整個以太坊網絡每年處理價值數万億美元的事務，當前有價值超過1700 億美元的資產被鎖定在該平台上。
撰文：Justin Mart & Connor Dempsey
編輯：南風
截至2021 年底，以太坊已經發展到支持DeFi、NFTs、遊戲等領域的數千個應用。整個以太坊網絡每年處理價值數万億美元的事務，當前有價值超過1700 億美元的資產被鎖定在該平台上。但以太坊的去中心化設計將其可以處理的交易量限制在每秒15 筆。由於以太坊的受歡迎程度遠遠超過這個吞吐量，這帶來的結果是漫長的等待以及每筆交易的費用高達200 美元。最終，這使許多用戶望而卻步，並限制了以太坊網絡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能夠支撐數十億用戶使用其金融和Web 3 應用程序，就需要可擴展性解決方案。值得慶幸的是，“裝甲部隊”已經開始到來，最近有許多被提議的解決方案已經上線。
競爭還是互補？
可擴展性解決方案的目標是增加可公開訪問的智能合約平台能夠處理的交易量，同時保持足夠的去中心化。需要記住的是，通過由單一實體管理的中心化解決方案來擴展智能合約平台是輕而易舉的(Visa 每秒可以處理45,000 筆交易)，但這又讓我們回到了原點：一個由一小撮強大的中心化參與者掌控的世界。解決這一問題的方法有兩種：(1) 構建與以太坊競爭的全新網絡，使其能夠處理更多的活動；或者(2) 構建與以太坊互補的網絡，使其能夠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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L1 (第一層) 區塊鍊網絡(與以太坊相競爭)
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側鏈(稍微與以太坊互補)
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L2 (第二層) 網絡(與以太坊互補)
雖然它們在架構和方法上各不相同，但目標是相同的：讓用戶在無需支付高昂費用或經歷長時間等待的情況下實際使用這些網絡(比如與DeFi、NFTs 等進行交互)。下圖劃分了當前的智能合約可擴展性格局：
下面我們分別來闡述一下這些方案：
L1 區塊鍊網絡
以太坊是一條L1 區塊鏈，也即一個同時執行交易和保護資金安全的獨立網絡。想要使用Uniswap 等DeFi 應用來將100 USDC 兌換為DAI？以太坊是所有這一切發生的場所。其他競爭性的L1 網絡能做以太坊所做的一切事情，區別在於這些全新的L1 網絡系統的設計能夠實現更高的吞吐量，從而降低了交易費用，但它們通常都是以增加網絡的中心化為代價。在過去10 個月裡，一些新的L1 網絡陸續上線，在此期間這些網絡上的TVL (鎖倉總價值) 從0 美元飆升至合計750 億美元左右，目前主要由Solana、Avalanche、Terra 和幣安智能鏈(BSC) 引領，且它們都擁有不斷增長的生態系統，TVL 均超過100 億美元。如下圖所示：
上圖：2021年以來，除以太坊之外的其他主要L1 網絡的TVL 增長情況。
所有L1 網絡都在相互競爭以吸引開發者和用戶。但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變得容易) 的情況下，實現這一目標是很困難的。為了填補這一缺口，許多L1 區塊鍊網絡採用了兼容EVM (以太坊虛擬機) 的策略。 EVM 即以太坊虛擬機，它本質上是執行計算以完成交易的「大腦」。這些以太坊之外的L1 網絡通過使自己兼容於EVM，這樣以太坊上的開發者就可以很輕鬆地將他們現有的以太坊應用部署到這些新的L1 網絡中，實際上只需要復制粘貼代碼即可。用戶也可以輕鬆地使用現有的錢包應用來訪問這些兼容於EVM 的L1 網絡，從而對用戶而言，網絡遷移變得簡單。以BSC 為例。通過發布一個兼容於EVM 的網絡，並調整共識機制以實現更高的吞吐量和更加便宜的網絡成本，BSC 在去年夏季見證了許多DeFi 應用的使用量激增，這些應用與現有的受歡迎的以太坊應用(比如Uniswap、Curve 等) 相類似。與此同時，Avalanche、Fantom、Tron 和Celo 等網絡也採取了同樣的方式。不同的是，目前Terra 和Solana 不支持EVM 兼容性。
上圖左邊為兼容EVM 的L1 網絡的TVL；右邊為不兼容EVM 的L1 網絡的TVL。數據截至10月26日。
專注於互操作性的區塊鍊網絡
另一類稍有不同的L1 網絡是像Cosmos 和Polkadot 這樣專注於互操作性的區塊鏈生態系統。這些項目不是構建新的獨立區塊鏈，而是構建讓開發者創建應用專用型區塊鏈的標準，從而使得這些區塊鏈能夠彼此通信。例如，這種系統可以允許某個專注於遊戲的區塊鍊網絡上的代幣在另一個專注於社交的區塊鍊網絡上的應用中使用。目前，使用Cosmos 標準來搭建的區塊鍊網絡中共計保護著價值超過1000 億美元的資產，這些區塊鍊網絡最終可以互操作。與此同時，Polkadot 最近也迎來了一個里程碑(注：Polkadot 最近開始了其平行鏈插槽拍賣)，也將以類似的方式統一其區塊鏈生態系統。簡言之，以太坊現在有多樣化的直接競爭對手，而且還會有更多競爭對手。
側鏈
誠然，側鏈與上述新的L1 區塊鏈之間的區別是模糊的。側鏈與其他兼容於EVM 的L1 區塊鏈非常相似，除了側鏈的目的是處理以太坊的過剩容量，而不是作為一個整體與以太坊相競爭。側鏈的生態系統與以太坊社區緊密相連，以互補的方式託管以太坊應用。比如，當前熱門的「邊玩邊賺」遊戲Axie Infinity 使用的側鏈Ronin 就是一個典型例子。 Axie Infinity 是一款最初在以太坊上構建的NFT 遊戲，但由於以太坊的高費用使得玩這款遊戲變得非常昂貴，因此該遊戲背後的開發團隊創建了以太坊側鏈Ronin，從而允許玩家將他們的NFTs 和代幣從以太坊轉移至一個低費用的環境。這使得更多用戶能夠負擔得起玩這款遊戲，並推動了該遊戲的大受歡迎。自2021 年2 月Axie Infinity 遷移至Ronin 側鏈以來，該遊戲的日活用戶呈現快速增長，如下圖所示：
上圖：Axie Infinity 遷移至Ronin 側鏈以來的日活用戶呈現快速增長。
截至撰文時，用戶已經從以太坊轉移了超過75 億美元到Ronin 上來玩Axey Infinity。
多邊形權益證明
像Ronin 這樣的側鍊是應用專用型的，而像Polygon PoS 等其他側鏈則適用於更通用的應用。當前，Polygon PoS 側鍊是行業領導者，撰文時該網絡上的TVL 超過了50 億美元，部署了超過100 個DeFi 和遊戲類應用，包括人們熟知的Aave 和Sushiswap，以及Uniswap 的克隆版本Quickswap。同樣，Polygon PoS 看起來與其他兼容於EVM 的L1 區塊鏈沒有什麼不同，但它是作為擴展以太坊的框架的一部分，而不是與以太坊競爭。 Polygon 團隊表示，在未來，以太坊網絡仍然是主要用於高價值交易和價值存儲的區塊鏈，而日常交易將轉移至Polygon 的低成本區塊鏈上。 (Polygon PoS 還通過一個稱為「檢查點」(checkpointing) 的過程與以太坊保持著一種特殊的關係。) 由於交易費用不到一便士，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，該網絡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)，如下圖所示：
上圖：2021年1月以來，Polygon PoS 網絡中的日交易量(綠線) 對比以太坊網絡的日交易量(藍線)
L2 網絡(Rollups)
L1 區塊鍊和側鏈都存在一個明顯的挑戰：確保區塊鍊網絡的安全。為此，他們必須向一批新的礦工或PoS 驗證者支付費用，從而使他們驗證和確保交易安全，通常這是以網絡原生代幣的通脹來實現(比如Polygon 的MATIC 和Avalanche 的AVAX 等)。然而，這也帶來了明顯的缺點：
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擁有一種原生代幣自然會使你的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和具有挑戰性的任務，你的網絡將無限期地負責這項任務。
但如果我們可以在繼承以太坊的安全性的基礎上來創建可擴展的生態系統，這不是更好嗎？這就是我們接下來要講述的L2 網絡，具體來說就是Rollups 網絡。簡而言之，L2 網絡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L2 不需要有本地代幣——所以它們不僅對以太坊更有互補性，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”，以此表達對這一理念的重視。
Rollups 如何運作？
L2 網絡通常被稱為Rollups，因為它們會將交易“捲起來”以捆綁的方式在一個新的(鏈下) 環境中執行，然後將更新的交易數據發送回以太坊(鏈上)。與其讓以太坊網絡單獨處理1000 筆來自Uniswap 的交易(這很昂貴！)，Rollups 會將交易分批次地在鏈下完成計算，之後再將計算結果提交至以太坊上(這更便宜！)。那麼，當計算結果被發佈到以太坊上時，以太坊要如何知道這些數據是正確和有效的呢？以太坊如何阻止人們發布不正確的信息？這些問題正是區分兩種不同類型的Rollups 的關鍵：Optimistic Rollups 和ZK-Rollups。
1) 樂觀匯總
當向以太坊提交計算結果時，Optimistic Rollups 會“樂觀地”假設它們是有效的。換句話說，Optimistic Rollups 網絡會讓其運營者發布他們想要發布的任何數據(包括潛在的不正確/欺詐性數據)，並假設這些數據是正確的！但是Optimistic Rollups 也有方法來對抗欺詐。作為一種制衡，任何向以太坊主網發起的提款都有一個時間窗口(約7天) 等待期，任何人都可以在此期間檢查是否有欺詐行為(請記住，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發生了欺詐行為(也即通過提交欺詐證明(fraud proof))，那麼Optimistic Rollups 將恢復(撤銷) 任何欺詐性交易，並懲罰惡意參與者和獎勵該觀察者(這是一個很聰明的激勵系統！) 當然其缺點是，當你在Optimistic Rollups 網絡和以太坊網絡之間轉移資金時，會有一個短暫的延遲，用於查看是否有任何觀察者發現任何欺詐行為。在某些情況下，這可能長達一周時間，但我們預計這些延遲會隨著時間的推移而減少。關鍵點在於，Optimistic Rollups 本質上是與以太坊聯繫在一起的，並且當前已經準備好幫助以太坊擴容。因此，隨著許多領先的DeFi 項目部署/轉移到主要的Optimistic Rollups 網絡(包括Arbitrum 和Optimistic Ethereum)，我們已經看到了強勁的初期增長。
設計師和樂觀的以太坊
Off-chain Labs 的Arbitrum 網絡以及Optimism 的Optimistic Ethereum 網絡，是當前實現了Optimistic Rollups 的兩個主要項目。值得注意的是，這兩個項目都仍處於早期階段，因此它們背後的團隊都仍對各自的網絡保持著中心化的控制水平，但都計劃隨著時間的推移來實現去中心化。據估計，一旦成熟，Optimistic Rollups 可以提供10 – 100 倍的可擴展性提升。甚至在早期，Arbitrum 和Optimism 上的DeFi 應用就已經積累鎖倉了數十億的網絡價值。 Optimism 在DeFi 採用方面更早一些，該網絡上部署的7 個DeFi 應用的合計TVL 超過了3 億美元(見下圖)，其中最知名的是Uniswap、Synthetix 和1inch。
上圖：Optimism 網絡的TVL 增長情況
Arbitrum 則更進一步，在該網絡上60 多個應用(包括熟悉的DeFi 協議，如Curve、Sushiswap 和Balancer 等) 的TVL 合計大約為25 億美元。如下圖所示：
上圖：Arbitrum 網絡的TVL 增長情況。
Arbitrum 也被Reddit 選為其擴展性解決方案，作為這個社交媒體平台為其3 億月活躍用戶的社區積分進行代幣化的努力。
2) 零知識匯總
如前所述，Optimistic Rollups 假設交易是有效的，並為他人證明欺詐而留出時間。相比之下，ZK-Rollups 則實際上向以太坊網絡證明交易是有效的。除了提交被捆綁交易的計算結果，ZK-Rollups 還向一個以太坊智能合約提交一個「有效性證明」(validity proof)。顧名思義，有效性證明讓以太坊網絡驗證這些交易的有效性，從而使得中繼者(relayer) 不可能欺騙系統。這就消除了像Optimistic Rollups 那樣存在欺詐證明窗口期，因此在以太坊網絡和ZK-Rollups 之間轉賬實際上是即時的。雖然即時結算且沒有窗口等待期聽起來很棒，但ZK-Rollups 並不是沒有權衡。首先，生成有效性證明需要大量計算，因此需要高性能的機器來完成；其次，圍繞有效性證明的複雜性使得ZK-Rollups 更難以兼容EVM，因此限制了可以部署在ZK-Rollups 上的智能合約類型。正因如此，Optimistic Rollups 要先一步進入市場，並且更有能力解決目前以太坊的可擴展性問題；但從長遠來看，ZK-Rollups 可能成為一種更好的技術解決方案。
ZK Rollup 的採用
ZK-Rollup 的格局很深，有多個團隊和實現正在進行中或處於生產中。一些知名的參與者包括Starkware、Matter Labs、Hermez 和Aztec 等。當前，ZK-Rollups 主要支持相對簡單的應用，比如支付或交易所(因為目前ZK-Rollups 能夠支持的應用類別有限)。比如，衍生品交易所dYdX 使用了由Starkware 團隊開發的ZK-Rollup 方案StarkEx，該方案支撐了近500 萬筆的周交易量和dYdX 超10 億美元的TVL。
上圖：dYdX 協議的TVL 增長趨勢。
然而，真正值得稱讚的ZK-Rollups 方案是完全兼容於EVM 的ZK-Rollups，這將使其能夠支持流行的通用應用程序(比如所有的DeFi 應用)，並且無需像Optimistic Rollups 那樣存在取款延遲。這方面的主要參與者是Matter Labs 的zkSync 2.0、Starkware 的StarkNet、Polygon Hermez 的zkEVM 和Polygon Miden，它們目前都正在致力於主網發布。 (與此同時，Aztec 專注於將ZK (零知識) 證明應用於隱私。) 許多業內人士(包括以太坊聯合創始人Vitalik Buterin) 都將ZK-Rollups 與以太坊2.0的結合作為擴展以太坊的長期解決方案，這主要是因為ZK-Rollups 能夠在不犧牲安全性和去中心化的情況下基本上每秒處理數十萬筆交易。即將推出的完全兼容於EVM 的ZK-Rollups 將是以太坊發展過程中需要關注的關鍵事件之一。
碎片化的世界
從長遠來看，如果智能合約平台想要擴展到數十億用戶，上述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運營者帶來重大挑戰。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(比如Poly Network) 已經成為黑客攻擊的目標更重要的是，多鏈世界打破了可組合性，並使流動性碎片化。比如Sushiswap 目前在以太坊、BSC、Avalanche、Polygon 和Arbitrum 上實現；Sushiswap 的流動性曾經集中在一個網絡(即以太坊) 上，而現在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 等其他以太坊應用組合。隨著這些應用擴展到新的網絡，在其他L1、側鍊或者L2 網絡上實現的應用不再能夠與在另一個網絡上實現的應用進行組合，限制其可用性，給用戶和開發者帶來挑戰。
不確定的未來
像Avalanche 或Solana 這樣的新L1 區塊鍊網絡會繼續成長並與以太坊競爭嗎？像Cosmos 或Polkadot 這樣的區塊鏈生態系統會快速增長嗎？側鏈會繼續與以太坊和諧運行，承擔其過剩容量嗎？或者與以太坊2.0相結合的Rollups 會勝出嗎？沒有人能肯定。雖然未來是不確定的，但每個人都可以感到安慰的是，有這麼多聰明的團隊致力於解決開放的、無許可的區塊鍊網絡所面臨的最具挑戰性的問題。正如寬帶最終幫助互聯網支持了許多革命性的應用(比如YouTube 和Uber)，我們相信最終也能從同樣的角度來看到那些獲勝的可擴展性解決方案。
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