建構一個安全、對使用者友善的去中心化網路的願景，依賴關鍵基礎設施的發展。這個願景由一個共享的經濟框架支持，並得到了億萬人的支持。 Layer 2 的擴展解決方案在建立這項基礎和增強以太坊的能力方面起著至關重要的作用。這些項目相互協作，形成一個強大的生態系統，推動以太坊充分發揮其潛力。
本文將深入探討Layer 2 的創新、敘事、面臨的挑戰以及它們對以太坊大規模採用的變革性影響。我們的分析將基於Footprint Analytics 的Layer 2 研究頁面的數據，為這個不斷發展的生態系統提供有價值的見解。
為什麼我們需要Layer 2？
長期以來，區塊鏈技術一直因其去中心化、安全性和可擴展性等優點而受到讚賞。然而，「區塊鏈三難題」表明，在一個簡單的架構內同時實現這三點是極具挑戰性的。以太坊目前每天處理超過100 萬筆交易，但由於需求不斷增加，往往面臨網路擁塞及交易費高昂的問題。為了解決這個問題，Layer 2 網路作為一種創新解決方案應運而生。
Layer 2 的主要目標是透過實現更高的每秒交易量（TPS）來提高交易吞吐量，同時保持去中心化和安全性。這些Layer 2 將多個鏈下交易合併為單一Layer 1 交易來實現這一目標。因此，交易費用大大降低，使以太坊對更廣泛的用戶更具易用性和包容性。
Layer 2 的種類
目前Layer 2 主要有3 種：Rollups, State channels 以及Plasma。
Rollups
作為一種Layer 2 解決方案，Rollups 將多個交易聚合到Layer 1 的單一交易中，透過在Rollup 內的參與者之間分配交易費用來節省用戶成本。 Rollups 主要有兩種類型：Optimistic Rollups 和Zero-knowledge Rollups（ZK-Rollups）。 Optimistic Rollups 利用詐欺證明確保鏈下交易的有效性，而ZK-Rollups 則使用零知識證明來增強隱私和安全性。
Optimistic Rollups 的範例包括Arbitrum（Arbitrum One）、Optimism（OP Mainnet）和Base。
Arbitrum 由Offchain Labs 團隊於2021 年8 月推出，現已成為業界的佼佼者，佔據了50% 以上的市場份額。透過Nitro 升級，Arbitrum 實現了EVM 完全等效性， 只需極少修改或無需修改，開發人員就可以把智能合約從以太坊無縫遷移到Layer 2。
Optimism 是第二大以太坊Layer 2 解決方案，於2021 年1 月進行了軟啟動，並於同年12 月對所有人全面開放。 Optimism 採用了EVM 等效的架構，為以太坊應用程式提供了無縫的擴展解決方案。
Base 是與Optimism 合作，基於OP Stack 建構的，於2023 年7 月在主線上。在短短幾個月內，它就取得了巨大成功，在Layer 2 市場中獲得了第三大份額。 Base 由Coinbase 孵化，借助了Coinbase 在建構加密產品方面的專業能力。
另一方面，ZK-rollup 的應用包括zkSync Era、Starknet、Linea 和Polygon zkEVM。
zkSync Era 是全球第一個zkEVM 區塊鏈，於2023 年3 月面向所有用戶在主網上發布，並迅速在Layer 2 市場中佔據了第四的市場份額。在使用者活動（包括TPS 和交易筆數）方面，zkSync Era 已成為主導的Rollup 解決方案。
Starknet 於2021 年11 月上網。它使用STARK 密碼學證明系統，實現了安全、低成本和高效能。 Starknet 使用Cairo 作為開發語言，不與EVM 相容。目前正在努力透過名為Warp 的轉譯器實現Solidity 與Cairo 之間的兼容性。
Linea，ConsenSys 旗下的Layer 2 解決方案，於2023 年7月上線主網。它提供EVM 相容性，使開發人員可以輕鬆遷移並在其網路上建立應用程式。
Polygon zkEVM 公共測試版於2023 年3 月推出，它的目標是與EVM 等效。 Polygon（前身為Matic）是一個提供多樣化區塊鏈解決方案的區塊鏈平台。 Polygon zkEVM 是Polygon 的產品之一。
State channels
State channels 是一種機制，允許參與者進行快速且無限制的鏈下交易，並在以太坊上結算最終結果。這種方法可以減少網路擁堵、費用和交易延遲。
Raiden Network 是一種鏈下擴容解決方案，專注於研究State channels 技術、定義協定並開發參考應用。它實現了近乎即時、低費用和可擴展的支付功能，與以太坊上的ERC20 代幣相容。該網路旨在提高可擴展性和可用性，同時保持與以太坊生態系統的兼容性。
Plasma
Plasma 鍊是一種透過錨定與以太坊主鏈相連的獨立區塊鏈，它利用詐欺證明（類似於Optimistic Rollups）來解決爭議。
OMG Network 利用Layer 2 Plasma 架構，提供了強大的安全保證和高吞吐量。它為有意在以太坊上建立去中心化支付應用的第三方開發者提供了可擴展的解決方案。
Data Insights
共識正在形成：以太坊將實現大規模採用，只是時間問題。那麼，它的進展如何呢？
與其他技術的傳播類似，以太坊的採用軌跡可以用經典的鐘形曲線來描述。它始於一小部分創新者迅速接受該技術，隨後吸引了早期採用者的參與。隨著以太坊的不斷發展和成熟，它逐漸擴大覆蓋範圍，吸引了早期和後期的大多數人，進而進入大規模採用階段。最終，在採用的最後階段，該技術將惠及剩餘部分人群，即所謂的「落後者」。
讓我們從以下幾個面向探討Layer 2 對以太坊的大規模採用所產生的影響：
TVL（總鎖定價值）
總鎖定價值（TVL）被認為是採用情況的先行指標。
截至2023 年10 月底，Arbitrum 以60.04 億美元的TVL 和61.03% 的市佔率遙遙領先，鞏固了其市場主導者的地位。 Optimism 緊隨其後，TVL 為25.98 億美元，市佔率為26.41%，顯示出其廣泛的採用率和用戶參與度。
其他鏈構成了第二梯隊，但其市佔率遠遠落後，不到5%。新加入的Base 於2023 年7 月13 日在主網上線，以4.63 億美元的TVL 穩居第三位。 zkSync Era 以4.51 億美元的鎖定值排名第四，而Starknet 則以1.35 億美元的TVL 排名第五。
資料來源：Layer 2 Overview
用戶數及交易量
用戶活動，如與以太坊互動的獨特用戶（bridgers）數量和交易量，是衡量採用情況的關鍵指標。
在各種Layer 2 解決方案中，zkSync Era 遙遙領先，累積了267 萬獨立用戶，佔所有Rollup 的37.10%，並促成了223 萬筆交易，佔Rollup 活動的50.84%。 zkSync Era 最初的空投活動吸引了大量用戶，此後一直保持領先地位。在成交量方面，Starknet 緊隨其後，交易量為170 萬筆，佔Rollup 的23.70%。
Base 和Linea 於2023 年7 月在主網上推出，在市場上廣受歡迎。它們在獨立用戶參與度和交易量方面都超過了Optimism 和Polygon zkEVM。
交易吞吐量
交易吞吐量是區塊鏈社群經常討論的主要擴展挑戰之一。
目前，以太坊主網的處理能力約為每秒15 筆交易（TPS）。相比之下，Visa 擁有處理約24,000 TPS 的能力，而Mastercard 可以處理5,000 TPS。
Layer 2 正在縮小以上差距。 10 月份，Arbitrum 和zkSync Era 等知名Rollup 解決方案的平均TPS 約為9.5 到10，是現有Rollup 中性能最接近以太坊的。 Rollups 共同為可擴展性做出了重大貢獻，10 月的總交易吞吐量超過以太坊主網321%，可擴展性係數達到4.21。
儘管Rollup 技術有助於提高可擴展性，但目前沒有任何一個Rollup 能在吞吐量方面超過以太坊。在熊市中，吸引和留住用戶對於Layer 1 和Layer 2 網路都是具有挑戰性的。建立一個繁榮的Layer 2 生態系統不僅需要強大的解決方案，還需要高流量的應用。此外，由於多個Layer 2 之間以及Layer 1 和Layer 2 之間缺乏無縫交互，用戶體驗受到了影響，例如需要切換錢包並產生流動性成本。
費用
Layer 2 在降低以太坊網路費用方面發揮了至關重要的作用。透過將多個鏈下交易合併成單一Layer 1 交易，以太坊的交易費用大幅下降。
根據Footprint Analytics 的數據，2023 年10 月Rollup 平均交易費用為以太坊的3% 至10%。
資料來源：Average Gas Fee
這些數字表明，Layer 2 越來越受歡迎，採用率也越來越高，凸顯了它們在緩解以太坊擁塞和提高可擴展性方面的潛力。
Layer 2 的創新
在不斷變化的區塊鏈技術領域中，Optimism、zkSync 和Arbitrum 等領先的Layer 2 解決方案積極追求創新方法，以解決持續存在的挑戰，並保持對互通性的關注。這些知名的參與者在技術和應用等方面保持快速的創新步伐，不斷努力保持領先地位，並保持市場競爭優勢。
Superchain 由Optimism 生態系統提出，是一個由多個網路組成的網絡，這些網路共用一個名為OP Stack 的公共程式碼庫。該框架旨在建立一個可互通的環境，讓各種Layer 2 網路可以相互通訊和交易，類似於網路實現設備間通訊的方式。透過提供橫向可擴展性，超級鏈解決了與傳統多鏈架構相關的挑戰。這些挑戰包括平行鏈之間不同的安全架構，隨著更多鏈的加入，可能會增加系統風險，以及為每個新增鏈建立新節點的成本。
來源：Superchain – OP Stack Docs
2023 年6 月，zkSync 推出了Hyperchains，這是一種新型網絡，作為zkEVM 的分形實例運作。這些Hyperchains 與Layer 1 共享結算並行運行，可靈活地作為Layer 2 網路與zkSync Era 一起運行，或作為Layer 3 Validium 運行。 zkSync 生態系統中的Hyperchains 可以由任何人開發和部署，無需獲得許可。為了確保信任和無縫互通性，每個Hyperchain 都必須由ZK Stack 上相同zkEVM 引擎驅動。 GRVT 是zkSync 生態系統中首個Hyperchain，它是一個混合加密貨幣交易所，結合了中心化和去中心化交易所的優勢。預計其內測Alpha 版本將於2023 年11 月推出，隨後在2024 年第一季發布主網版本。
來源: Architecture – GRVT
Arbitrum Stylus 由Arbitrum 於2023 年8 月推出，允許在其Layer 2 網路上使用Rust、C 和C++ 等多種程式語言開發智慧合約。除了Solidity 之外，開發人員現在可以使用與WebAssembly（WASM）相容的語言編寫智慧合約。 WASM 可以在網路上運行Rust 和C++ 等語言的程式碼，使用Arbitrum Stylus 還可以在區塊鏈上運行這些程式碼。 Stylus 引進了第二個與EVM 完全互通的同等虛擬機，為編寫智慧合約提供了一種新的方法。
Layer 2 的敘事
自2022 年以來，Layer 2 本身已成為加密貨幣領域中的重要敘事。在Layer 2 領域中，敘事在塑造公眾認知和影響市場動向方面發揮了重要作用。這些敘事為Layer 2 和以太坊整體未來的提供了洞察力。
全鏈遊戲。這類遊戲利用區塊鏈取代中心化的遊戲伺服器，將遊戲的各個面向放到鏈上，包括資產、邏輯、狀態和儲存。 Starknet 和COMBO（目前在測試網路上運行）已將自己定位為公有鏈領域內全鏈遊戲的重要支持者。
模組化區塊鏈。最初，區塊鏈採用的是整體式的設計，一個單一的區塊鏈處理所有任務。然而，模組化區塊鏈的概念出現了，它專注於特定功能，而不是試圖涵蓋所有功能。 Celestia 是第一個模組化區塊鏈網路。它已經準備就緒，並於2023 年10 月公佈了空投和上線計劃。
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零Gas 費用。 Gas 費用一直是阻礙以太坊大規模採用的一大障礙。為了解決這一痛點，GasZero（目前在測試網上運行）作為一個Layer 2 網路應運而生，它提供了一種獨特的解決方案：對於可信的終端用戶，不收取任何Gas 費用。在GasZero 上，用戶可以與去中心化網路和智能合約進行交互，無需在錢包中預存任何代幣。
Layer 3。區塊鏈產業中的Layer 3 概念目前還沒有一個廣為接受的定義。以太坊聯合創始人Vitalik Buterin 認為，現在明確其定義還為時過早，因為多Rollups 生態系統的架構仍在不斷發展，大多數討論仍停留在理論層面。不過，Vitalik 分享了關於Layer 3 在未來的三種可能性：
Layer 2 用於擴展，Layer 3 用於自訂功能，如隱私保護。
Layer 2 用於通用擴展，Layer 3 用於自訂擴展。
Layer 2 用於無信任擴展（Rollups），Layer 3 用於弱信任擴展（Validiums）。
Layer 2 面臨的挑戰
作為擁擠的以太坊網路的替代選擇，經濟高效的Layer 2 網路日益受到關注。在謹慎擴展某些能力的同時，保持穩健的基礎層至關重要。以太坊社群鼓勵科技和應用的發展，但在用戶友善性和去中心化的好處之間保持微妙的平衡至關重要，正如Vitalik Buterin 在2023 年10 月的以太坊香港黑客馬拉鬆活動中所強調的那樣。
根據Vitalik 的觀點，Layer 2 面臨四個關鍵挑戰：
證明系統的安全性和去中心化。有效性（零知識）證明和詐欺證明被用來證明交易的合法性，無需在以太坊鏈上進行處理。然而，有效性證明由於依賴特定的硬件，因此面臨中心化的問題。
排序器的去中心化。這些排序器對交易進行驗證、排序和壓縮，然後傳輸到Layer 1。然而，這種集中式設置因其可能成為單點故障、審查漏洞或容易被當局關閉而受到批評。
跨Layer 2 錢包。它們使得在多個Layer 2 解決方案之間實現無縫互動成為可能，而無需切換錢包。
數據可用性。它指的是鏈上資料可用性，即儲存區塊鏈資料完整副本以驗證交易的挑戰。值得注意的是，Validiums 和Optimiums 等解決方案通常不被歸類為Layer 2，因為它們不在Layer 1 發布資料。相反，它們在Layer 1 之上引入了額外的信任假設。
此外，正如我們之前提到的，目前沒有任何一個Layer 2 網路在吞吐量方面可以超過以太坊。當務之急是發展Layer 2 的生態系。
生態系和應用。目前，Layer 2 網路的生態系中大部分應用都是DeFi 應用。它們需要引入更多類型的現象級dApps，Layer 2 才可以擴大其生態系統，吸引更多用戶，鼓勵他們留下來。
結束語
總之，透過有效解決阻礙以太坊發展的可擴展性和成本難題，Layer 2 網路正在推動以太坊向大規模採用邁進。這些網路提供了創新的解決方案，提高了交易吞吐量，降低了費用，使以太坊對更廣泛的受眾來說更容易使用，更具包容性。
此外，除了以太坊的Layer 2 網絡，opBNB 作為BNB 鏈對可擴展性挑戰的回應已經出現。 2023 年9 月，opBNB 成功完成了主線上線。事實上，面對這些挑戰，其他公鏈的因應措施和未來發展方向也同樣令人期待。大家的重點仍是生態系統的發展和對使用者的吸引。無限的可能性在我們面前展開，每個公鏈都將踏上自己獨特的可擴展性和大規模採用之路。
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