是 Layer 2。這樣，母公司的負擔就減輕了。

首先，我們需要定義第 1 層是什麼：第 1 層網絡是基礎層，或者說是區塊鏈的底層基礎設施。也稱爲主網絡或「主網」，它不僅定義了生態系統的核心規則，還可以驗證和完成交易，如以太坊、比特幣和 Solana 等示例。

第 1 層區塊鏈通常從強調去中心化和安全性開始——這兩者都是任何健全網絡的核心原則，並且（除了一些例外）由多元化的全球開發人員和參與者（如驗證者）網絡維護。

另見：什麼是區塊鏈技術？

由於缺乏任何中央權威或監督，這些平臺要求技術本身具有與生俱來的安全性，以保護用戶免受詐騙和攻擊。由於設計中的這種優先級，更不用說維持功能齊全的生態系統所需的大量資源，它們通常缺乏可擴展性。

雖然一些開發人員認爲無法在安全性、去中心化和可擴展性之間實現平衡是該技術的一個不可阻擋的缺陷（被稱爲區塊鏈三難困境），但第 2 層解決方案，例如以太坊上的 rollups 和比特幣上的閃電網絡是用於解決這些問題的一種解決方案。

什麼是 Layer2？

Layer2 是指建立在第 1 層之上的一組鏈下解決方案（獨立的區塊鏈），可通過擴展和數據減少瓶頸。把它想象成一個餐廳廚房——如果每個訂單都必須由一個人從頭到尾在訂單確認和交付之前完成，那將是一個非常緩慢的過程，一個小時只能完成幾個訂單。但是第 2 層就像準備站——有一個用於清潔和切割食物的站、一個用於烹飪的站、一個用於組裝菜餚的站——能夠集中精力並更有效地完成每項任務。時機成熟時，最終人員可以將每個組裝好的菜餚與訂單進行匹配，並在將其發送到最終目的地（客戶）之前進行確認。

Visa 等支付平臺也使用類似的系統。Visa 沒有單獨管理來自供應商的數千筆日常微交易，這些交易會在幾分鐘內阻塞網絡，支付寶將它們分成批次，定期在銀行系統中結算。然後，銀行通過其內部相當於結算層的交易來存儲和分類交易。在這種情況下，Visa 將成爲第 2 層以及 Visa 更廣泛的機構和政府網絡，它們保存交易記錄並將金融行業的規則定義爲第 1 層。

以太坊還通過諸如樂觀和零知識 (ZK) 彙總等功能使用類似的方法，這些功能可以減輕主網管理交易的負擔，從而實現更大的交易包容性和吞吐量（每秒更高的交易量）。所有這些都帶來了更加無縫和實用的用戶體驗。以太坊上第 2 層的示例包括 Arbitrum、Optimism、Loopring 和 zkSync 等解決方案。

爲什麼第 2 層很重要？

雖然去中心化和安全性是以太坊第 1 層或主網的特性，但多年來隨之而來的市場普及已導致該網絡達到其目前每天交易量超過 150 萬筆的容量。此外，由於主網每秒只能處理大約 15 筆交易，網絡活動頻繁的時期通常會導致數據擁塞。這反過來又導致 gas（交易費用）上漲並減緩應用程序的性能，雖然這在現在的熊市不明顯，但顯然我們不可能一直處於熊市。

爲了解決這些問題，Layer2 將以太坊擴展爲第 1 層網絡之上的單獨區塊鏈。如前所述，它通過集成並受益於以太坊強大的去中心化安全模型的智能合約進行通信並幫助減輕主網交易的沉重負擔。本質上，第 1 層處理安全性、數據可用性和去中心化，而 Layer2 處理與交易相關的擴展。

在大多數情況下，第 1 層區塊鏈具有：

- 用於保護和驗證網絡的節點網絡

- 區塊生產者網絡

- 主要的區塊鏈和交易數據

- 相關的共識機制

第 2 層的不同之處在於提供：

降低費用：Layer 2s 將多個鏈下交易捆綁到單個 Layer 1 交易中，這有助於減少數據負載。他們還通過在主網上結算交易來保持安全性和去中心化。

更實用：通過每秒更高的交易量和更低的費用的綜合優勢，Layer 2 項目可以專注於改善用戶體驗和擴大應用範圍。

大多數可擴展性問題都與去中心化有關。與擁有封閉且更有效的支付監管方法的傳統銀行不同，區塊鏈的交易和數據管理必須經過一系列系統性步驟，例如在網絡（有數千名參與者）上接受、驗證和分發，同時保持安全性和透明度。

第 2 層如何工作？

第 2 層協議提供了第二個框架，其中交易可以與第 1 層分開進行。這意味着將由主鏈執行的相當數量的工作可以轉移到第二層。然後，第 2 層應用程序將交易數據發佈到第 1 層，並在區塊鏈分類帳和歷史記錄中得到保護。

與任何其他開放或封閉平臺一樣，第 2 層的可訪問性也有所不同。有些可以被一系列應用程序使用，而另一些只能滿足特定項目的突發奇想。也就是說，第 2 層利用的幾個關鍵組件包括彙總和側鏈。

第二層彙總（rollups）

彙總是一種特定的第 2 層解決方案，它在第 1 層之外執行數百個事務，將它們彙總爲單個壓縮數據，然後將數據發佈回主網，以便任何人在認爲可疑時進行審查和爭議。通過這樣做，rollup 不僅利用了以太坊的安全性，還可以將 gas 費用降低多達 10–100 倍。

雖然 rollups 都有助於存款、取款和驗證證明，但 rollups 的方式存在細微的變化，例如 Optimism 和 ZK rollups，將數據發佈回第 1 層。

Optimistic rollups（樂觀彙總）

樂觀彙總與以太坊主鏈並行，運行所有交易，然後將數據發佈回第 1 層。由於具有競爭力的低費用，用戶被激勵在這些第 2 層上進行交易。如果懷疑存在欺詐交易，可以通過欺詐證明對其進行質疑和評估。在這種情況下，彙總將使用可用的狀態數據運行事務的計算。與 ZK rollups（下文解釋）相比，這意味着退出 rollup 並將資金撤回到第 1 層的時間會稍長一些。但是，「內部」彙總用戶仍然會收到快速交易確認。

一般來說，Optimistic rollups 與以太坊虛擬機 (EVM) 和 Solidity 兼容，這意味着以太坊第 1 層上的任何可能都可以在第 2 層上覆制。

Optimistic rollups 的幾個示例包括 Arbitrum、Optimism 和 Boba。

側鏈

從 XDai 和 Polygon PoS 等項目可以看出，側鏈是一個獨立的、與 EVM 兼容的區塊鏈，它並行運行並通過橋與主網交互。由於它們使用單獨的共識機制並且不受第 1 層的保護，因此在技術上它們不被視爲第 2 層。但是，該鏈的工作方式與以太坊相同，因爲它對 EVM 進行建模。也就是說，側鏈運營商的風險更大，因爲用戶信任他們的是資金，而不是以太坊協議（或適當的第 2 層）。注:(Polygon 已經通過炒能力完成了多筆收購，側鏈已經並不準確）

Validiums

Validiums，例如 StarkWare，使用有效性證明（類似於 ZK 彙總），但不將數據存儲在第 1 層。多個有效性鏈可以彼此並行運行，並且每條都能夠每秒處理大約 10,000 個事務。但是，由於需要更專業的語言，因此對通用智能合約的支持有限。

側鏈和驗證都是與以太坊並行運行並通過連接到主網的橋與資產交互的區塊鏈。它們不會從以太坊本身獲得安全性或數據，因此不被視爲像 Optimistic 或 ZK 彙總那樣的適當第 2 層。考慮到潛在的安全和信任影響，情況尤其如此。但是，兩者都通過提供較低的交易費用和高吞吐量來擴展類似於第 2 層。

ZK-rollups（ZK 彙總）

與 Optimistic rollups 相比，ZK rollups 生成加密證明來驗證交易的真實性。這些證明（發佈到第 1 層）稱爲有效性證明或 SNARK（簡潔的非交互式知識論證）或 STARK（可擴展的透明知識論證）

ZK 彙總更有效，因爲它們維護第 2 層上所有傳輸的狀態，這些狀態僅通過有效性證明進行更新。由於 ZK rollup 不需要整個交易數據，因此更容易驗證區塊並將以太坊區塊鏈的主要 Token 以太（ETH）轉移到第 1 層。有效性證明（由 ZK rollup 合約接受）已經驗證交易的真實性。也就是說，它們沒有完整的 EVM 支持，並且更密集地爲鏈上活動很少的應用程序運行計算。

zkSync 和 Starkware 都使用 zk-proof 解決方案，但也有區別，：

- 雖然 Starknet 在技術上是一個 ZKRollup（鏈上數據可用性，它實際上是 Validium：Cairo VM 的當前架構不允許用戶通過 L1 強制執行任意交易。

- Validium 的機制與 zkRollup 非常相似，但有一個區別是 zkRollup 中的數據可用性是在鏈上的，而 Validium 將其保持在鏈外。這允許 Validium 實現更高的吞吐量——但這些中心化部分需要付出代價：Validium 的運營商可以凍結用戶的資金。而 zkSync 是完全去中心化的。

爲什麼有這麼多的第 2 層？

由於我們已經介紹了主要的第 2 層（Optimistic rollups、ZK rollups 和側鏈），但生態系統不斷變化，一些應用程序最終被放棄，例如 Plasma 和狀態通道。