全面解析区块链扩容格局：Layer 2、公链与跨链

　　Layer 2 发展陷入焦灼难以兼容，跨链的发展已经小有进展但似乎不温不火，而在众多公链之中以太坊似乎依旧是一个「宜居」之地。

　　原文标题：《Layer2、跨链和公链三足鼎立，谁将实现区块链的可扩展梦想？》

　　撰文：三黎

　　盘点区块链这些年的发展，从最初的比特币、以太坊到跨链、DeFi，再到今年以来的 NFT 和元宇宙等，新事物在不断出现，越来越多的企业、用户等也陆续参与进来，区块链的浪潮一波未平一波又起。

　　但随着区块链的生态和应用的壮大，链上操作也越来越多，使得拥堵从最初的的「小问题」演变成了「大痛点」，牵制着区块链的发展。

　　在我们之前的文章中提到过，如果要用区块链来构建价值传递网络，有人认为它的性能至少应该以目前整个互联网信息的数据实时处理速度为目标，包括每秒 200 万封邮件、6.5 万次 google 搜索、7.2 万次 youtube 视频等。

　　但目前来看，比特币每秒处理约 7 笔、以太坊每秒能处理约 15 笔，号称纳斯达克速度的 Solana，TPS 每秒最高也仅仅是 5.6 万，超过的交易只能按顺序排队等着。

　　因此，为了解决这个问题有想过各种各样的办法，比如开发出越来越多的新公链、把操作转移到链下的 Layer2，以及致力于实现让众多链可以互操互联的跨链。

　　那么，Layer2、公链、跨链三足鼎立，谁将实现区块链的可扩展梦想呢？让我们来分别梳理一下。

　　Layer2 又称链下扩容，与 Layer1 （链上扩容）相对应。链上扩容就是直接在区块链直接修改区块大小、共识机制等，类似于道路拥堵时从头到尾拓宽马路一样，牵一发而动全身，费时费力。

　　因此，从 2018 年开始就涌现了越来越多的链下扩容方案，即 Layer2 扩容方案，类似于在拥挤的道路上搭高架桥，达到缓解拥堵的作用。

　　由于目前以太坊上的生态最为丰富，安全性最高，因此它成为了 Layer2 扩展的核心阵地。比如已经将交易速度降低到了几秒的 Polygon，便是以太坊上的 Layer2，已经实现了对主网的性能扩展。

　　不过，Layer2 除了可以扩展性能之外，可以将更多更复杂的需求转移到链下进行，使得主网上不能实现的一些功能都可以在链下进行功能的扩展。比如像比特币这种几乎没有智能合约的公链，在 Layer2 技术成熟之后，也可以实现像以太坊一样的智能合约的功能扩展需求。

　　目前，以太坊的 Layer2 扩容方案主要有侧链、Rollup、通道、Plasma、Validium 5 种，我们简单介绍一下：

　　侧链

　　侧链是一条独立的区块链，与主网并行且独立运行。它使用单独的共识机制，安全性不受 Layer1 保护。

　　Rollups

　　Rollup 就是将多笔交易卷起来打包一块上传给 Layer1。交易数据等在 Layer1 上发布，但执行交易在 Layer1 之外。目前有两种 Rollups：

• 　　ZK Rollups，全称 Zero Knowledge Rollups，将数百笔交易在链下进行捆绑打包，并生成一个加密证明，该证明会被提交和发布在 Layer1 上面。

　　这意味着 ZK Rollups 只需要有效性证明，而不需要所有的交易数据。通过 ZK Rollup，验证区块将变得更快、更廉价，因为被打包的数据更少了。

• 　　Optimistic Rollups，乐观地假设所有交易都是有效的，所有的数据都存储在 Layer1 链上，因此 Optimistic Rollups 是安全和去中心化的，但是主链上的交易确认作为欺诈预防机制受到挑战期的影响， 需要很长的交易确认等待时间。

　　由于 Optimistic Rollups 与以太坊主链平行运行，兼容于 EVM 和 Solidity，因此在以太坊 Layer1 上能做的事情都可以在 Optimistic Rollups 上进行，这也是和 ZK Rollup 的不同之处。

　　通道 (Channels)

　　通道指参与者即便进行 N 次链下交易，也只需要在链上提交两笔交易即可，实现了极高的交易吞吐量。

　　不过参与者需要将一笔 ETH 存款锁定在一个多签合约（一种需要多个私钥签名以执行交易的智能合约类型）中。

　　锁定之后参与者就可以进行链下交易，最终的链上交易被提交后，那么之前被锁定的存款就可以解锁。

　　Plasma

　　Plasma 链是一条独立的区块链，锚定到以太坊主链，并使用欺诈证明 (类似于 Optimistic Rollups) 来仲裁纠纷。但只能支持基本的 Token 转移、兑换等。

　　Validium

　　Validium 使用像 ZK-Rollops 这样的有效性证明，但数据并不存储在以太坊 Layer 1 主链上，而是将 Layer 2 的交易数据存储在链下。

　　这意味着每条 Validum 链每秒可以处理 10k 笔交易，多条 Validum 链可以并行运行。

　　尽管目前的 Layer2 方案并不少，但对于整个扩容梦想而言，这几种方案的机制错综复杂，各自的优点无法结合，缺点也各不相同，难以实现兼容，这无疑也是一个大问题。

　　但数据显示，截至 10 月 23 日以太坊 Layer2 总锁仓量接近 40 亿美元，Arbtirum 、dYdX、Optimism 锁仓量位居前三。其中，在近七日锁仓量增长最快的是基于 ZK Rollup 的隐私与扩容解决方案 AZTEC。可以看出，基于 ZK Rollup 的扩容方案被很多人看好。

　　正如前面提到的，目前大部分生态和应用都在以太坊上，因此很多 Layer2 方案也基于以太坊。但在近几年，也有很多公链、新公链发展起来，尽管性能比之前已经有所提升，但没有一条链可以凭一己之力容纳下所有的生态应用。

　　因此，虽然越来越多的公链的设置越来越完善，但都变成了一座座「信息孤岛」，相互隔绝。要是可以让这些链都实现互操互联，那么不仅仅链上扩展也更加理想，对于整个区块链的发展都有很大的促进作用。

　　为了实现不同的区块链平台之间的资产流转、信息互通、应用协同，跨链技术正式为此而生。比如，推特最近支持「比特币支付」打赏功能应用的闪电网络，就是跨链技术的一种应用，提高了比特币网络的交易速度和实用性。

　　目前的跨链技术，主要有以下几种实现模式：

　　公证人机制

　　公证人机制是链与链交互操作最简单的方法，由某个有公信力的组织团体来证明两条链之间的互动。类似于找个德高望重的乡长，来证明两个村子之间的合作事情。

　　侧链 / 中继

　　指通过侧链或中继链进行交易，用多中心化的方式来解决信任问题。类似于在插座上接入更多的插排。

　　哈希锁定

　　通过智能合约来保障任意两个人之间的转账都可以通过一条「支付」通道来实现，完成「中介」的角色，类似于机器人，比较有代表的项目是近期有重大进展的闪电网络。

　　分布式私钥控制

　　分布式私钥控制基于密码学里面一个多方计算和门限密钥的一个共享技术，是一种相对较新的跨链方式。

　　将私钥分为 A 份，同时分给 A 个参与者，只有收集了 N （N 小于或等于 A）个私钥的分配，才能够恢复出一个完整的私钥，才可对私钥中资产进行解锁。它引入锁定和解锁的概念，通过这样的一个锁定和解锁的操作，可以对原有链上的 Token 进行管理权的操作。

　　在众多的跨链项目中，波卡和 Cosmos 是现阶段关注度很高的技术热点，尤其是波卡在今年以来进入了万众瞩目的平行链部署、插槽拍卖阶段，引发众多关注。

　　去年 12 月 8 日，波卡创始人 Gavin Wood 曾公布过波卡的相关进展情况，具体如下：

• 　　上线 Rococo v1 （测试网）并等待其稳定运行；

• 　　上线 Kusama 的 system （公共利益性质）平行链；

• 　　开启 Kusama 上的竞拍；

• 　　上线 Kusama 上竞拍成功的平行链；

• 　　在审计完成后，上线 Polkadot 的公共利益性质平行链；

• 　　开启 Polkadot 上的竞拍；

• 　　上线 Polkadot 上竞拍成功的平行链。

　　目前 KSM 测试网已经完成拍卖，竞争非常激烈。Polkadot 也将于 11 月中旬开启正式拍卖，到时会为扩展到来什么样的改变，我们将会持续关注。

公链

　　尽管扩展梦想一直基于链上转移到链下、或者让众多链实现互联互通这两种方式来实现，但要是有一条公链，可以最大限度、轻松地完成所有操作，那便再好不过了。

　　不过看今年公链的发展，有不少人称可能 2021 年才是公链的爆发元年。那么接下来我们盘点一下目前的公链情况。

　　比特币：作为「数字黄金」，比特币的公链功能似乎正在不断弱化，更多地趋向于代表价值存储代表。

　　以太坊：随着去年和今年 NFT 和 DeFi 的爆炸性增长，以太坊性能已经很难承载大量的市场需求。整个 ETH2.0 的规划共分为四个阶段：阶段 0：信标链；阶段 1：分片；阶段 2：智能合约；阶段 3：链下状态存储；阶段 4 ：分片合约。

　　但按照以太坊路线图， 以太坊 2.0 的进展也在「伦敦」升级后一再推迟，初步计划最早完成也在 2022 年第一季度左右，根据目前其团队不断推迟的现象来看，可能会更迟一些。

　　因此，对于用户而言也并没有明显的改进，似乎把过渡阶段寄希望于基于以太坊的各类 Layer 2 解决方案，由于在实现机制上各不相同，难以实现兼容，要想一家独大也几乎不可能。

　　BSC：9 月份是 BSC 主网到上线一年，这一年里 BSC 拿下了 DeFi 市场近 11% 的资产锁仓份额，可谓眼疾手快。但链上发生的几起应用安全事故也是令人心有余悸。

　　Solona：近半年以来，公链可以说得上是百花齐放。从被称为以太坊杀手的 Solana，到锁仓量屡创新高的雪崩 Avalanche，都表现出色。

　　但问题也是频出不断，比如 9 月 14 日当天 Solona 无法提供正常服务，工作人员发推称，是因为网络资源耗尽，遭遇了 DOS 攻击，导致有不少人在推特上表示，已经卖出手中所有的 SOL，要重回 ETH。

　　众多「新公链」的发展也依旧处于早期阶段，目前似乎并没有一条「完美的公链」，甚至更多的希望依旧寄托在以太坊上。

小结

　　从目前的发展来看，Layer2 解决方案的发展陷入焦灼难以兼容，跨链的发展已经小有进展但似乎不温不火，而在众多公链之中以太坊似乎依旧是一个「宜居」之地。

　　随着越来越多公链的出现，以及逐渐壮大的应用和生态发展，依据目前发展情况，我认为跨链的愿景似乎更符合长远发展，也更有可能在短时间内实现更大限度的扩展。接下来进展如何，让我们拭目以待！