介紹
區塊鏈領域中最具爭議的話題之一無疑是可擴展性。
更具體地說，擴展以太坊已經被證明是一個具有挑戰性但必要的操作；隨著其日益流行，要求將交易包含在區塊中的請求增加，從而導致交易成本增加。以太坊主網以每秒處理約15筆交易，所以似乎有必要提高吞吐量。
為了減輕以太坊節點的負擔，出現了許多限制主網所需處理或存儲量的解決方案，每個解決方案都有自己的優點和缺點。
為了提高以太坊網絡在其實際單鏈配置中的速度，現在正在使用多種可替代的擴展策略；它們都旨在從以太坊主區塊鏈上卸載交易處理以提高可擴展性，但它們確實這以各種不同的方式。
值得注意的是，這些擴展技術並不僅限於以太坊，也可能用於其他網絡。
今天這篇文章的目的是介紹區塊鏈生態系統中主要的擴展可能性。
實際上，現有技術有各種共識算法和新的實現，比如分片方法，它們直接在基礎層解決可擴展性問題。
正如在之前的報告中所預期和解釋的，分片鏈僅佔當前區塊鏈的一小部分，這些區塊鏈在最近幾個月引起了人們的極大興趣，包括在Harmony One 上的DeFi Kingdoms和Aurora (Near Protocol的EVM兼容鏈)的引入。這些生態系統發展的主要驅動力是部署在其中的應用程序，其更快的速度和更便宜的gas費用會給用戶帶來更好的體驗。
在分片鏈家族中，有可能找到以太坊2.0。
此外，還有構建在rollup之類的側鍊和解決方案；這種技術繼承了來自主層的所有安全性和共識協議，使它們比大多數其他擴展技術具有更大的優勢。在這方面，這些解決方案可以被歸類為“非託管”側鏈。
從本質上講，rollup收集大量的交易，在鏈下計算它們，然後將它們作為單個鏈上交易進行廣播。
目前在以太坊主網上活躍的rollup分為兩種類型：
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ZK-Rollup(其中Zk代表零知識)，由有效性證明支持
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Optimistic，通過欺詐證明實現
在深入這個領域之前，有必要提一下什麼是“零知識”證明。
零知識證明
從它的純定義開始，零知識證明(Zero Knowledge Proof, ZKP)是一組工具，可以在不揭示潛在假設的情況下驗證信息。
“零知識”的表達源於沒有提供任何(“零”)關於特定事實的信息的想法：這是由一組加密技術實現的，該技術使“證明者”能夠在不披露任何數據的情況下，以數學方式向“驗證者”表明一個計算斷言是有效的。
ZKP已經被引入到區塊鏈域以改進其功能。零知識證明可以分為交互式和非交互式兩種類型。
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交互式ZKP要求證明者進行一系列的活動或行動，以說服驗證者他們擁有某些知識。交互式ZKP中所需的大部分活動都包含了數學概率思想。
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非交互式zkp不需要證明者和驗證者之間的交互，否則驗證可能會在之後發生。在這種情況下，這類ZKP需要額外的計算機或軟件。
所有的零知識證明(交互或非交互)必須滿足三個先決條件:
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完整性：如果一個陳述為真，驗證者可以驗證證明者持有所有必要的輸入。
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有效性：斷言不能被反駁，驗證者不能被說服證明者有必要的輸入。
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零知識：驗證者除了斷言是真還是假之外沒有其他信息。其他各方的信息和個人數據保持匿名。
ZK-Rollup
零知識Rollups將所有交易數據提交到主鏈，它們使用所謂的Zk-Snark驗證交易。
該加密工具由Vitalik Buterin於2018年推出。
縮寫SNARK代表s uccinct, n on-interactive argument of Knowledge：
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簡潔意味著證明比基礎數據更短。
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知識論證表明，如果沒有適當的“證人”或證據來證明他們所證明的東西是真實的，一個證明者就不能構建被驗證的證明。
一旦這些驗證證明完成並發佈到主鏈，其中包含的所有交易都被聲明為final。 L2節點構造這些證明所需的處理能力非常高，因為它們使用加密活動。
ZK-rollup通過中繼者(也稱為操作者或驗證者)合併交易，然後由中繼者生成零知識證明來證明交易的真實性。在此之後，在主層上提交並發布證明。
Optimistic Rollup
Optimistic Rollups的基本假設是，所有已處理的交易都是有效的。事實上，這個名字來源於節點對鏈的樂觀狀態。
每當發現交易無效時，節點可以通過提供欺詐證明來質疑發現錯誤交易的整批交易：支持樂觀的底層系統將在主鏈上重新運行一批交易rollups（樂觀虛擬機，OVM）。
總的來說，OVM 允許L2上的交易完成，即使它們已被L1拒絕為無效；如果交易被認為無效，L2鏈會重置到欺詐交易被發現之前的狀態。由於欺詐性交易，所有後續交易都變得無用。
由於這種樂觀的方法是建立在提交的交易總是真實的前提下，直到被證明是不同的，所以它被認為有點“基於信任”。
如果在生態系統中為玩家提供了適當的激勵，那麼這個假設就會變得現實。然而，為了防止出現最壞的情況，也有必要採取額外的預防措施。例如，當將資金從L2轉移到L1時，Optimism 有7天的持有時間，以便為驗證者提供足夠的時間來發現和標記任何欺詐性交易。
Optimism和Arbitrum是在以太坊上實現的兩個最新的Optimistic Rollups，它們是同類中最重要的。這些解決方案在以太坊社區中得到了大量關注和報導。
Validium
以類似於ZK-rollup的方式運行，不同之處在於數據保存在鏈下。因為交易數據不是發佈在區塊鏈上的，所以有必要採用額外的信任假設，因為用戶必須信任運營者，以便在需要時可以訪問數據。
Validium的鏈下數據存儲有很多好處，包括更快的交易速度和保障了客戶隱私，因為交易是不允許公眾訪問的。
然而，由於數據是在鏈下保存的，因此用戶將無法輕鬆顯示他們在智能合約中的可用金額。
因此，為了籌集資金，他們必須從中繼者那裡獲得數據，並且必須對中繼者的可用性做出假設。
為了解決這個問題,，StarkWare等解決方案提供了一個數據可用性委員會(DAC)，使它存儲所有鏈下數據並在緊急情況下可以公開訪問，從而使用戶能夠減少對這些中繼者的依賴。因為它們仍然是使用零知識證明，不存在傳播錯誤狀態的危險；相反，用戶此時必須相信的只是信息的及時性。
Validium 解決方案是最近才出現的，因為它們建立在ZK-rollup所奠定的基礎上，如果擴展解決方案的有效性證明套件越來越流行，它們可能會獲得動力。
Validium的項目包括DeversiFi、ZKSwap(支付和交易平台)、Sorare(足球NFT遊戲)和Immutable X (NFT市場)。
Plasma
在Plasma家族中，你可以找到幾個基本複制以太坊的區塊鏈，它們通過信任最小化的橋架構連接到以太坊。每個Plasma鏈都可以採用自己的交易驗證流程，但以太坊區塊鏈仍然是真理的最終權威。
Plasma用戶不需要對運營者抱有信心，而且總是有機會收回他們的現金，即使是在運營者不誠實或進行阻礙的情況下。雖然Plasma的發佈在以太坊社區引起了極大的興趣，但它也帶來了一些挑戰：新數據可用性的混合網絡攻擊，要求用戶監控交易來檢測惡意行為，以及對如果大量用戶試圖同時退出Plasma 鏈，主鏈上的數據容量會減緩基於Plasma 的系統的採用。
此外，許多Plasma 設計一直受到一系列用戶體驗和安全問題的困擾，它們並不能促進智能合約的開發。例如，OMG和Polygon現在已經放棄了Plasma，這讓一些人認為它已經死了。
比較
到目前為止，由於其允許開發者將他們的以太坊應用“複製和粘貼”到L2平台上的特性，Optimistic Rollups得到了最大的關注和接受。
領先的以太坊主網應用，如Uniswap和Synthetix，已經開始使用基於概率Rollups解決方案的Optimistic Rollups解決方案部署他們的應用。類似地，ZK-rollup和Validium解決方案雖然目前對通用智能合約提供的支持非常有限，但仍在積極實施中。
ZK-rollup相對於Optimistic rollup的一個主要優勢是沒有退出時間。中繼者將無法欺騙系統，因為使用零知識證明來建立交易的真實性。
一般而言，這些舉措的發展高度依賴於他們可以提供什麼。零知識證明EVM 兼容性的未來有望很好地促進基於有效性證明的L2 解決方案組合的增長。
隨著Matter Labs和StarkWare率先通過選擇數據可用性來使用這些證明的可訪問性，它們可能會超過Optimistic rollup。零知識證明所提供的安全性，以及中繼者發布惡意活動的難度，使得L2系統使用它們的能力的未來看起來更加光明。
截至今天，整個L2領域的鎖定總價值約為60億美元。
從下面的圖表中可以看出，我們已經從門戶網站L2Beat獲得了更新的數據，其中突出顯示了Optimistic Rollups如何保持市場領先地位，佔總市場價值的70%，其中Arbitrum以31億美元排名第一。採用ZK-Rollup的L2應用程序dYdX以9.95億美元的價值位居第二。到目前為止，Validium 提供了一個較低的TVL，隨著IMX 和Sorare 的出現，這看起來很有希望。
結論
預計rollup的使用將是未來最常見的擴展方法。考慮到功能完備的以太坊2.0的發布還有很長一段時間，它們可能還會存在很長一段時間。
可組合性是以太坊的一個關鍵元素，它使網絡中的任何人都可以輕鬆地在現有資產之上或圍繞現有資產構建新的用例。
事實上，如果你是以太坊網絡的用戶，這給了你很多自由；你可以在同一個安全框架下進行相對複雜的交易，在同一條鏈上，通過一些用戶友好的活動進行相對複雜的交易。
雖然L2解決方案通過降低費用明顯改善了用戶體驗，但它們也提供了獨立執行環境的選項。
最近，在實現方面出現了很多猶豫不決的情況，因為應用程序開發人員在選擇部署在哪個平台上之前，一直在等待看到哪個L2解決方案受到歡迎。
一個或幾個L2之間的集成將是未來的關鍵發展。它不僅對整個以太坊生態系統的網絡效應有影響，而且對更廣泛的智能合約平台環境也有影響。
Source：https://medium.com/coinmonks/how-to-scale-ethereum-a-comprehensive-analysis-of-all-the-actual-layer-2-environment-3e909d4e679f
