區塊鏈技術正在迅速發展，企業開始注意到這一點。許多企業正在研究如何使用區塊鏈來改善運營。
Gartner Research預測，區塊鏈產生的商業價值將快速增長，到2025 年將達到1760 億美元，到2025 年達到3.1 萬億美元。
然而，隨著技術複雜性的增加，對了解如何在區塊鍊網絡之上構建和部署應用程序的有能力的開發人員的需求也在增加。
在這篇博文中，我將探討一些最常見的以太坊第2 層擴展協議，並解釋它們對企業應用程序的價值。
但在我深入了解這些細節之前，讓我們來看看究竟什麼是“可擴展性”，為什麼它很重要，以及Layer2 是如何出現的。
我還將提供一些關於如何開始第2 層部署的提示。因此，如果你有興趣了解有關以太坊擴展解決方案的更多信息，請繼續閱讀
我們必須找到一種解決方法來解決區塊鏈的可擴展性三難困境
區塊鏈三難困境首先由Vitalik Buterin 提出，指的是區塊鏈在同時獲得安全性、可擴展性和去中心化方面面臨的困難。隨著我們的不斷發展，區塊鏈開發人員正在努力解決的關鍵挑戰之一是區塊鍊網絡在不影響安全性或性能的情況下處理不斷增加的交易量的能力。
隨著加密貨幣和去中心化應用程序的日益普及，很明顯區塊鍊網絡目前正在努力跟上需求。結果，交易費用飆升，交易時間變得緩慢。下圖顯示，即使價格下跌，以太坊的交易費用也繼續飆升。
（來源：幣安2022 年研究報告）
好消息是，在2021 年，我們看到以太坊上發生的交易量比VISA 上的交易量多4.5 倍，而不是如此高的交易成本和低處理速度。但沒有必要否認這些問題需要解決，如果區塊鏈有以發揮其全部潛力。
可擴展性如此重要的原因有很多：
高昂的交易費用和緩慢的交易時間使普通人難以使用加密貨幣和去中心化應用程序。這限制了區塊鏈的潛在受眾，並使新項目更難啟動。無法快速擴展的區塊鏈項目很可能會被那些能夠擴展的項目超越。這可能會導致區塊鏈行業的整合，這反過來可能對創新來說是個壞消息。最後，可擴展性問題最終可能會限制去中心化系統挑戰傳統系統的能力。例如，比特幣區塊鏈每秒只能處理大約七筆交易。目前，以太坊每秒只能處理15筆交易。相比之下，Visa 每秒可以處理大約24,000 筆交易。
這對區塊鏈的採用有直接影響，因為如果區塊鏈不能滿足他們在速度和容量方面的需求，企業和個人不太可能使用區塊鏈。現在，你可以爭辯說以太坊合併可以解決這個問題，但有幾個與此相關的風險因素。這更像是將汽車的發動機從汽油改為電動，但保持速度不變。 Jack Niewold 在他最近的帖子中很好地描述了這一點。
然而，一些有前途的解決方案正在開發中，可以幫助區塊鏈擴大規模以滿足全球需求。但…
不存在一刀切的區塊鏈可擴展性解決方案：
在區塊鏈可擴展性方面，沒有一種萬能的解決方案。有多種方法可以擴展區塊鏈。例如：
完善共識機制：
共識算法是決定區塊鏈可擴展性的關鍵組成部分之一。
例如，比特幣和以太坊使用工作量證明(PoW) 共識算法，該算法耗能且速度慢。這導致了幾個旨在通過升級共識機制來提高區塊鏈可擴展性的項目的開發。
以索拉納為例。他們使用創新的歷史證明(PoH) 共識算法，該算法速度更快，每秒可處理50000 筆交易。但持續下跌的問題引發了對其權力下放的質疑。
這不僅僅是索拉納的情況。中心化仍然是試圖變得更具可擴展性的layer1區塊鏈之間的共同權衡。因此，升級共識算法雖然可以提高區塊鏈的可擴展性，但也會影響隱私和去中心化。
一種潛在的解決方案可能是分片：
在這裡，區塊鏈被分成多個碎片或更小的碎片。有幾種不同的方法來實現分片，但一種常見的方法是使用“分片鏈”。
在此設置中，每個區塊鏈節點僅存儲其負責的分片副本。這有助於減少需要在節點之間交易所的數據量，並允許節點並行處理事務。當前以太坊區塊鏈的繼任者以太坊2.0 正在走這條路。分片鏈的另外兩個突出例子是Polkadot 平行鍊和Zilliqa。
但是，分片確實有一些限制，例如分片之間需要額外的通信以及如果分片未能達成共識可能會出現不一致。
擴展區塊鏈的另一個選擇是使用Layer2 鏈：
這些是與主區塊鏈交互的獨立區塊鏈協議，但旨在處理更高數量的交易。通過將一些計算密集型流程移出鏈外，Layer2 解決方案可以大大增加區塊鏈可以處理的交易數量。
因此，使用Layer2 解決方案的主要好處是，你只需將計算任務委託給第二層，同時在主鏈上保留可驗證的證明，就可以獲得每秒數百甚至數千筆交易。因此，Layer2 解決方案有可能在不犧牲安全性或去中心化的情況下提供近乎即時的交易速度。
有許多不同的Layer2 解決方案正在開發中，每種都有自己的優勢和劣勢。對於博客的其餘部分，我們將重點介紹目前正在使用的多種第2 層技術以及正在開發的協議。
分解流行的L2 擴展解決方案類型：
整個以太坊生態系統的TVL約為$39.29B，而結合所有Layer2 技術鎖定的總價值目前約為$6.04B，約為15%。並且一直在持續上漲。下圖顯示了Layer2 格局在過去幾年中是如何演變的：
（來源：L2 節拍）
以下是構成這個$6.04B 價值的所有Layer2 技術：
匯總：
Rollups 是近年來非常流行的一種Layer2 解決方案。事實上，數據表明他們目前佔據了以太坊Layer2 市場份額的95% 以上。
Rollups 的工作原理是將許多小交易打包成一個壓縮交易，然後將其提交給Layer1 鏈上的Roll-up 智能合約。完成後，所有交易的狀態都會更新。這可以被認為類似於zip 文件的工作方式，其中多個文件組合成一個文件以節省空間。
它們具有使它們有價值的三個主要特徵：
計算在鏈下完成，提高了速度交易和數據的證明留在第1 層維護安全性以太坊上的匯總智能合約確保交易在L2 上使用L1 上的數據正確完成
這允許增加吞吐量，同時仍保留Layer1區塊鏈的所有安全性和去中心化性。下圖解釋瞭如何忽略不必要的數據，並在Merkle 根匯總系統的幫助下工作：
兩種主要類型的匯總，Optimism和零知識(ZK)，以不同的方式執行此操作。雖然Optimism匯總使用欺詐證明，但Zk 匯總使用有效性證明來做到這一點。
Optimism匯總：
這是目前最常用的匯總，佔總匯總事務的80% 以上。原因是它們易於部署。顧名思義，他們假設所有交易在提交時都是正確的，並有7 天的時間來提出爭議。如果在這段時間內沒有公佈欺詐證據，資產就會被釋放。如果爭議成功，則恢復上一次正確的狀態。
由於經濟激勵和對不良行為者的抑制，欺詐活動很少見。因此，交易的處理速度非常快。但是，要將其撤回到L1，必須等到防欺詐發布窗口結束。
ZK-匯總：
它們的計算量更大，在技術層面上難以執行。但它更注重隱私。它可以在不透露交易內容的情況下證明交易的有效性。
例如，假設你想進入一家酒吧，他們要求你提供身份證件以證明你已超過18 歲。現在，你可以使用ZK 匯總來證明這一點。如何？好吧，它可以使用選舉執行機構頒發的可驗證證書來證明，因為你在美國上次總統選舉中投票，你必須在18 歲以上。在不透露你的姓名、居住地以及原始卡可能包含的其他其他詳細信息的情況下，你只是進入了酒吧。
隨著交易批次，相同（ZK-Snark）的有效性證明也被提交到L1。現在，由於交易已經過驗證，資產幾乎可以立即提取。
根據Vitalik 的說法，儘管Zk-rollups 在今天的總匯總交易中只佔很小的一部分，但零知識技術的未來是有希望的。以下是他在博客文章中所寫的內容：
“……我自己的觀點是，在短期內，樂觀的匯總可能會在通用EVM 計算中勝出，而ZK 匯總可能會在簡單的支付、交易所和其他特定於應用程序的用例中勝出，但在隨著ZK-SNARK 技術的改進，中長期ZK 匯總將在所有用例中勝出。”
Plasma：
等離子鏈通過使用錨定到主鏈的子鏈來工作。當主網出現擁塞時，交易會被卸載到這些子鏈上。這些子鏈可以產生自己獨立的區塊鏈，賦予它們樹狀結構。這些鏈中的每一個都可以服務於特定的上下文和業務需求。
子鍊和主鏈可以有不同的共識機制。就像樂觀的匯總一樣，它還具有驗證Plasma 鏈的防欺詐機制。每個子鏈都可以有自己的共識機制來驗證區塊。
由於它不能運行智能合約，因此只能進行代幣轉移和交易所等基本操作。此外，等離子鏈發布有關子鏈狀態的最少信息。數據可用性是鏈下的。因此，它們的安全性較低，因為主網無法有效驗證在子鏈上進行的交易。
有效期：
ZK-Roll-up 和Validium 都是L2 協議，它們將有效性證明發佈到主鏈，由鏈上驗證者合約進行驗證。
zk-rollups 使用L1 上的鏈上數據可用性來存儲數據，而Validium 由於L1 鏈上的可擴展性限製而將數據存儲在鏈下。
在這裡，區塊生產者不會在鏈上發布交易數據，而是提供加密貨幣承諾來證明數據的可用性。
Validium 和Plasma 都採用這種方法將數據可用性與共識和執行分開。而Optimistic 和ZK-Rollups 都使用Ethereum L1 來存儲最終數據。下圖清楚地表明了這種區別：
側鏈：
側鏈只是一個單獨的區塊鏈，它通過雙向掛鉤連接到主區塊鏈。這種掛鉤允許資產在兩條鏈之間來迴轉移。並且當資產被提取時，它會在以太坊主鏈上釋放。
側鏈的一個主要優點是它們提供了極大的可擴展性。因為交易不再局限於主鏈，一旦使用橋接器轉移到側鏈，它們可以更快地處理。這可能允許每秒進行數千甚至數百萬次交易。
這裡需要注意的一點是，一旦資產在側鏈上，它們就不再依賴於主鏈的共識。有了好處，這也有一些風險：中心化的風險。誰是驗證者？它們是如何選擇的？共識如何運作？這座橋甚至是安全的嗎？等等。
Polygon PoS 是以太坊側鏈最成功的例子之一。
出現多種L2 協議以提高TPS 並降低費用：
Layer2 協議開始出現，作為高交易費用和慢交易時間的解決方案。通過使用Layer2 協議，用戶可以利用底層Layer1 協議的速度和安全性，同時還可以從增加的吞吐量和降低的費用中受益。
以下是一些最有前途的第2 層協議，這些協議基於其市場主導地位、用戶採用以及潛在的未來應用。
Arbitrum
Arbitrum 是以太坊的Layer2 擴展解決方案，它使用Optimism匯總來處理鏈下交易。它目前是領先的L2 擴展解決方案，TVL 為2.62B 美元，控制著43.45% 的L2 市場份額。
根據第2 層數據聚合器L2 費用，arbitrum 允許每秒進行40,000 次交易，發送ETH 和交易所代幣的汽油費在0.11 美元至0.18 美元之間。
Arbitrum 的一大優勢是它自己的Arbitrum 虛擬機。雖然這類似於EVM，但它獨立於EVM 工作，並允許執行欺詐證明。
最初為EVM 編寫的dApp 可以自動轉換為AVM。所有ERC-20 代幣也可以直接在Arbitrum 上使用。
Arbitrum 的另一個好處是，它只將交易的可疑部分發送回EVM，而不是整個交易。它使用多輪欺詐證明並執行一小部分交易，直到檢測到欺詐。這使Arbitrum 更快。
而且，難怪由於這些特性，它被Uniswap、Sushiswap、Aave、curve、Balancer 等頂級協議採用。
此外，它是目前唯一一個支持直接提現的中心化交易所最多的L2。
他們都支持Arbitrum。一個缺點是，使用Arbitrum 提取資金需要大約2 週的時間。
Coin98的以下分析顯示了巨大的Arbitrum 生態系統：
（來源：Coin98 分析）
Optimism
它是第二個最常用的Layer2 協議，再次建立在Optimistic roll-up 技術之上。目前，它在TVL 中擁有約1,84B 美元，在L2 市場佔據32.56% 的主導地位。
Optimism 可以處理2000 筆交易/秒。根據L2 費用數據，發送ETH 大約需要0.18 美元，交易所代幣大約需要0.26 美元。
與其他Layer2 解決方案相比，Optimism 的主要優勢在於它提供了近乎即時的交易最終確定性。
為了處理可疑交易，Optimism 通過EVM 發送整個交易。因此，它是即時的，但與此同時，與Arbitrum 相比，它的gas 成本更高。
未來，Optimism 將使用交互式欺詐證明來確保正確狀態。但此功能目前正在開發中。
Optimism 的“公民之家”是其治理結構的另一個優勢。隨著“Soul-Bound”不可轉讓公民NFT 的推出，並使“$OP”成為gas 代幣而非治理代幣，Optimism 旨在保持代幣持有者（Token House）和非代幣持有者（Citizen房子）利息。
甚至Vitalik 也提倡樂觀的治理結構：
主要交易所如：
還支持用於存款和取款目的的Optimism匯總。
它還在所有主要類別中廣泛部署了dApp，包括DEX、借貸、橋樑、收益協議、NFT 空間等。 Optimism 網絡上運行著150 多個dApp 和集成。在此處獲取完整列表。
zkSync
zkSync 使用ZK Rollup 結構，它保留了對Layer1區塊鏈至關重要的數據可用性的安全性，同時允許Layer2 可擴展性。目前，它的總資產鎖定價值為6610 萬美元，佔L2 市場的1.17%。
zkSync 每秒可以處理超過10,000 筆交易，即使在擁塞的情況下，費用也很低（0.05-0.12 美元）。通過他們的zkPorter 更新，它將能夠處理20K+ TPS，同時又大幅降低了費用。
與Optimism匯總不同，使用zkSync 可以在10 分鐘內達到最終確定性，這意味著所有資產都可以在L1 鍊和匯總之間移動，經濟高效且快速。
它當前的功能包括以下內容：
快速廉價的代幣轉移交易所協議的原子交換和限價單本機Layer2 NFT 支持。
（來源：Coin98 分析）
有關zkSync 生態系統的更多詳細信息，請參見此處。
路印
Loopring 是以太坊的Layer2 擴展解決方案，它使用zkRollups 處理鏈下交易。它在所有L2 協議中具有最低的交易費用。 Loopring 以1.98 億美元的TVL 佔有整個L2 市場約3.5% 的份額。
Loopring 協議為開發人員提供了構建非託管、基於訂單簿的去中心化交易所所需的工具。與直接構建在L1 鏈上的Uniswap 或Sushiswap 不同，Loopring 團隊在L2- The Loopring交易所上開發了第一個由zkRollup 驅動的DEX 。現有數據表明它每秒可以結算2025 筆交易，每筆交易的結算成本在L1 上大約為450–800 gas，這是大多數L1 dex 協議的0.15% 到0.3%。
使用Loopring L2，ERC-1155 NFT 的鑄造成本不到1 美元。根據他們的季度更新報告（2022 年第一季度），在路印協議L2 正式啟動開放鑄幣後，已經有超過300 萬個NFT 被鑄幣。
在最近的公告中，“Game Stop”分享了他們正在Loopring Layer2 上構建即將推出的NFT 市場。
梅蒂斯
Metis Andromeda 是一個Layer2 解決方案，它使用Optimism匯總在幾秒鐘內處理交易，只需幾美分的gas。
它也被稱為第一個“Smart L2”，因為它以SoulBound代幣引領鏈上治理。鏈上社交評分和信用系統（RPS Matrix）將使用這些代幣。
Metis 計劃不依賴外部存儲解決方案，而是集成一個基於IPFS 的存儲層，使其受益於其匯總結構。另一個好處是，這可以進一步將汽油費降低到幾美分。
到目前為止，其生態系統的最大問題是流動性。希望通過Metis Marathon 活動來解決這個問題，這是一項1 億美元的激勵活動，為期26 週，用於建立在Metis 上的項目。
Sushi Swap 是該基金的第一個受益人。 ChainLink 和Aave 也確認進入Metis 生態系統。隨著熊市的到來，這個1 億美元的激勵計劃可以讓建設者湧向Metis 系統。
除此之外，他們的Builder挖礦Program 是另一個優勢，他們將每月收集的交易收入的30% 返還給部署在Metis Andromeda 上的dApp。
建立在Metis 上的項目包括DeFi、DAO、dApp、NFT、支付解決方案、穩定幣等。根據TVL，排名前10 的Metis項目如下所示。
在此處獲取所有項目的列表。
Polygon
Polygon 不是一個單一的擴展解決方案提供商，而是一個解決方案聚合器。該平台已經推出了多種解決方案，旨在改善用戶在隱私、可擴展性、去中心化和交易費用方面的體驗。這就是為什麼它經常被稱為以太坊擴展解決方案的瑞士軍刀。
Polygon 設想了一個以匯總為中心的以太坊未來。他們幾乎從各個角度探索以太坊擴展解決方案。儘管他們正在探索Optimistic 和Zk-Rollups，但他們更關注零知識技術。甚至他們也為基於ZK 的解決方案設立了10 億美元的專用基金。
以下是Polygon 正在開發的4 個ZK-Rollup 產品：
Polygon Nightfall（Mainnet Beta）為企業帶來去中心化的私人交易。它使用Optimism零知識技術，允許企業在專用網絡中運營。 Polygon Miden (Under Dev) 是一個基於STARK 的EVM 兼容匯總，將使用其核心組件Miden VM 支持任意邏輯和事務。 Hermez 2.0 /Polygon zkEVM（開發中）利用“Plonky2”的零知識技術，同時為用戶和開發人員提供完整的EVM 操作碼等效性。 Polygon Zero (Under Dev) 也是一個具有plonky2 速度的ZK-Rollup。它僅在0.17 秒內生成了45kB 的SNARK 證明，並且在L1 上驗證它們僅用了20 秒。
但是，他們的所有產品都不太可能成功。仍然很有趣，看看哪一個將成為開創性的。以下是Polygon 目前正在進行的所有其他項目的列表，以及有關其狀態和使用的技術的信息：
Blockworks Research表明，Polygon PoS 側鏈目前的每日交易量是Arbitrum 和Optimism 總和的10 倍。此外，Alchemy 的最新數據顯示，在Polygon 上構建了近37000 多個dApp。
Polygon 的PoS 鏈實際上可以作為其整個解決方案套件的頂級客戶獲取渠道。 Meta、Reddit、Dolce & Gabbana、Stripe、Addidas 和Prada 等流行的Web2 名稱已經宣布了他們與Polygon 的Web3 之旅。
Layer2 protocols are still in a very nascent stage. As the technology matures, the protocols will likely become increasingly popular, providing a scalable solution for many of the industry’s most pressing challenges.
In their recent research report, 幣安mentioned:
“L2 development appears to be on track to become more and more ubiquitous as we enter the second half of the year and it would not be surprising to see most, if not all, of the top-ranked dApps being deployed on some form of L2”
And I don’t think there will be any ‘Winning L2’.
There is no “one to rule them all”
There is no “the best”, at least for now. Also, we don’t think there will be just one winner. The future will be one of different L2s solving the scalability issues together.
但是哪一個對你的業務有好處？這取決於你的優先級和對你的項目最重要的功能。評估其：
生態系統規模交易處理能力資產提現時間等等。
例如，如果你正在構建一個需要高TPS 和ETH 級別安全性的dApp，那麼Arbitrum 或Optimism 可能是一個不錯的選擇。但是，如果你需要快速提取資產，而無需等待數週，那麼這兩個可能不適合你的需求。同樣，如果你正在構建遊戲或NFT項目，Polygon PoS 鏈可能是正確的。如果你正在構建複雜的東西並且需要一個全面的工具集，那麼Polygon 可以成為首選。如果你已經是一家企業並且想要擴展，請考慮擴展到Loopring、Metis、zk-Sync 或Polygon。
除了金融交易和鑄造NFT 之外，在更多領域，廉價的加密貨幣交易對採用至關重要。以下是Vitalik 在“韓國區塊鏈週”活動中對Layer2s 的評價：
“……可擴展性不僅僅是一些無聊的事情，你只需要像成本數字一樣下跌。可擴展性，我認為實際上啟用和解鎖了全新類別的應用程序。你需要實際發送交易來創建DNS 名稱，你需要實際發送交易來恢復你的帳戶，並且你需要實際發送交易來滿足其中一些適應。如果進行這些操作中的每一項都需要花費11 美元，那麼人們就不會參與其中……”
因此，無論你採用哪種方式，在開發項目時都必須牢記區塊鏈的可擴展性。通過正確的規劃，你甚至可以滿足最苛刻的Web3 用戶的需求。
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