在真正的去中心化的潮流中，扩展的问题正在并将会继续由各种互补的解决方案来处理。
原文标题：《Pantera Capital 幕僚长：Layer 2 如何解锁下一波杀手级应用？》
在 2020 年 DeFi 的夏日狂潮之后，由于人们对以太坊托管协议的需求暴涨，导致 gas 费用涨成了天价，也造成了网络的严重拥堵。值得庆幸的是，随着 Optimism 和 Offchain Labs 的 Arbitrum 等扩展解决方案的火爆发布，2021 年的「Layer 2 之夏」预示着它将会是一个解决方案。
接下来，我们讨论了为什么 Layer 2 技术这么重要。我们从扩展的基础开始，然后详细介绍新的链外工具对解决交易速度和成本这两个问题提供什么样的帮助。最后，我们讨论了这对更广泛的生态系统意味着什么，以及为什么 Layer 2 将会解锁下一波基于区块链技术的杀手级应用。
如果区块链技术的承诺是使融资渠道民主化—通过除去寻租的中间商来降低成本—其最大的讽刺在于，用户在承载大多数 DeFi 协议的以太坊上进行的交易时，依然及其昂贵。像在以太坊这样的分布式网络中，每笔交易都需要每个节点进行储存和处理的工作：这意味着随着用户群的增长，网络会不可避免地遇到容量限制。这就是众所周知的高额 gas 费的原因。因为网络拥堵促使了 gas 费用价格的上升和处理时间的增加，使小额交易无法正常运转。这就让对计算层面要求很高的 DApp，几乎不可能直接在越来越拥挤的区块链上运行。
简单来说，以太坊已成为其自身成功的受害者。在过去的一年里，随着数百万人争先恐后地接受和使用 DeFi 协议、NFT 市场以及其它托管在以太坊上的 DApp，刺激了处理交易的需求暴增。在这种情况下，由于每个节点的计算能力和单个块的大小有限，所以其处理能力一直让人失望。
当出现更多的交易来争夺有一定限度的区块空间和计算能力时，gas 费就会上涨，交易量和速度就会减缓。2021 年，以太坊费用比 2020 年上涨了 845%；平均区块容量在 2020 年 1 月大约为 70%，现在已经上升到 98% 的持续水平。
增加像以太坊这样的网络的容量是格外具有挑战性。定义区块链的特征主要有三个：去中心化、安全性和可扩展性。你可以从在这三个特征中选择两个，但如果你坚持使用最直接的方法，那么这三个你都不会拥有。这意味着，如果提高区块链的可扩展性——通过这种方式它可以处理更多交易、会更快、会更便宜——通常会削弱其安全性或去中心化的特征。
这个大难题通常被称为 「 可扩展性三元悖论 」，自生态系统发展的早期，它就一直困扰着区块链技术的支持者。在 2014 年，Vitalik Buterin 做出了令人难忘的承诺：以太坊社区要么解决可扩展性问题，「 要么就在这里灭亡 」。值得庆幸的是，随着最近可扩展性的升级和具有突破性的 Layer 2 扩展工具的推出，让该项目成功指日可待。
广义上讲，有两种方法来克服可扩展性三元悖论。Layer 1 或链上扩展的重点是改善区块链本身；Layer 2 或链下扩展的重点是改善区块链的使用方式。
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在以太坊生态系统中，领先的 Layer 1 扩展建议指的是 「 分片 」，它将通过创建新的链或 「 分片 」 来横向拆分交易数据库，来减少每个验证者需要处理的数据量。这会让分布式网络处理的交易总量超过单个节点的计算能力。最终，这将降低加入分布式网络的新验证者的门槛，增加其吞吐量，并降低在其上交易的成本。
然而，Layer 1 的扩展方式存在着严重的限制。这种扩展方式涉及极具挑战性的计算机科学和博弈论挑战，并且其中许多挑战在以前从未被解决过。对协议进行硬分叉也是实施它们的一个重要基础；作为一个实际问题，这需要在所有的利益相关者围绕每一个 Layer 1 的升级都要建立强大的共识。在任何复杂和分散的系统一样，这是一项艰巨且耗时的提议。
一直受困扰的「ETH-2」的以太坊的硬分叉升级计划被长期拖延，这表明了在技术和社区协调方面，实施重大的 Layer 1 变化的难度很大。
Layer 1 的解决方案专注于改善核心区块链的性能，而 Layer 2 方式则着眼于改善区块链的使用方式。它的支持者认为，由于分布式账本本质是受容量限制的，因此它们应该只承载价值最高的交易数据。Layer 2 将低关键性的操作迁移到链下，但将资产和加密货币留在 Layer 2。它允许用户随时返回到 Layer 2 以解决纠纷或收回他们的加密资产。这将 Layer 2 的操作固定在本地 Layer 2 的安全性中，释放核心区块链上的宝贵区块空间。最终，这使得 Layer 2 能够以更快的速度和更低的成本处理更多的交易量。
Layer 2 的解决方案主要有以下三种类型：状态通道、侧链与 Rollups。虽然这三者都可以为区块链容量提供复合收益，但以太坊社区已经将 Rollups 作为扩展网络的最有前途的方式。虽然其它 Layer 2 的解决方案在安全性或去中心化方面在接受重大折衷后可以实现可扩展性，但 Rollups 接受一些中心化而不牺牲去信任化（这是去中心化的关键优先事项）。
Rollups 将大部分计算转移到链下，然后定期将批量交易数据和由此产生的状态根推送到 Layer 1 区块链上。通过在主网之外执行操作，但在 Layer 1 记录交易数据和 / 或证明，Rollups 能受益于核心区块链的安全性，同时能够实现更大的吞吐量并大幅降低费用。广义上讲，Rollups 有两种类型：ZK-Rollups 和 Optimistic Rollups。
ZK Rollups 将计算转移到 Layer 2，并定期对主链外进行的交易数据进行批处理和压缩，生成其完整性的有效性证明，并将其发布到 Ethereum 主网。通过发布每个状态转换的正确性证明，ZK-Rollups 保证了链上状态的有效性，并允许用户立即提款。但是这些证明的计算很复杂，也很耗时。即使开发人员最终能够将 Solidity 与 ZK Rollup 技术结合使用，但他们目前需要用自定义编程语言重新编写智能合约。就目前而言，ZK-Rollups 是最适用于实现直接支付的项目，例如去中心化交易所或支付平台。
我们之前投资的 StarkWare，它现在是 ZK-Rollups 技术的领先先驱。在 2020 年中期，Starkware 通过使用 StarkEx 在以太坊上设置 130 万个帐户，并在 12 小时内为每个帐户设置初始余额的方式，展示了 StarkEx （其支持去中心化交易的 ZK-Rollups 可扩展性引擎）的强大能力。如果这种行为直接在主网上运行，这个过程将消耗以太坊网络 4.5 天的全部容量。 StarkEx 在仅仅 12 小时内以惊人的，在每笔交易的平均成本为 0.003 美元的成本和占以太坊容量的 2.5% 的条件下，运营了整个过程。
与 ZK-Rollups 不同，Optimistic Rollups 假设交易是有效的，并且只在出现挑战的情况下运行欺诈证明。Optimistic Rollups 依赖各方验证 Layer 2 提交的数据——并挑战不正确的状态——以维护转换的完整性。虽然计算效率很高，但这迫使用户在他们可以访问他们的资金之前需要等待一个挑战期。虽然如此，Optimistic Rollups 带来的可扩展性优势是巨大的，它可以将以太坊的 gas 费用降低 10,000+%，并将吞吐量提高多达 200 倍。
Arbitrum 等项目使用 Optimistic Rollup 技术，可轻松集成现有 DApp，并支持在链下层面执行任意 EVM 代码，同时对底层智能合约做到最小的更改。自 2021 年 8 月推出以来，已有 250 多个开发团队开始在 Arbitrum 之上进行开发。该项目被 Reddit 选中，用来启动其自己的 Layer 2 Rollup，Aave、Balancer、Band Protocol、Coinbase Wallet、Chainlink、Curve、DAI 稳定币、Etherscan、DODO、MetaMask、Shapeshift、Sushiswap 和 Uniswap 都已上线或即将与 Arbitrum 的技术进行整合。
Optimistic 和 ZK-Rollups 的能力和承诺是，通过将交易锚定在本地 Layer 1 安全性中，让用户可以选择恢复到 Layer 1 来收回他们的资产或解决纠纷。他们为用户和运营商创造了博弈论激励，让他们诚实地行事。这使它们成为创建安全且可扩展的网络的重要催化剂，用户可以在该网络上进行交易，而无需信任中心化中介或其交易对手。简而言之，区块链和加密货币的承诺是显而易见的。在最近推出备受关注的 Layer 2 扩展项目之后，现在这一承诺比以往任何时候都更容易实现。
为了让基于区块链的协议复制并最终取代传统金融的支柱，它们需要匹配或超过其基础设施的性能。如果没有 Layer 2 的帮助，以太坊主网每秒只能处理 15-20 笔交易（TPS）。比特币主链只能处理 7 笔。相比之下，VisaNet 支付网络平均处理大约 1,700 TPS，纳斯达克处理大约 500-1,000TPS。随着 Layer 2 的推出，这种差距将会缩小或消失。预计仅使用 Rollups 就会将以太坊上的 TPS 提高到 1,000 到 4,000TPS 之间。
状态通道和侧链等其它 Layer 2 解决方案将增加生态系统的容量，以及像 Polkadot 这样的高度可扩展的以太坊替代品也将会增加。综合来看，这些工具将使创建基于区块链，提供即时转账以实现快速结账并保证结算的销售点支付系统成为可能，其吞吐量可与 Visa 网络相媲美。
在短期内，更高的交易速度和更低的成本所带来的好处将在 DeFi 领域得到最强烈的感受。 迁移到 Layer 2 的应用程序将提供较低的交易费用和更低的最小交易规模，并把它们其显着的成本节省状态传递给用户。这将推动 DeFi 的整体交易量，吸引那些以前不愿意直接在以太坊上进行交易的离开集中式交所易的零售用户或像使用 Binance Smart Chain 这样不太安全的替代方案的用户。
例如，允许 dYdX 的 Starkware 整合，为用户提供更高的最大杠杆门槛，降低清算的惩罚，以及交叉利润的交易功能。
DeFi 协议本身也将得到改进。像 Perpetual Protocol 和 dYdX 这样的应用程序允许用户使用保证金和杠杆做多或做空加密货币资产；当已发布抵押品的价值低于指定阈值时，抵押品将被自动清算。当交易需要几分钟来处理时，该清算机制的功能是次优的，但在一个接近瞬时交易的规模化生态系统中，它发挥的作用是更有效、更精确地。这显著地提高了 DeFi 协议的资本效率。例如，允许 dYdX 的 Starkware 集成，为用户提供更高的最大杠杆阈值、更低的清算罚款和交叉保证金交易功能。
更广泛地说，高吞吐量、几乎免费和即时交易的出现，将使基于区块链的协议能够与传统网络浏览器上的用户体验相媲美或超越。从历史上看，试图构建去中心化的 Facebook、魔兽世界、Visa 或 SecondLife 的尝试在建立过程中基本上停滞的一个原因是，公共区块链缺乏处理每秒需要的数百或数千次计算的应用程序的能力。
借助将吞吐量提高 50-1,000 倍的扩展工具，过去速度太慢或计算密集而无法在核心区块链上运行的应用程序将会实现可行。这将标志着基于区块链的项目的可寻址市场的规模和范围的前所未有的扩张，开启下一代的去中心化社交媒体、虚拟世界、小额支付平台、游戏生态系统等。
为了让基于区块链的系统实现其透明、安全、抗审查和保护隐私的金融基础设施的愿景，扩大生态系统的能力将需要成为一个迭代的、持久的项目。眼前，Layer 2 的解决方案可以提供强大、灵活、复合工具。随着时间的推移，扩展 Layer 1 的最佳方法很可能是提高其作为数据可用性引擎的效率，以优化 Layer 1 的能力，能让 Layer 2 在其上运行。在真正的去中心化的潮流中，扩展的问题正在并将会继续由各种互补的解决方案来处理。
就目前而言，Layer 2 正引领着向可扩展、可堆积的区块链生态系统的方向发展，并且我们迫不及待地想看到它们释放的创新浪潮。
撰文：Emma Rose Bienvenu ，Pantera Capital 幕僚长翻译：麟奇
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