第2 層是指建立在區塊鏈（通常稱為第1 層網絡）之上的任何鏈下網絡、系統或技術，有助於擴展底層基礎層網絡的功能。第2 層網絡可以支持任何區塊鏈以引入增強功能，例如更高的交易吞吐量。
將網絡、系統或技術視為第2 層的一個核心要求是它繼承了構建在其之上的區塊鏈的安全性。交易數據必須以某種形式或形式由底層區塊鍊網絡而不是一組單獨的節點進行驗證和確認。例如，側鏈通常不被視為第2 層，因為它們通常部署自己的共識機制和驗證器，從而導致與基礎層鏈不同的一組安全保證。
對於犧牲可擴展性以實現更高的去中心化和安全性的區塊鏈，第2 層可實現更高的交易吞吐量，從而降低費用。第2 層可以被視為可擴展性問題的一種解決方案，可在不影響去中心化或安全性的情況下實現快速且可擴展的執行。
對第2 層的需求
自2008 年區塊鏈技術出現以來，成千上萬的研究人員和開發人員一直在努力解決區塊鏈可擴展性方面的緊迫限制，以適應日益增長的採用。這些限制在歷史上導致高額費用和緩慢的執行時間，削弱了區塊鏈大規模運營的能力。
由以太坊聯合創始人Vitalik Buterin 提出的區塊鏈可擴展性三難困境假設區塊鏈無法在保持底層網絡安全和去中心化的同時有效擴展。相反，必須在這三個特性之間進行權衡——今天的區塊鍊網絡可以滿足三個條件中的兩個，但不能同時滿足三個條件。
Layer 2 是一種新興技術，其前提是存在這種可擴展性限制，因為區塊鏈的任務太多。這是因為今天的區塊鏈實現了三個核心功能：執行、數據可用性和共識。
執行——事務處理和吞吐量。以區塊鏈每秒可以處理的計算量（交易是其中的一個子集）來衡量。
數據可用性——網絡上節點和驗證器對交易、狀態和其他數據的存儲要求。以兆字節、千兆字節等標準存儲術語衡量。
共識——節點和驗證者就網絡狀態和交易順序達成廣泛共識。以權力下放和最終確定時間或所有節點就特定狀態更改達成一致所需的時間來衡量。
注意：就本文而言，我們將僅關注執行層。要全面深入了解擴展區塊鏈，請查看這篇關於區塊鏈可擴展性的博客文章。
第2 層解決方案的工作原理
注意：大多數第2 層解決方案的實現仍處於早期階段，第2 層協議設計的許多元素仍未經測試或未經證實。
在較高層次上，第2 層通常有兩個部分：處理交易的網絡和底層區塊鏈上的智能合約，通過將第2 層網絡的狀態與底層區塊鏈結合來解決任何爭議並就第2 層網絡的狀態達成共識。
第2 層網絡是快速執行事務和計算的地方。它們在如何實現此吞吐量方面可能會有很大差異。然而，每個第2 層環境之間的一個共同點是，當尋求在基礎鏈上安頓下來時，第2 層必須向區塊鏈提供某種加密貨幣和可驗證的“證明”，以證明所提議的狀態更改的完整性，或者先發製人或追溯。
同樣，底層智能合約的實現在第2 層之間可能有所不同，但智能合約的核心功能始終是：
持有和釋放轉移到第2 層的資金
接收第2 層生成的某種證明，對其進行驗證，解決爭議，然後完成交易
將這兩種動態概念化的一個好方法是採用現有第2 層實現的兩個示例——支付渠道和匯總。
支付渠道
支付渠道通過將流動性預充到渠道中，實現了兩個或多個用戶之間鏈上代幣的鏈下轉移。
Alice 和Bob 通過將集體資金鎖定在智能合約中並同意（通過加密貨幣簽名）每個人可以訪問多少來創建支付渠道。例如，如果雙方都鎖定了50 美元的資金，總計100 美元，他們很可能同意各自在支付渠道中使用50 美元。
一旦設置了支付通道，Alice 和Bob 就可以通過簽名消息自由地進行鏈下交易，而無需將交易提交到底層區塊鏈。Alice 可以以零成本和閃電般的延遲向Bob 付款，反之亦然。通過雙向支付通道進行通信時，Alice 和Bob 的交易不會發佈到底層區塊鏈上；只有當他們共同決定關閉通道時，最終結果才會傳輸到區塊鏈並在區塊鏈上進行結算。
該系統的最終結果是Bob 和Alice 只需支付兩次鏈上交易即可打開和關閉支付通道。雖然支付渠道是開放的，但可以以零成本和亞秒級的速度直接對等進行數百萬次轉賬——這是可擴展性的典型例子。
開放時，支付渠道可以以零成本和閃電般的速度促進交易。
匯總
Optimism和零知識匯總通過在鏈下執行智能合約狀態更改並在鏈上證明它們來提供更高的吞吐量和更低的成本。通過以下三種方法實現匯總的可擴展性。
Rollups 執行交易的脫鏈執行，要求底層基礎區塊鏈只需要執行小證明來驗證網絡活動並存儲原始交易數據。
當提交到區塊鏈時，將批量交易數據匯總在一起，以便將鏈上氣體成本分佈在多個交易中。
Rollups 只需要至少一個誠實的驗證器來證明交易對基礎層區塊鏈的有效性，從而允許更小的驗證器集和增加的硬件要求，而不會顯著損害安全性。
鏈下執行
匯總的一個關鍵特性是它們執行交易的脫鏈執行。這意味著第2 層網絡代表基礎區塊鏈處理交易，無論是與其他用戶還是智能合約。與具有更好硬件的較小驗證器集相結合，與基礎區塊鏈相比，在第2 層網絡上進行交易時，它提供了更高的吞吐量。
基礎區塊鏈只需要執行提交到rollup 智能合約的證明來驗證layer-2 網絡上的活動（在Optimism rollup 的情況下，僅在發生爭議的情況下）並將原始的、未執行的交易數據存儲為calldata。簡單來說，這意味著區塊鏈需要為發生在第2 層的交易做更少的工作並存儲更少的數據，從而降低每筆交易的總成本。
批量交易
另一種降低成本的方法是批量交易。這可以被認為是禮品盤點。在區塊鏈上，每筆交易都是單獨的禮物，並在單獨的盒子中交付。這使得運費變得昂貴，因為你每次想要發送禮物時都必須支付運費。通過匯總，你可以以較少的間隔將許多禮物裝入一個較大的盒子中，並將較大的運費分攤到多個禮物中。
技術上更準確的解釋是匯總批處理原始事務數據作為調用數據。Rollup 交易不需要像鏈上交易那樣進行驗證；相反，批量交易數據只是將數據存儲在基礎鏈上的一種方式，以便在必要時，驗證者或匯總參與者可以隨時重新創建第2 層網絡的狀態。但是，核心邏輯仍然是相同的——主鏈上的一個批處理事務存儲有關多個匯總事務的數據。
這是一種清晰而直接的方法，可以降低抑制區塊鏈可擴展性的交易費用，並且與數據壓縮相結合，與在基礎區塊鏈上進行交易相比，它可以顯著降低執行成本。
zk-rollups 和Optimism匯總都以類似的方式批處理事務。
更少的驗證者
如前所述，第2 層固有其底層區塊鏈的安全保證和去中心化。這將在下面詳細說明，但核心思想是第2 層必須向其底層區塊鏈提供一種形式的證明，證明其提議的狀態更改是有效的。
這使得匯總可以讓更少的驗證者處理第2 層網絡上的所有事務。驗證者可以是獲得許可的實體，並且通常擁有更複雜的硬件來更快地以更低的成本計算交易。這可能的原因是驗證者不提供共識——這是通過基礎鏈上的智能合約發生的，而智能合約需要證明。
第2 層安全性：證明的重要性
“證明”的概念是第2 層的基礎，以便它們繼承基礎鏈的安全保證。在物理世界中，證明可以採取多種形式。武器上的指紋和事件發生時的攝像機記錄都是證明的例子。
加密貨幣證明的工作方式類似，但其內容比實體法庭所接受的要客觀得多。用加密貨幣學證明某事提供了客觀、可驗證和防篡改的保證，即確切的事情是真實的。如果證明有效，則保證為真。在支付渠道的情況下，交易的加密簽名提供了智能合約解決任何爭議所需的明確事實。
每個第2 層都依賴某種形式的加密證明來解決基礎鏈上的爭議。今天最突出的證明是故障證明和有效性證明（也稱為零知識證明），它們是現代Optimism匯總和zk-rollups 的基礎。
支付渠道簽名消息
假設當關閉支付通道時，Bob 或Alice 做出了惡意行為並試圖拿走不屬於他們的資金。任何一方都可以通過向智能合約提供支付渠道“分類賬”的過時副本來做到這一點。
支付渠道的一個關鍵設計元素是交易必須始終進行加密簽名。這成為一種與解決爭議的基礎智能合約兼容的證據形式。例如，如果Alice 提出了一份過時的賬本副本，給她的資金超出了她應該得到的資金，Bob 可以對結算交易提出異議，並提供一份更新的賬本副本。然後可以由智能合約確定正確的金額。愛麗絲還必須為她的不誠實行為支付費用。
底層智能合約的裁決過程正是使支付渠道成為第2 層的原因。考慮這一點的一個簡單方法是從“證明”的角度來看待它。一旦支付通道打開，Bob 和Alice 都必須對他們進行的每筆交易進行加密簽名，並存儲對方簽名的副本。
這是支付渠道內活動的證明，但僅僅有證據是不夠的。需要強制執行真相，就像法官在提供證據並且陪審團做出裁決後做出決定一樣。在這種情況下，智能合約通過將正確的金額返回到基礎鏈上每個參與者的錢包來執行判斷並結算賬戶。
這就是繼承底層區塊鏈的去中心化和安全保障的意義。支付通道處理鏈下的大部分計算和執行，但在需要共識來解決通道的情況下，底層區塊鏈的強大共識層會做出最終決定。
Optimism匯總故障證明
故障證明本質上很簡單。使用故障證明的第2 層假定所有事務默認都是有效的。但是，有一個爭議期，任何網絡參與者都可以產生爭議並向智能合約提供證據，證明交易數據和提議的狀態更改是錯誤的。當發布故障證明時，匯總交易部分或全部在鏈上重新執行，並將結果狀態更改與原始聲明進行比較。如果重新執行導致不同的結果，則原始索賠被視為無效並被退回。
今天，Optimism匯總使用該系統。“Optimism”來自防錯的哲學觀點：智能合約“Optimism地”假設所有交易在被證明之前都是有效的（在被證明有罪之前是無辜的）。回到不誠實驗證者的例子，任何網絡參與者只需要在爭議期間向智能合約提出有效的故障證明，驗證者的行為就會在交易完成之前無效。
Optimism匯總使用故障證明來確保最終交易正確反映第2 層網絡上的活動。
zk-rollup 有效性證明
有效性證明可以被視為具有與故障證明相反的哲學觀點，其中所有計算和執行都受到質疑，並且必須先發製人地證明是正確的。
簡單地說，有效性證明證明某事是正確的。在zk-rollup 的情況下，這必然是指發生在第2 層網絡上的事務和計算。因此，相應的鏈上智能合約可以驗證第2 層的有效性證明以批准狀態更改。在驗證器的上下文中，功能齊全的zk-rollup 有效地使錯誤或惡意交易不可能在基礎鏈上得到解決，因為每個批次都必須有相應的有效性證明。
有效性證明先發製人地證明了第2 層網絡活動的有效性。
擴展區塊鏈
從廣義上講，支付渠道、匯總和第2 層都是以可持續和麵向長期的方式解決區塊鏈可擴展性問題的方法——支持Web3 應用程序的日益普及和增強的用戶體驗。
作為一項新興且不斷發展的技術，大多數Web3 基礎設施組件，包括基礎區塊鍊和第2 層，尚未達到明確知道哪種方法最適合市場需求的拐點。然而，成千上萬的開發人員和研究人員繼續孜孜不倦地工作，通過當今存在的廣泛的區塊鍊網絡、DAG 解決方案和第2 層生態系統尋找可行的解決方案，以便將Web3 的承諾帶到社會的最前沿。
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