以太坊Layer2的技術(shù)方案介紹

背景

以太坊是當(dāng)前最流行的智能合約平臺(tái)之一，但它的交易速度和吞吐量仍然受限于其底層的共識(shí)算法和智能合約執(zhí)行引擎。因此，以太坊社區(qū)一直在研究和開(kāi)發(fā)各種Layer2技術(shù)，以解決這些問(wèn)題。本文將介紹以太坊的Layer2技術(shù)，包括為什么需要Layer2，主要的Layer2技術(shù)路線及其區(qū)別，各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

為什么需要Layer2

以太坊的交易速度和吞吐量仍然比較低，這是由于區(qū)塊鏈本身的性質(zhì)決定的。因此，以太坊社區(qū)一直在尋找各種方法來(lái)提高其性能，以滿足日益增長(zhǎng)的用戶需求。Layer2技術(shù)是這些解決方案之一，它可以將大量的交易從以太坊主鏈轉(zhuǎn)移到另外一條鏈上，從而提高交易速度和吞吐量，同時(shí)降低交易成本和燃料費(fèi)用。

Plasma

Plasma是一種基于以太坊的Layer2技術(shù)，旨在提高以太坊的交易速度和吞吐量。它通過(guò)建立一個(gè)分層結(jié)構(gòu)的鏈來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，使得大量的交易可以在這個(gè)鏈上進(jìn)行，而不必在以太坊主鏈上進(jìn)行，從而減少了主鏈上的交易壓力。

Plasma的核心思想是將交易和狀態(tài)存儲(chǔ)在一個(gè)分布式的子鏈上，該子鏈可以處理大量的交易，而不必將所有交易都提交到以太坊主鏈上。這個(gè)子鏈稱為“Plasma鏈”，它可以擁有自己的共識(shí)機(jī)制和節(jié)點(diǎn)，但是仍然可以和以太坊主鏈進(jìn)行互操作。在Plasma鏈上進(jìn)行的交易可以被聚合成一個(gè)“區(qū)塊”，并最終提交到以太坊主鏈上。這樣，Plasma鏈可以實(shí)現(xiàn)高吞吐量和低交易成本，同時(shí)保持與以太坊主鏈的兼容性和安全性。

在Plasma中，每個(gè)用戶都可以創(chuàng)建一個(gè)“Plasma帳戶”，可以將以太坊上的代幣或其他數(shù)字資產(chǎn)存儲(chǔ)到這個(gè)帳戶中。用戶可以在Plasma鏈上進(jìn)行交易，這些交易會(huì)被聚合成區(qū)塊，然后提交到以太坊主鏈上。在提交到主鏈之前，這些交易可以被任何人驗(yàn)證，以確保它們是有效的。如果發(fā)現(xiàn)任何不正確的交易，驗(yàn)證者可以將其拒絕，從而保證Plasma鏈的安全性和正確性。

Plasma的優(yōu)點(diǎn)在于可以處理大量的交易，并且可以降低交易成本和燃料費(fèi)用。它的設(shè)計(jì)也允許多個(gè)Plasma鏈之間進(jìn)行交互，從而實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的交易處理和更高的吞吐量。然而，由于其復(fù)雜的智能合約和驗(yàn)證器機(jī)制，它也容易受到網(wǎng)絡(luò)分裂攻擊和其他安全問(wèn)題的影響。為了解決這些問(wèn)題，Plasma技術(shù)還在不斷地研究和發(fā)展中。

優(yōu)點(diǎn)：Plasma可以提高以太坊的吞吐量，降低交易成本和燃料費(fèi)用。

缺點(diǎn)：Plasma需要復(fù)雜的智能合約和驗(yàn)證器機(jī)制，容易受到網(wǎng)絡(luò)分裂攻擊和其他安全問(wèn)題的影響。

主要代表： OMG Network、Matic Network等。

State Channels

State Channels是另一種以太坊的Layer2技術(shù)，也被稱為“離線交易通道”。它的主要目的是在保持去中心化的同時(shí)提高以太坊的交易速度和吞吐量。

State Channels的核心思想是將多個(gè)交易歸并到一個(gè)單獨(dú)的通道中，從而降低交易成本和時(shí)間。在通道中，每個(gè)參與者都可以創(chuàng)建交易，這些交易會(huì)被記錄在通道內(nèi)，而不必在以太坊主鏈上提交和驗(yàn)證。只有在通道結(jié)束時(shí)，所有的交易才會(huì)被批量提交到以太坊主鏈上進(jìn)行驗(yàn)證和結(jié)算。這種方式可以避免在每次交易時(shí)都需要支付高昂的燃?xì)赓M(fèi)用，并且可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的交易。

State Channels的優(yōu)點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn)高吞吐量和實(shí)時(shí)交易，同時(shí)保持去中心化和安全性。由于交易不需要在以太坊主鏈上提交，因此交易成本也得到了降低。此外，由于交易是在通道中進(jìn)行，因此也可以保護(hù)用戶的隱私。不過(guò)，State Channels也存在一些缺點(diǎn)，例如需要預(yù)先設(shè)定通道的數(shù)量，需要提前鎖定一些資金作為通道的押金，以及參與者必須在線才能進(jìn)行交易等。

目前，以太坊上已經(jīng)有一些基于State Channels的應(yīng)用程序，例如Raiden Network和Connext Network等。它們都致力于提供快速，低成本的交易解決方案，并且正在不斷地進(jìn)行優(yōu)化和發(fā)展。

Rollups

Rollups是一種以太坊的Layer2技術(shù)，它旨在提高以太坊的吞吐量和交易速度，同時(shí)保持去中心化和安全性。它的核心思想是將多個(gè)交易歸并到一個(gè)單獨(dú)的區(qū)塊中，并將該區(qū)塊的摘要提交到以太坊主鏈上進(jìn)行驗(yàn)證和結(jié)算。這種方式可以避免在每次交易時(shí)都需要支付高昂的燃?xì)赓M(fèi)用，并且可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的交易。

Rollups可以分為兩種類型：Optimistic Rollups和ZK Rollups。

Optimistic Rollups是一種基于“樂(lè)觀執(zhí)行”的技術(shù)，它假定所有的交易都是有效的，直到有證據(jù)證明它們不是。在Optimistic Rollups中，交易是在Rollup合約中進(jìn)行，而不是在以太坊主鏈上。這些交易將在Rollup合約中進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)證，并生成一個(gè)Rollup區(qū)塊。然后，該區(qū)塊的摘要將被提交到以太坊主鏈上進(jìn)行驗(yàn)證和結(jié)算。如果存在無(wú)效的交易，則會(huì)有挑戰(zhàn)者出現(xiàn)來(lái)提供證據(jù)并讓它們失效。如果沒(méi)有挑戰(zhàn)者出現(xiàn)，那么Rollup區(qū)塊將被認(rèn)為是有效的，并被視為一個(gè)整體提交到以太坊主鏈上進(jìn)行結(jié)算。

ZK Rollups是一種基于零知識(shí)證明的技術(shù)，它使用加密學(xué)技術(shù)來(lái)驗(yàn)證和處理交易，從而實(shí)現(xiàn)更高的吞吐量和更低的成本。在ZK Rollups中，所有的交易都是在Rollup合約中進(jìn)行，并由一個(gè)叫做“驗(yàn)證器”的單獨(dú)實(shí)體進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證器將使用零知識(shí)證明來(lái)證明交易的有效性，并將所有有效的交易打包成一個(gè)Rollup區(qū)塊。然后，該區(qū)塊的摘要將被提交到以太坊主鏈上進(jìn)行驗(yàn)證和結(jié)算。與Optimistic Rollups不同，ZK Rollups中不存在無(wú)效的交易，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)被驗(yàn)證過(guò)了。

Rollups的優(yōu)點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn)高吞吐量和實(shí)時(shí)交易，同時(shí)保持去中心化和安全性。由于交易不需要在以太坊主鏈上提交，因此交易成本也得到了降低。此外，Rollups還可以實(shí)現(xiàn)更高的隱私保護(hù)和更低的網(wǎng)絡(luò)延遲。不過(guò)，Rollups也存在一些缺點(diǎn)，例如需要大量的計(jì)算資源和存儲(chǔ)空間，以及需要等待Rollup區(qū)塊的提交和驗(yàn)證等。

目前，以太坊上已經(jīng)有一些基于Rollups的應(yīng)用程序，例如Optimism、Arbitrum和zkSync等。它們都致力于提供快速，便宜和安全的交易，并且已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用中獲得了成功。Optimism是目前最受歡迎的Optimistic Rollup方案之一，它已經(jīng)被一些知名的DeFi項(xiàng)目采用，例如Uniswap、Synthetix和Aave等。Arbitrum則是另一個(gè)Optimistic Rollup方案，它具有更高的靈活性和更好的開(kāi)發(fā)者支持。zkSync則是一個(gè)ZK Rollup方案，它已經(jīng)被一些知名的以太坊項(xiàng)目采用，例如StarkWare和Curve等。