多链、侧链和Layer 2，谁才是以太坊扩容解决方案的未来？

贾斯汀·马特 (Justin Mart)、康纳·登普西 (Connor Dempsey)

编译：陈一万峰

到 2021 年底，以太坊已经发展到支持来自去中心化金融、NFT、游戏等领域的数千种应用。 全网每年结算数万亿美元的交易，平台锁定超过1700亿美元。 但与此同时，问题也随之而来。

以太坊的去中心化设计最终将它可以处理的交易量限制在每秒 15 笔交易。 由于以太坊的受欢迎程度远远超过每秒 15 笔交易，这导致以太坊的交易拥堵和高昂的 Gas 费用。 最终，这也让许多用户望而却步，并限制了以太坊目前能够处理的应用程序类型。

如果基于智能合约的区块链要发展成为拥有数十亿用户的金融和 Web 3 应用程序，就需要可扩展的解决方案。 值得庆幸的是，当今市场上已经有许多以太坊解决方案。 本文将对目前市面上的以太坊解决方案进行深入的分析和探讨。

竞争还是互补？

以太坊解决方案的目标是增加可由可公开访问的智能合约平台处理的交易数量，同时保持足够的去中心化。 请记住，使用由单个实体管理的集中式解决方案扩展智能合约平台是微不足道的（Visa 每秒可以处理 45,000 笔交易），但我们很快就会回到原点：一个自己的世界。

有两种方法可以解决这个问题：

1. 建立一个与以太坊竞争并能处理更多活动的新网络；

2. 建立能够处理以太坊产能过剩的互补网络。

从广义上讲，它们分为几类：

1. Layer 1 区块链（与以太坊竞争）；

2. 侧链（与以太坊部分互补）；

3. Layer 2 网络（与以太坊完全互补）。

虽然每种架构和方法都不同，但目标是相同的：让用户能够实际使用网络（例如，与 DeFi、NFT 等进行交互），而无需支付高昂的费用或经历漫长的等待时间。

第一层

以太坊被认为是第 1 层区块链，一个独立的网络，可以保护用户资金并在一个地方执行交易。 例如，在以太坊中，用户可以使用 Uniswap 等 DeFi 应用程序将 100 USDC 换成 DAI。

竞争性的第 1 层可以做以太坊做的所有事情，但在一个全新的网络中。 它们的不同之处在于，新的系统设计可以实现更高的吞吐量，从而降低交易费用，而这通常是以增加中心化为代价的。

在过去的 10 个月里，新的 Layer 1 层出不穷。 同一时期，这些网络的总价值从 0 美元飙升至 750 亿美元左右。 该领域目前由 Solana、Avalanche、Terra 和 Binance Smart Chain 领衔，每个生态系统的价值都超过 100 亿美元。

由 TVL 领导的非以太坊 Layer 1

所有 Layer 1 都在竞相吸引开发者和用户。 没有以太坊的任何工具和基础设施，很难轻松构建和使用应用程序。 为了弥合这一差距，许多第 1 层采用称为 EVM 兼容性的策略。

EVM 代表以太坊虚拟机，它本质上是执行计算以使交易发生的大脑。 通过使他们的网络与 EVM 兼容，以太坊开发人员可以通过本质上复制和粘贴他们的代码，轻松地将他们现有的以太坊应用程序部署到新的第 1 层。 用户还可以使用他们现有的钱包轻松访问与 EVM 兼容的第 1 层，从而使迁移变得简单。

以平衡计分卡为例。 通过启动 EVM 兼容网络并调整共识设计以实现更高的吞吐量和更便宜的交易，BSC 在过去的夏天流行的以太坊应用程序中看到了 Uniswap 和 Curve 等数十种 DeFi 应用程序的使用量激增。 Avalanche、Fantom、Tron 和 Celo 也采取了同样的做法。

相比之下，Terra 和 Solana 目前不支持 EVM 兼容性。

EVM 兼容和非 EVM 兼容第 1 层 TVL

互操作链

一般来说，Layer 1 代表区块链生态系统，例如 Cosmos 和 Polkadot。 这些项目不是构建新的独立区块链，而是构建标准，让开发人员创建可以相互通信的特定于应用程序的区块链。 例如，这可能允许来自游戏区块链的代币用于构建在用于社交网络的单独区块链上的应用程序中。

目前，使用 Cosmos 标准构建的链上价值超过 1000 亿美元，最终将实现互操作。 与此同时，Polkadot 最近也达到了一个里程碑，同样将统一其区块链生态系统。 总之，以太坊的直接竞争对手现在多种多样，未来还会更多。

侧链

侧链和新的第 1 层之间的区别肯定是模糊的。 侧链与 EVM 兼容的 Layer 1 非常相似，不同之处在于侧链是专门为应对以太坊的过剩容量而设计的，而不是与以太坊作为一个整体进行竞争。 这些生态系统与以太坊社区紧密结合，以互补的方式承载以太坊应用。

Axie Infinity 的 Ronin 侧链就是一个很好的例子。 Axie Infinity 是一款最初建立在以太坊上的 NFT 游戏。 由于以太坊的高 gas 费用使得玩游戏非常昂贵，Ronin 侧链旨在允许用户将他们的 NFT 和代币从以太坊转移到低 gas 费用的环境。 这使得更多用户能够负担得起该游戏，并提高了该游戏的知名度。

在撰写本文时，用户已将超过 75 亿美元从以太坊转移到 Ronin 侧链以玩 Axey Infinity。

多边形POS

像 Ronin 这样的侧链是特定于应用程序的，而其他侧链则用于更通用的应用程序。 目前，Polygon 的权益证明（POS）侧链处于行业领先地位，价值近 50 亿美元，部署了 100 多个 DeFi 和游戏应用程序，包括 Aave 和 Sushiswap，以及名为 Uniswap 的名为 Quickswap 的克隆。

同样，Polygon POS 的 EVM 兼容第 1 层看起来确实没有任何不同。 然而，它是作为扩展以太坊的框架的一部分而构建的，而不是与其竞争。 Polygon 团队看到了未来，以太坊仍然是高价值交易和价值存储的主导区块链，而日常交易将迁移到 Polygon 的低成本区块链。 （Polygon POS 还通过称为检查点的过程与以太坊保持特殊关系）。

由于交易费用不到一美分，Polygon 对未来的愿景似乎是可信的。 在激励计划的帮助下，用户涌向 Polygon POS，其日交易量超过了以太坊（尽管其中包含大量垃圾交易）。

第 2 层（汇总）

Layer 1 和侧链都面临着一个明显的挑战，那就是保护它们的区块链。 为此，他们必须支付新一批矿工或权益验证者来验证和保护交易，通常以基础代币通货膨胀的形式，例如 Polygon 的 $MATIC，Avalanche 的 $AVAX。

但是，这也有明显的缺点：

1. 拥有基础代币使生态网络更具竞争力，而不是与以太坊形成互补；

2. 验证和保护交易是一项复杂且具有挑战性的任务，这个生态网络将无限期地负责。

如果我们可以借鉴以太坊的安全性来创建一个可扩展的生态系统，那不是很好吗？

那么，让我们一起进入二层网络吧。

简而言之，Layer 2 是建立在以太坊之上的独立生态系统，其安全性依赖于以太坊。 至关重要的是，Layer 2 不需要有原生代币，因此它们不仅与以太坊更具互补性，而且本质上是以太坊的一部分。 以太坊路线图甚至通过声明以太坊 2.0 将“以 Rollups 为中心”来表达对这一想法的敬意。

汇总如何工作

Layer 2 通常称为 Rollups，因为它们“Rollup”或将交易捆绑在一起并在将更新的交易数据发送回以太坊之前在新环境中执行它们。 不是让以太坊网络单独处理 1,000 个 Uniswap 交易，而是在将结果提交回以太坊之前将计算卸载到第 2 层 Rollups。

但是，当结果回传给以太坊时，以太坊怎么知道数据是正确有效的呢？ 以太坊如何防止任何人发布不正确的信息？ 这些关键问题区分了两种类型的 Rollups：Optimistic Rollups 和 Zero-Knowledge Rollups (ZK-Rollups)。

乐观汇总

当向以太坊提交结果时，Optimistic Rollups“乐观地”假设它们是有效的。 换句话说，他们让 Rollups 的运营者发布他们想要的任何数据（包括可能不正确/欺诈的数据）并假设它是正确的，这无疑是一个乐观的前景。

但是有一些方法可以打击欺诈。 作为一种检查和平衡，在任何取款后都有一个时间窗口，任何人都可以指出欺诈行为（请记住，区块链是透明的，任何人都可以看到正在发生的事情）。 如果这些观察者中的一个可以在数学上证明欺诈发生（通过提交欺诈证明），Rollups 将恢复任何欺诈交易并惩罚坏人并奖励观察者。

缺点是当你在 Rollups 和以太坊之间转移资金时会有短暂的延迟，等待观察者是否发现任何欺诈行为。 在某些情况下，这可能长达一周，但这些延迟预计会随着时间的推移而减少。

关键是 Optimistic Rollups 与以太坊有着内在的联系，并且准备帮助以太坊今天扩展。 因此，随着许多领先的 DeFi 项目转向领先的 Optimistic Rollups，例如 Arbitrum 和 Optimistic Ethereum，我们看到了强劲的初始增长。

Arbitrum 与乐观的以太坊

Arbitrum 和 Optimistic Ethereum 是当今实施 Optimistic Rollups 的两个主要项目。 值得注意的是，这两家公司仍处于早期阶段，都保持着一定程度的集中控制，但都计划随着时间的推移进行去中心化。

据估计，一旦成熟，Optimistic 的 Rollups 可以将可扩展性提高 10-100 倍。 即使在早期，Arbitrum 和 Optimism 上的 DeFi 应用程序已经积累了数十亿的网络价值。

乐观主义在其采用曲线上处于早期阶段，在七个 DeFi 应用程序中部署了超过 3 亿美元的 TVL，其中最著名的是 Uniswap、Synthetix 和 1inch。

Arbitrum 走得更远，在 60 多个应用程序中拥有大约 25 亿美元的 TVL，包括熟悉的 DeFi 协议，如 Curve、Sushiswap 和 Balancer。

Arbitrum 还被选为 Reddit 的首选扩展解决方案，因为他们期待已久的努力是为社交媒体平台的 5 亿月活跃用户标记社区积分。

ZK-Rollups

Optimistic Rollups 始终假设交易有效并为其他人提供证明欺诈的空间，ZK-Rollups 实际上会向以太坊网络证明交易。

根据捆绑交易的结果，他们向以太坊智能合约提交所谓的有效性证明。 顾名思义，有效性证明让以太坊网络验证交易是否有效，从而使中继者无法欺骗系统。 这消除了对防欺诈窗口的需要，因此在以太坊和 ZK-Rollups 之间转移资金实际上是一个即时操作。

虽然即时结算和无提款时间听起来不错，但 ZK-Rollups 并非没有权衡。 首先，生成有效性证明是计算密集型的，因此需要高性能机器才能使其正常工作。 其次，围绕有效性证明的复杂性使得支持 EVM 兼容性变得更加困难，从而限制了可以部署到 ZK-Rollups 的智能合约类型。 因此，Optimistic Rollups 率先上市，并且更有能力解决当今以太坊的扩展问题，但从长远来看，ZK-Rollups 可能会成为更好的技术解决方案。

ZK-Rollups 使用

ZK-Rollups 的情况很严重，有多个团队和实施在工作和生产中。 一些著名的参与者包括 Starkware、Matter Labs、Hermez 和 Aztec。 如今，ZK-Rollups 主要支持相对简单的应用，例如支付或交易所（由于目前 ZK-Rollups 可以支持的应用类型受到限制）。 例如，衍生品交易所 dYdX 采用了 Starkware（StarkEx）的 ZK-Rollups 解决方案，支持每周近 500 万笔交易，TVL 超过 10 亿美元。

然而以太坊的前景，真正值得赞扬的是 ZK-Rollups 解决方案，它完全兼容 EVM，因此能够支持流行的通用应用程序（例如全套 DeFi 应用程序），而不会出现 Optimistic Rollups 的退出延迟。 该领域的主要参与者是 MatterLab 的 zkSync 2.0、Starkware 的 Starknet、Polygon Hermez 的 zkEVM 和 Polygon Miden，所有这些公司目前都在致力于主网发布。

业内许多人（包括 Vitalik）正在考虑将 ZK-Rollups 与以太坊 2.0 结合作为扩展以太坊的长期解决方案，主要是因为它们能够从根本上每秒处理数十万笔交易。 随着以太坊扩容进程的不断推进，即将推出的完全兼容 EVM 的 ZK-Rollups 将成为值得关注的关键问题之一。

一个“碎片化”的世界

从长远来看，如果智能合约平台要扩展到数十亿用户，这些扩展解决方案是必要的。 然而，在短期内，这些解决方案可能会给用户和加密货币运营商带来重大挑战。 从以太坊导航到这些网络需要使用跨链桥，这对用户来说很复杂并且存在潜在风险。 例如以太坊的前景，几个跨链桥已成为 1 亿美元以上攻击的目标。

更重要的是，多链世界的碎片化打破了可组合性和流动性。 考虑到 Sushiswap 目前在 Ethereum、BSC、Avalanche、Polygon 和 Arbitrum 上实施。 Sushiswap 的流动性曾经集中在一个网络（以太坊）上，现在分散在五个不同的网络中。

以太坊应用程序长期以来一直受益于可组合性，因此以太坊上的 Sushiswap 可以与其他以太坊应用程序（例如 Aave 或 Compound）即插即用。 随着应用程序扩展到新网络，在第 1 层/侧链/第 2 层上实现的应用程序不能再与在另一层上实现的应用程序组合，这限制了可用性并为用户和开发人员带来了挑战。

不确定的未来

Avalanche 或 Solana 等新的 Layer 1 会继续发展以与以太坊竞争吗？ 像 Cosmos 或 Polkadot 这样的区块链生态系统会激增吗？ 侧链会继续与以太坊协调运作，承担其过剩产能吗？ 或者 Rollups 与以太坊 2.0 的结合会胜出吗？ 没有人可以肯定地说。

虽然未来不确定，但每个人都可以放心，因为有这么多优秀的团队致力于解决开放的、无需许可的网络面临的最具挑战性的问题。 正如宽带最终帮助互联网为 YouTube 和 Uber 等一系列革命性应用提供动力一样，我们相信我们最终会以同样的眼光看待这些成功的扩展解决方案。