如果基於智能合約的區塊鏈想要成長為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。
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万億美元的交易，其中超過1700億美元鎖定在該平台上。
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為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台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台是微不足道的(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，它們可以分為以下幾個類別：
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第1層區塊鏈(與以太坊競爭)
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側鏈(與以太坊互補)
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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。
第1 層
以太坊被認為是第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為代價。
在過去10個月裡，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。
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。為了彌補這一差距，許多第1層採用了一種稱為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)為例。通過發布一個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。
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
側鍊和新的第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。因為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。
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。
多邊形POS
像Ronin這樣的側鍊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側鍊是行業領導者，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，它是作為框架的一部分構建的，以擴展以太坊，而不是與之競爭。 Polygon團隊認為，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還通過一個稱為檢查點的過程與以太坊保持著一種特殊的關係)。
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，用戶紛紛湧向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)。
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。為此，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，这也带来了显著的缺点：
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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。
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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。
如果我們可以藉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，這意味著第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為中心”，以此表達對這一想法的敬意。
Rollup的工作原理
第2層通常被稱為Rollup，因為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 層匯總上卸載計算（便宜！）。
然而，當結果被發回以太坊時，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布不正確的信息?這些關鍵問題區分了兩種類型的Rollup：Optimistic Rollup和ZK-Rollup。
樂觀匯總
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操作人員發布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。作為一種制衡，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為(記住，區塊鍊是透明的，任何人都可以查看正在發生的事情)。如果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為。在某些情況下，這可能長達一周，但我們預計這些延遲會隨著時間的推移而減少。
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，隨著許多領先的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。
樂觀的以太坊仲裁者
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，兩家公司都保持著中心化控制的水平，但都計劃隨著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。
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。
Arbitrum也被選為Reddit的擴展解決方案，因為他們期待已久的努力為社交媒體平台的5億活躍用戶標記社區點。
零知識匯總
Optimistic Rollup假設交易是有效的，並為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。
隨著捆綁交易的結果，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可能成為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。
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布。 (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，作為擴展以太坊的長期解決方案，這主要是因為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。
一個破碎的世界
從長遠來看，如果智能合約平台想要擴展到數十億用戶，這些可擴展解決方案是必要的。然而，在短期內，這些解決方案可能會給用戶和加密運營商帶來重大挑戰。從以太坊導航到這些網絡需要使用跨鏈橋，這對用戶來說是複雜的，並帶有潛在的風險。例如，一些跨鏈橋樑已經成為攻擊目標。
更重要的是，多鏈世界打破了可組合性和流動性。考慮到Sushiswap目前在Ethereum、Binance Smart Chain、Avalanche、Polygon 和Arbitrum 上實現。 Sushiswap的流動性曾經集中在一個網絡(以太坊)上，現在它分佈在五個不同的網絡上。
以太坊應用一直受益於可組合性——例如，以太坊上的Sushiswap可以與Aave或Compound等其他以太坊應用即插即用。隨著應用程序擴展到新的網絡，在第1層/側鏈/第2層實現的應用程序不再能夠與在另一層實現的應用程序組合，限制了可用性，並給用戶和開發人員帶來了挑戰。
一個不確定的未來
像Avalanche或Solana這樣的新1層會繼續成長，與以太坊競爭嗎? 像Cosmos或Polkadot這樣的區塊鏈生態系統會激增嗎?側鏈會繼續與以太坊和諧運行，承擔其過剩的容量嗎?或者與以太坊2.0相結合的Rollup會勝出嗎?沒有人能肯定地說。
雖然未來是不確定的，但有這麼多聰明的團隊致力於解決開放的、無需許可的網絡所面臨的最具挑戰性的問題，我們應該感到安慰。正如寬帶最終幫助互聯網支持了許多革命性的應用程序，我們相信我們最終會以同樣的眼光看待這些成功的規模解決方案。
來源：https://blog.coinbase.com/scaling-ethereum-crypto-for-a-billion-users-715ce15afc0b
作者：賈斯汀·馬特和康納·登普西
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