作者：Emma Rose Bienvenu ，Pantera Capital幕僚長
原標題：《下一個重大解鎖》
編譯：麟奇，鏈捕手
在2020年DeFi的夏日狂潮之後，由於人們對以太坊託管協議的需求暴漲，導致gas費用漲成了天價，也造成了網絡的嚴重擁堵。值得慶幸的是，隨著Optimism和Offchain Labs的Arbitrum等擴展解決方案的火爆發布，2021年的“Layer2之夏”預示著它將會是一個解決方案。
接下來，我們討論了為什麼Layer2技術這麼重要。我們從擴展的基礎開始，然後詳細介紹新的鏈外工具對解決交易速度和成本這兩個問題提供什麼樣的幫助。最後，我們討論了這對更廣泛的生態系統意味著什麼，以及為什麼Layer2將是解鎖下一波基於區塊鏈技術的殺手級應用。
介紹
如果區塊鏈技術的承諾是使融資渠道民主化—通過除去尋租的中間商來降低成本—其最大的諷刺在於，用戶在承載大多數DeFi協議的以太坊上進行的交易時，依然及其昂貴。像在以太坊這樣的分佈式網絡中，每筆交易都需要每個節點進行儲存和處理的工作：這意味著隨著用戶群的增長，網絡會不可避免地遇到容量限制。這就是眾所周知的高額gas費的原因。因為網絡擁堵促使了gas費用價格的上升和處理時間的增加，使小額交易無法正常運轉。這就讓對計算層面要求很高的DApp，幾乎不可能直接在越來越擁擠的區塊鏈上運行。
簡單來說，以太坊已成為其自身成功的受害者。在過去的一年裡，隨著數百萬人爭先恐後地接受和使用DeFi協議、NFT市場以及其它託管在以太坊上的DApp，刺激了處理交易的需求暴增。在這種情況下，由於每個節點的計算能力和單個塊的大小有限，所以其處理能力一直讓人失望。
當出現更多的交易來爭奪有一定限度的區塊空間和計算能力時，gas費就會上漲，交易量和速度就會減緩。 2021年，以太坊費用比2020年上漲了845%；平均區塊容量在2020年1月大約為70%，現在已經上升到98%的持續水平。
在擴展中存在的問題
增加像以太坊這樣的網絡的容量是格外具有挑戰性。定義區塊鏈的特徵主要有三個：去中心化、安全性和可擴展性。你可以從在這三個特徵中選擇兩個，但如果你堅持使用最直接的方法，那麼這三個你都不會擁有。這意味著，如果提高區塊鏈的可擴展性——通過這種方式它可以處理更多交易、會更快、會更便宜——通常會削弱其安全性或去中心化的特徵。
這個大難題通常被稱為”可擴展性三元悖論”，自生態系統發展的早期，它就一直困擾著區塊鏈技術的支持者。在2014年，Vitalik Buterin做出了令人難忘的承諾：以太坊社區要么解決可擴展性問題，”要么就在這裡滅亡”。值得慶幸的是，隨著最近可擴展性的升級和具有突破性的Layer2擴展工具的推出，讓該項目成功指日可待。
廣義上講，有兩種方法來克服可擴展性三元悖論。 “Layer1″或”鏈上”擴展的重點是改善區塊鏈本身；”Layer2″或”鏈下”擴展的重點是改善區塊鏈的使用方式。
第一層
在以太坊生態系統中，領先的Layer1擴展建議指的是”分片”，它將通過創建新的鍊或”分片”來橫向拆分交易數據庫，來減少每個驗證者需要處理的數據量。這會讓分佈式網絡處理的交易總量超過單個節點的計算能力。最終，這將降低加入分佈式網絡的新驗證者的門檻，增加其吞吐量，並降低在其上交易的成本。
然而，Layer1的擴展方式存在著嚴重的限制。這種擴展方式涉及極具挑戰性的計算機科學和博弈論挑戰，並且其中許多挑戰在以前從未被解決過。對協議進行硬分叉也是實施它們的一個重要基礎；作為一個實際問題，這需要在所有的利益相關者圍繞每一個Layer1的升級都要建立強大的共識。在任何復雜和分散的系統一樣，這是一項艱鉅且耗時的提議。
一直受困擾的“ETH-2”的以太坊的硬分叉升級計劃被長期拖延，這表明了在技術和社區協調方面，實施重大的Layer1變化的難度很大。
2層
Layer1的解決方案專注於改善核心區塊鏈的性能，而Layer2方式則著眼於改善區塊鏈的使用方式。它的支持者認為，由於分佈式賬本本質是受容量限制的，因此它們應該只承載價值最高的交易數據。 Layer2將低關鍵性的操作遷移到鏈下，但將資產和加密貨幣留在Layer2。它允許用戶隨時返回到Layer2以解決糾紛或收回他們的加密資產。這將Layer2的操作固定在本地Layer2的安全性中，釋放核心區塊鏈上的寶貴區塊空間。最終，這使得Layer2能夠以更快的速度和更低的成本處理更多的交易量。
Layer2的解決方案主要有以下三種類型：狀態通道、側鏈與rollups。雖然這三者都可以為區塊鏈容量提供複合收益，但以太坊社區已經將rollups作為擴展網絡的最有前途的方式。雖然其它Layer2的解決方案在安全性或去中心化方面在接受重大折衷後可以實現可擴展性，但rollups接受一些中心化而不犧牲去信任化（這是去中心化的關鍵優先事項）。
Rollups將大部分計算轉移到鏈下，然後定期將批量交易數據和由此產生的狀態根推送到Layer1區塊鏈上。通過在主網之外執行操作，但在Layer1記錄交易數據和/或證明，’rollups’能受益於核心區塊鏈的安全性，同時能夠實現更大的吞吐量並大幅降低費用。廣義上講，rollups有兩種類型：ZK-Rollups和Optimistic Rollups。
ZK Rollups將計算轉移到Layer2，並定期對主鏈外進行的交易數據進行批處理和壓縮，生成其完整性的有效性證明，並將其發佈到Ethereum主網。通過發布每個狀態轉換的正確性證明，ZK-Rollups保證了鏈上狀態的有效性，並允許用戶立即提款。但是這些證明的計算很複雜，也很耗時。即使開發人員最終能夠將Solidity 與ZK Rollup 技術結合使用，但他們目前需要用自定義編程語言重新編寫智能合約。就目前而言，ZK-Rollups是最適用於實現直接支付的項目，例如去中心化交易所或支付平台。
我們之前投資的StarkWare，它現在是ZK-Rollup 技術的領先先驅。在2020年中期，Starkware通過使用StarkEx在以太坊上設置130萬個帳戶，並在12小時內為每個帳戶設置初始餘額的方式，展示了StarkEx（其支持去中心化交易的ZK-Rollup 可擴展性引擎）的強大能力。如果這種行為直接在主網上運行，這個過程將消耗以太坊網絡4.5天的全部容量。 StarkEx在僅僅12小時內以驚人的，在每筆交易的平均成本為0.003美元的成本和占以太坊容量的2.5%的條件下，運營了整個過程。
與ZK-Rollups不同，Optimistic Rollups假設交易是有效的，並且只在出現挑戰的情況下運行欺詐證明。 Optimistic Rollups依賴各方驗證Layer2提交的數據——並挑戰不正確的狀態——以維護轉換的完整性。雖然計算效率很高，但這迫使用戶在他們可以訪問他們的資金之前需要等待一個挑戰期。雖然如此，Optimistic Rollups帶來的可擴展性優勢是巨大的，它可以將以太坊的gas費用降低10,000+%，並將吞吐量提高多達200倍。
Arbitrum等項目使用Optimistic Rollup技術，可輕鬆集成現有DApp，並支持在鏈下層面執行任意EVM代碼，同時對底層智能合約做到最小的更改。自2021年8月推出以來，已有250多個開發團隊開始在Arbitrum之上進行開發。該項目被Reddit選中，用來啟動其自己的Layer 2 rollup，Aave、Balancer、Band Protocol、Coinbase Wallet、Chainlink、Curve、DAI 穩定幣、Etherscan、Dodo、Metamask、Shapeshift、Sushiswap 和Uniswap 都已上線或即將與Arbitrum的技術進行整合。
Optimistic和ZK Rollups的能力和承諾是，通過將交易錨定在本地Layer 1安全性中，讓用戶可以選擇恢復到Layer 1來收回他們的資產或解決糾紛。他們為用戶和運營商創造了博弈論激勵，讓他們誠實地行事。這使它們成為創建安全且可擴展的網絡的重要催化劑，用戶可以在該網絡上進行交易，而無需信任中心化中介或其交易對手。簡而言之，區塊鍊和加密貨幣的承諾是顯而易見的。在最近推出備受關注的Layer 2擴展項目之後，現在這一承諾比以往任何時候都更容易實現。
解決可擴展性意味著什麼
為了讓基於區塊鏈的協議複製並最終取代傳統金融的支柱，它們需要匹配或超過其基礎設施的性能。如果沒有Layer 2的幫助，以太坊主網每秒只能處理15-20筆交易（TPS）。比特幣主鏈只能處理7筆。相比之下，VisaNet支付網絡平均處理大約1,700 TPS，納斯達克處理大約500-1,000TPS。隨著Layer 2的推出，這種差距將會縮小或消失。預計僅使用Rollup就會將以太坊上的TPS提高到1,000到4,000TPS之間。
狀態通道和側鍊等其它Layer 2 解決方案將增加生態系統的容量，以及像Polkadot這樣的高度可擴展的以太坊替代品也將會增加。綜合來看，這些工具將使創建基於區塊鏈，提供即時轉賬以實現快速結賬並保證結算的銷售點支付系統成為可能，其吞吐量可與Visa網絡相媲美。
在短期內，更高的交易速度和更低的成本所帶來的好處將在DeFi領域得到最強烈的感受。遷移到Layer 2的應用程序將提供較低的交易費用和更低的最小交易規模，並把它們其顯著的成本節省狀態傳遞給用戶。這將推動DeFi的整體交易量，吸引那些以前不願意直接在以太坊上進行交易的離開集中式交所易的零售用戶或像使用Binance Smart Chain這樣不太安全的替代方案的用戶。
例如，允許dYdX的Starkware整合，為用戶提供更高的最大槓桿門檻，降低清算的懲罰，以及交叉利潤的交易功能。
DeFi协议本身也将得到改进。像Perpetual Protocol和dYdX这样的应用程序允许用户使用保证金和杠杆做多或做空加密货币资产；当已发布抵押品的价值低于指定阈值时，抵押品将被自动清算。当交易需要几分钟来处理时，该清算机制的功能是次优的，但在一个接近瞬时交易的规模化生态系统中，它发挥的作用是更有效、更精确地。这显著地提高了DeFi协议的资本效率。例如，允许 dYdX 的 Starkware 集成，为用户提供更高的最大杠杆阈值、更低的清算罚款和交叉保证金交易功能。
更廣泛地說，高吞吐量、幾乎免費和即時交易的出現，將使基於區塊鏈的協議能夠與傳統網絡瀏覽器上的用戶體驗相媲美或超越。從歷史上看，試圖構建去中心化的Facebook、魔獸世界、Visa 或SecondLife的嘗試在建立過程中基本上停滯的一個原因是，公共區塊鏈缺乏處理每秒需要的數百或數千次計算的應用程序的能力。
借助將吞吐量提高50-1,000倍的擴展工具，過去速度太慢或計算密集而無法在核心區塊鏈上運行的應用程序將會實現可行。這將標誌著基於區塊鏈的項目的可尋址市場的規模和範圍的前所未有的擴張，開啟下一代的去中心化社交媒體、虛擬世界、小額支付平台、遊戲生態系統等。
結論
為了讓基於區塊鏈的系統實現其透明、安全、抗審查和保護隱私的金融基礎設施的願景，擴大生態系統的能力將需要成為一個迭代的、持久的項目。眼前，Layer 2的解決方案可以提供強大、靈活、複合工具。隨著時間的推移，擴展Layer 1的最佳方法很可能是提高其作為數據可用性引擎的效率，以優化Layer 1的能力，能讓Layer 2在其上運行。在真正的去中心化的潮流中，擴展的問題正在並將會繼續由各種互補的解決方案來處理。
就目前而言，Layer 2正引領著向可擴展、可堆積的區塊鏈生態系統的方向發展，並且我們迫不及待地想看到它們釋放的創新浪潮。
