撰文：Footprint分析師Vincy（ vincy@footprint.network ）
日期：2021年12月
數據來源：Footprint Layer 2 Dashboard（ https://footprint.cool/1ypO ）
據Footprint Analytics最新資料顯示，第四季度的乙太坊Layer 2總鎖倉量（或TVL）較第三季度增幅600%，於11月25日突破71.7億美元的峰值。截止當前TVL最高是Arbitrum（24億美元），其次是dYdX（9.8億美元），Boba Network以7.7億美元的TVL位居第三。
隨著乙太坊網絡用戶量的與日俱增，網絡擁堵以及高gas費成為各應用的首要問題，市場對乙太坊網絡的需求逐漸加大，緩解該問題也就成了重中之重。 於10月26日，乙太坊創始人V神在會上發表《通往以Layer 2為中心的以太坊之路》，意味著Layer 2是乙太坊擴展的未來。
Layer 2的概念
在數據增大且網絡擁堵的情况下，通過擴大容量，緩解當前所受的壓力，Layer的概念就油然而生。 Layer 2是一個為提升乙太坊網絡（Layer 1）效能的整體擴容解決方案。
關於區塊鏈的擴容主要分為兩個方向：Layer 1和Layer 2
Layer 1：改進公鏈本身以提升效能，即鏈上擴容，包含新增區塊大小（或資料結構）、分片科技和隔離見證，能提高交易處理能力的解決方案；
Layer 2：不直接改動Layer 1（主鏈）的區塊大小等規則，而是構建一個鏈下的二層（即Layer 2），包括狀態通道、側鏈、Plasma和Rollup，在二層處理部分交易以分擔主鏈的壓力，在必要時和主鏈進行交互，即鏈下擴容。
Layer 1和Layer 2之間存在什麼聯系？ 它們好比母公司與子公司的關係，把一些乙太坊上的交易數據請求跨鏈到Layer 2處理，處理完後Layer 2返回交易資訊跨鏈到Layer 1，減輕Layer 1的交易壓力，實現低gas費的交易結果，這是Layer 2的主要核心技術要點。
除此之外，Layer 2是對Layer 1的擴展，突破Layer 1的原有功能的限制，在不影響Layer 1本身的特性上，還繼承了乙太坊的安全性。
Layer 2主要的擴容解決方案
早期的Layer 2是以狀態通道和側鏈兩大方向去摸索，但在摸索的過程中發現，狀態通道無法做到去中心化以及匿名性的隱私保護需求，側鏈的資產控制權在鏈下，對資產安全性有很大的隱患，因此它們不是Layer 2中最好的擴容解決方案。
而好的解決方案是需要是保持數據的安全性、交易真實且匿名性以及短期的退出週期等需求，而Layer 2也抓住這些特性不斷地加以完善擴容功能。
據Footprint Analytics顯示，當前Layer 2共有19個項目，包括有DEX類型以及其他網絡等，它們仍然是加密領域中最值得關注的趨勢，從年初到至今，總TVL漲幅11400%，Layer 2增長快速與Layer 2的擴容科技調整後方案有直接的關係，當前主要有4種擴容方案，分別為Plasma、 Optimistic Rollup、ZK Rollup和Validium。
- Plasma相對保障資產安全性，資訊不可用成為阻礙
Plasma是鏈下擴容解決方案，依賴主鏈互動最少的鏈下交易，它使用子鏈向根鏈（即乙太坊）報告管道來新增交易輸送量（系統在組織時間內處理請求的數量）。
Plasma是OMGX Network最早提出Layer 2概念的乙太坊擴容項目之一，它的工作原理為以下幾點：
- 先在乙太坊外構建Plasma鏈，用戶將資產從乙太坊上轉移到Plasma鏈上，這個過程需要將主鏈資產發送到管理Plasma鏈的智慧合約，該資產就可進入Plasma鏈中進行互動；
- 每隔一段時間，Plasma鏈上操作者（即Plasma鏈上維護者）會對該時間段內的交易進行批量處理，生成一個區塊；
- Plasma鏈上操作者會將計算結果返回到主鏈上，並將資產交易的狀態發送給資產當前所有者。
Plasma鏈擴容解決方案的突破點在於它保障資產相對安全，即使在鏈下環境不可用時，也能在主鏈上選取交易結果，從而更好提高主鏈交易輸送量； 另外還减少與主鏈的互動，降低交易gas費。
但是，Plasma機制並非完美，其存在的問題也比較明顯：
- 數據不可用。 主鏈無法獲取所有鏈下數據，只能通過根雜湊（一種典型的二叉樹結構，由一個根節點、一組中間節點和一組葉節點組成）進行簡單驗證；
- 退出週期長。 因不具備主鏈數據可用性，導致退出機制比較複雜，需要更長的週期進行欺詐證明，導致選取資金週期更久，約7-14天之上；
- 通用性拓展難。 在科技框架下限定子鏈的資料結構，加大難度。
代表項目：OMG Network使用Plasma的擴容方案
據Footprint Analytics顯示，當前OMG Network的TVL為310萬美元，位居Layer 2項目中排名14，相對其他項目體量較小，且從趨勢上來看，屬於停滯不前的項目。
但隨著Layer 2網絡中Optimistic Rollup等新方案不斷湧現，OMG Network的定位方向逐漸削弱，通過陞級品牌且採用Optimistic Rollup擴容解決方案重回戰場，從而得到更多發展的機會。
Optimistic Rollup（欺詐證明）及ZK Rollup（零知識證明）通過驗證交易包的真實性，從根本上解决Plasma數據不可用的問題。
- Optimistic Rollup壓縮上鏈交易數據，但驗證效率低下
Optimistic Rollup是Optimistic合約和鏈上數據可用性組合而成，選擇相信操作者提交的交易包真實性，對欺詐行為作出處罰。
它的操作原理是，當Layer 2計算結果返回Layer 1時，如果驗證者認為結果可能存在欺詐行為，那麼驗證者就可以發起挑戰，主鏈凍結資產，進行交易數據和記錄驗證，證明其是真實的交易還是欺詐的交易。 另外，如沒有驗證者懷疑該計算結果，主鏈默認交易是真實的。
這種模式提高了上鏈效率，將多筆交易打包操作，節約時間和節省gas費，擁有較强的相容性，减少開發者的工作量，更好解决乙太坊網絡擁堵的痛點。
其缺點是：
- 驗證效率低。 驗證欺詐證明機制使得資產存入和轉出需等待較長的質疑期；
- 資金可能會被凍結。 如果驗證者認為結果存在欺詐行為，容易被主鏈凍結資產；
- 擴容程度不及ZK Rollup。 交易壓縮率相對較低。
代表項目：Arbitrum、Boba Network多個項目使用Optimistic Rollup的擴容方案
據Footprint Analytics顯示，當前Arbitrum鏈是Layer 2的龍頭，而Boba Network是近一個月以來新興網絡，增長快速。 它們使用Optimistic Rollup擴容解決方案，可以實現高輸送量，讓開發者以低成本部署，運營智慧合約，同時可以保持無需信任的安全性。
- ZK Rollup高度去中心化，開發難度高
ZK Rollup是通過在單筆交易中對大量資金轉移進行集中處理以提升擴容性。 Plasma在每次發生資金轉移時都會創建一筆交易，而ZK-Rollups則將數百次轉移都捆綁在一筆交易中。
相較於Optimistic Rollup，ZK Rollup交易壓縮率更高。 體現於它通過零知識證明驗證交易包的真實性，操作者能在不向驗證者提供任何有用的資訊情况下，使驗證者相信某個論斷是正確的。 具體的操作如下：
- 用戶轉入並鎖定資產，Layer 2添加帳戶資產資訊；
- 在Rollup網絡中，用戶簽名並發送交易；
- 操作者收集交易，批量打包，生成零知識證明；
- 操作者將交易包和零知識證明廣播到主鏈；
- 智慧合約通過零知識證明驗證交易包的真實性，更新數值，執行轉帳操作。
其優點是：
- 實現去中心化；
- 上鏈效率高。 交易壓縮率更高；
- 驗證效率高。 沒有驗證等待期；
- 安全性以及隱私性更優。 零知識證明不透露交易細節，ZK Rollup科技保證了提交給主鏈的數據真實有效。
其缺點是：
- 生成零知識證明過程複雜；
- 應用定制化開發難度大，相容性低。
代表項目：dYdX採用ZK Rollup科技方案
dYdX在為交易加密資產建立一個强大而專業的交易所，讓用戶可以真正擁有自己的交易，並最終擁有交易所本身。
其作為DeFi衍生品龍頭，也是ZK Rollup科技最早採用者之一。 整體的數據表現：繼8月份以來，TVL持續上漲的態勢穩住Layer 2項目的前2名，當前TVL為9.76億美元，其Token（DYDX）價格有所下降趨勢，當前為9.04美元，市值為5.7億美元。
- Validium是混合擴容解決方案，安全性較低
Validium是混合擴容解決方案，能讓用戶能够在ZK Rollup模式和Validium模式之間進行選擇。 但區別於ZK Rollup，Validium的數據保持在鏈下，而ZK Rollup的數據可用性是在鏈上。
Validium可能更適合對無需信任要求沒那麼高的應用（譬如遊戲DApp），而ZK Rollup更適合於對安全要求較高的支付和交易所等場景。
代表項目：DeversiFi和ImmutableX採用Validium科技方案
DeversiFi，聲稱是在乙太坊上獲得DeFi機會的最簡單方法：投資、交易和發送Token而無需支付gas費用，當前最大的基於Validium的去中心化交易所，據Footprint Analytics顯示，於12月4日，TVL突破1億之上創歷史新高。
ImmutableX，是乙太坊上NFT的第一個第2層，承諾為遊戲、應用程序、市場提供零gas費以及即時交易可擴展性的項目。 當前位居Layer 2排名第7比特。
總結
Layer2擴容解決方案經過多年的更新反覆運算，實現在乙太坊上擴容的安全方案，緩解乙太坊網絡的擁堵和高gas費等問題，成為瞭解决區塊鏈科技規模化應用的主流科技方案，每種方案都有自身的優勢和劣勢，但每個Layer 2項目都根據自身情况去開發相應的科技， 從而實現其最大的價值。
Layer 2的技術創新以及快速的發展，同時也在推動了DeFi市場、NFT和虛擬世界等的發展，在提高網絡輸送量、减少開發者的工作量和交易效率等中，象徵著Layer 2是乙太坊擴展的未來。
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