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比特幣Layer2：在比特幣上重建以太坊

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比特幣 Layer2 網路透過將某些交易處理任務從主網上釋放，旨在緩解比特幣主網的擁塞問題並大幅減少交易確認所需的時間。

原文標題：《比特幣Layer2：在比特幣上重建以太坊》

原文來源：小豬Web3

什麼是Layer2

提到Layer2，人們通常會聯想到以太坊的Layer2 Rollup，例如Arbitrum、Optimism、zkSync、StarkWare，實際上，Layer2 的擴容方案最早起源於2015 年比特幣的閃電網路的白皮書。

像比特幣、以太坊、Solana 這些公鏈統稱為Layer1，Layer1 的主要功能就是確保安全、去中心化及最終狀態確定，做到狀態共識，並作為“加密法院”，透過智能合約設計的規則進行仲裁，以經濟激勵的形式將信任傳遞到Layer2 上。

Layer2 追求極致的效能，可以替Layer1 承擔大部分運算工作，例如將以太坊交易從主鏈上分離出來，降低一層網路的負擔，提高業務處理效率，進而達到擴容。 Layer2 只能做到局部共識，但可以滿足各類場景的需求。

比特幣Layer2

總的來說，Layer2 是建立在Layer1 之上的獨立區塊鏈網絡，目的就是將Layer 1 的大部分交易打包到Layer2 以減輕壓力，擴大容量。

目前，比特幣網路平均每秒大概能處理 7 筆交易，相較之下，web2 世界的支付寶每秒能處理 10w 筆交易。隨著以Ordinals 協議為代表的銘文設計，使得比特幣提供了一種鏈上去中心化存儲能力，以BRC-20 為代表的新型標準，實現了類似ERC-721 和ERC-20 的比特幣生態Token ，這些比特幣生態的爆發，使得原本就低效的比特幣網路變得更加「擁擠」，而以太坊Layer2（包括Rollup）的興起，讓比特幣開發者看到了移植這些成熟的經驗到比特幣生態的希望，可以說，比特幣Layer2 毫無疑問能成為2024 年最大的敘事春風之一。

比特幣 Layer2 網路旨在滿足比特幣生態系統內日益增長的對更快速、更有效率交易的需求。透過將某些交易處理任務從主網上釋放，旨在緩解比特幣主網的擁塞問題並大幅減少交易確認所需的時間。

比特幣Layer2 發展與分類

比特幣每個區塊為1MB，依照平均每個交易大小為250 位元組（Byte），只能記錄1024*1024 / 250=4194 個交易。產生一個區塊平均需要 10 分鐘，那麼每秒交易筆數就為 4194/10/60=6.99 筆，通常我們所說的比特幣每秒 7 筆交易就是這麼來的。

這裡面有三個變量，分別是區塊容量、交易大小、區塊時間，其中只有透過更改區塊容量提高交易速度的方法是可行的，例如將區塊容量從1M 增加到32M，那麼每秒交易速度就會從7 筆增加到224 筆。如果不擴容，還想要增加交易速度，就只能透過側鏈進行。

2010 年12 月12 日，當中本聰從公眾視野消失時，將比特幣開發權交給了Gavin Andresen，此後Gavin 又把程式碼管理權限給了4 位開發者，其中就包括Gregory Maxwell——後來作為Blockstream 公司CTO。

Blockstream 公司專注於側鏈技術與閃電網絡，根據 Gregory Maxwell 的說法，Blockstream 就是為了比特幣開發而建立的。

2015 年 2 月閃電網路白皮書發布，2015 年 12 月隔離見證（Segwit）方案被提出。此後，Gregory Maxwell 將閃電網路寫入比特幣路線圖，形成了「隔離見證+閃電網路」的技術路線。該擴容路線，實際上並沒有改變區塊大小，而是透過巧妙的設計，與鏈下處理的方式加快比特幣確認速度。

隔離見證是指不把對交易的見證資訊寫入區塊，從而使得區塊大小不變的情況下，透過減少單筆交易的資訊量，來容納更多的交易。

閃電網路是在有頻繁往來的交易對手之間以保證金的方式建構一個預付款的池，只要不超過這個額度，所有的交易不在主鏈區塊裡記錄，只有在結算的時候才發生一筆交易，從而減輕小額交易對主網的壓力。

在隔離見證升級後，雖然比特幣區塊大小限制改為交易資料區塊上限 1M 和見證資料區塊上限 3M，總大小 4M。但這上限至今仍未改變，隨著比特幣的影響力不斷增大，擴容問題凸顯。擴容仍是比特幣生態面臨的核心問題之一，各種技術路線正積極探索解決方案，目前比特幣的主要擴容方向如下。

狀態通道

狀態通道是一種在區塊鏈上建立的虛擬通道，用於在不同使用者之間實現雙向通訊和狀態服務。它允許用戶在通道內進行多次交易，而無需每次都將交易記錄在區塊鏈上，從而大幅提高了交易的效率和速度。這些通道可以由兩個或多個用戶共同創建，並且只有在需要時才會與區塊鏈上的智慧合約進行結算，從而減少了區塊鏈網路的負載和交易費用。

狀態通道最著名的例子就是上面提到的閃電網絡，交易的雙方在首筆交易時建立一個鏈下的支付通道，本質上就是待交易雙方共持的記帳本，用於保存交易記錄。交易雙方在通道中鎖入一定數量的資金，然後透過私鑰進行簽署交易。

雙方之間的資金轉移不在鏈上進行，而是只保存在彼此的帳本上，當其中一方或雙方決定不再需要該通道的時候，結算的餘額再在主網上廣播。

但是閃電網路不僅僅只是雙方的直接連接，其可以使得大量單條的通道串聯起來，從而形成一個相互連接的、廣闊的支付網絡。也就是說，假設 C 和 A 有通道，C 和 B 沒有通道，但是 A 和 B 有通道，那麼 C 就可以透過 A 間接地來和 B 進行交易，而作為中間商的 A 可以收取路由費用。在閃電網路中，網路會找到最少節點、最少交易費的路徑來完成交易。

側鏈

側鍊是最常見的方案，老牌最受關注的側鏈技術包括Stacks、Liquid 和Rootstock。

Stacks 作為比特幣龍頭側鏈項目，一方面錨定在比特幣區塊鏈上，另一方面作為一個獨立協議引入了類似以太坊的智慧合約功能，並將交易永久在BTC 區塊鏈上結算，以作為比特幣L2 解鎖比特幣的可編程性，為DeFi 和NFT 等應用程式開啟了新的可能性。

如果以整體系統來看，Stacks 其實擁有自己的鏈、編譯器和程式語言，且與比特幣同步運行，以確保其交易和完整性。不過由於其使用「掛鉤」方式來實現 BTC 跨鏈——透過在 Stacks 網路上發行 sBTC 來實現，所以本質上是一種中心化的映射方式，存在一定的中心化單點風險。同時其網路Gas 使用其主網代幣STX，而非BTC，礦工參與Stacks 的網路挖礦會消耗質押的BTC 來挖取其網路代幣，透過這個系統，礦工賺取STX 幣及交易費用(transaction fees)，而STX 質押者賺取比特幣，這也會導致礦工在取捨之中抱持著猶豫參與的態度。

新興的側鏈技術例如 BEVM 則採用完全去中心化的比特幣 Layer2 解決方案。

BEVM 是一個以BTC 為Gas 且相容EVM 的BTC Layer2，核心目標是拓展比特幣的智慧合約場景，幫助BTC 突破比特幣區塊鏈非圖靈完備、不支援智能合約的束縛，讓BTC 可以在BEVM 這個Layer2 上建構以BTC 為原生Gas 的去中心化應用。

其中當用戶把比特幣主網的BTC 跨到BEVM 時，用戶的BTC 會進入1000 個節點託管的合約位址內，然後同時在BEVM即BTC Layer2 網路以1:1 的比例產生新的BTC。

當使用者發出把BTC 從BEVM 跨回主網的指令時，BEVM 網路節點將觸發Mast 合約，1000 個託管資產的節點將按照既定的規則自動簽名，把BTC 返回到使用者地址，整個過程實現完全的去中心化和無需信任。

客戶端驗證

目前大部分公鏈使用全域共識模型（Global Consensus），所有節點驗證所有交易，節點之間傳輸所有交易訊息，全網共享統一的全局狀態。

全域共識模型所帶來的問題：

1.可擴展性限制，使得驗證所有合約互動變得昂貴；

2.高成本阻止了更多用戶參與運行節點，節點集中化；

3.缺乏隱私，交易資訊公開。

客戶端驗證（Client-Side Validation，CSV）只需要讓共識層保持對帳本事件的加密承諾就足夠了，將實際的事件資訊（帳本）儲存在區塊鏈之外。

CSV 代表項目是 RGB，在 RGB 中，沒有一個全域網路廣播所有的交易來創建比特幣 UTXO 集合的等價物。這意味著在接收到資產轉入時，RGB 用戶端不僅要驗證最近的狀態轉換是否有效，還需要對所有上溯到發行合約創世狀態的前序狀態轉換進行相同的驗證。所以 RGB 需要自底向上逐步驗證交易歷史，以防止雙花攻擊。

RGB 透過僅驗證相關交易來提高可擴充性，同時也可能會出現類似資料可用性的問題，需要透過資料共享來優化支付驗證。

RGB 的客戶端需要存儲更多數據，如果丟失用於驗證交易的鏈下數據，用戶也就無法再去花費，需要保存不僅僅是密鑰。

Rollup

ZK Rollup、Optimistic Rollup 與以太坊基本上類似，比特幣作為共識層、資料層、結算層，但是技術挑戰非常大，特別是如果要支援ZK-Rollup，需要對比特幣主網進行一次巨大升級，難以達成社區一致，並且會削弱比特幣網路的貨幣和價值存儲敘事。

ZK Rollup 代表專案是 Alpen，Optimistic Rollup 代表專案是 BitVM，都比較理想，處於理論階段。

Sovereign Rollup 則是另一個「不完全」的Rollup 方案，比特幣只做共識層和資料可用層，Layer2 有自己的狀態和資產數據，不存放在比特幣網絡，透過Layer2 的節點進行驗證，即結算放在Layer2，技術上易於實現，因此在比特幣社群討論熱度也比較高。

Celestia 開發的開源技術框架Rollkit 可以允許開發人員自訂選擇資料可用性層和執行層，支援將Rollup 資料直接儲存在比特幣網路上，同時支援開發人員進行Sovereign Rollup 的部署。因此，開發人員能夠使用 Rollkit 在比特幣網路上部署 Rollup 協定來提升可擴充性，並且最大限度地降低網路操作成本。