Coinbase 近期于官方部落格发表了一篇文章,内容讲述了多链发展未来,侧链及 Layer2 解决方案.此篇为关于这篇文章的翻译及重点整理.
 (原文标题为"Scaling Ethereum & crypto for a billion users",作者为 Justin Mart 及 Connor Dempsey)
 至 2021 年的今天,以太坊上已承载了上千个应用,包含了 DeFi,NFT 及游戏等各种领域.整个网路每年交易结算超过上兆美元,目前各平台锁仓量已超过 1,700 亿美元.
 但以太坊的去中心化设计,以及每秒只有 15 笔交易最终限制了它能处理的交易量.这导致了漫长的交易等待时间及每笔交易伴随的高额 Gas Fee (有时甚至超过 200 美元).最后,许多用户因费用对其望之却步,并限制了以太坊目前可以处理的应用类型.
 若基于智能合约开法的区块链要发展到能支持数十亿用户的金融及 Web3 应用,扩容的解决方案势必不可或缺.而最近,有许多拟议的解决方案也上线了.
 如何解决
 为了解决当前问题,文章提出了两种方案.分别为 (1) 建立与以太坊竞争的全新网路,在上面能处理更多的活动.(2) 建立可以处理以太坊过剩容量的互补网路.
 总体来看,它们分为以下三个类别:
 Layer 1 区块链 (与以太坊竞争)
 侧链 (与以太坊有一定的互补性)
 Layer 2 网路 (对以太坊的补充)
 虽然以上三种皆有不同的架构或方法,但目标皆相同:让用户能实际的使用网路 (例如:与 DeFi,NFT 等互动),且无须支付高额 Gas Fee 及忍受漫长等待时间.
 Layer 1 (一层网路)
 以太坊被视为是 Layer 1 区块链:一个保障用户资金及执行交易皆在同一地方的独立网路,在上面可以使用像是 Uniswap 此类 DeFi 应用进行币种兑换.
 为了与以太坊竞争,新的 Layer 1 网路需从头到尾从新打造.主要区别在于新的系统设计,为了实现更高的吞吐量已降低交易费用,但通常得以更加去中心化为代价.
 在过去 10 个月里,新兴 Layer1 网路纷纷上线,由 Solana,Avalanche,Terra 及 Binance Smart Chain (币安智能链) 领头,每个生态系统皆不断增长,TVL (总锁仓量) 皆达到 100 亿美元以上.
 所有 Layer 1 网路皆在相互竞争以吸引开发者及用户,但若没有类似以台太坊的工具及基础设施,使其易于建构及使用,将很难吸引新人进驻并发展生态.为了弭平差距,许多 Layer 1 网路会使用被称为 EVM 兼容的策略.
 EVM 意指以太坊虚拟机 (Ethereum Virtual Machine),本质上是以太坊执行计算并实现交易的大脑.透过使 Layer 1 网路与 EVM 兼容,以太坊开发者可以方便地将现有的以太坊应用部署到新的 Layer 1 网路.用户现有的钱包也可轻易访问 EVM 兼容的 Layer 1 网路,使得链与链间的迁移变得更简单.
 以 BSC 为例,在推出 EVM 兼容网路,并调整共识获得更高的吞吐量及更低的交易费,BSC 使用量剧增,出现了几十种 DeFi 协议,而这些协议大部分与以太坊上的热门协议 (Uniswap,Curve) 相似.Avalanche,Fantom,Tron 及 Celo 皆采取相同作法.相反地,Terra 及 Solana 目前并非 EVM 兼容.
 互操作链 (有些微不同的 Layer 1 网路)
 像是 Cosmos 及 Polkadot,相较于建立新的独立网路,它们选择建立新的标准,使开发者能够创建相互沟通连结的特定应用区块链.简单来说,以太坊的直接竞争对手越来越多样会,未来也将持续增加.
 侧链 (Sidechain)
 侧链与 Layer 1 网路 的区别相当模糊,其与兼容以太坊 EVM 的 Layer 1 网路相当类似,但侧链被建构的目的主要是为了处理以太坊上过多的交易量,并非直接竞争.这些生态系统与以太坊社群关系紧密,以互补的方式乘载以太坊生态.
 Axie Infinity 的 Ronin 侧链就是个典型例子.其是最初建立于以太坊上的 NFT 游戏,但由于以太坊的 Gas Fee 实在过高,Ronin 侧链的建立使用户能将他们的 NFT 及代币转移到低 Gas Fee 的环境,使更多用户能负担起游戏花费.且 Ronin 侧链在游戏人数爆发前就已建立完成.
 Polygon POS
 Ronin 此类侧链有其专属应用 (Axie Infinity),而其他侧链则适合于更多应用场景.目前,Polygon 的 POS (proof-of-stake) 侧链是产业领导者,其价值近 50 亿美元.部署了 100 多个 DeFi 及游戏应用,像是 Aave 及 Sushiswap,以及 Uniswap 的仿盘 Quickswap.
 虽然 Polygon 的 POS 侧链与兼容 EVM 的一层网路没什么相异.但是,其建立目标是为了扩容以太坊,而不是与之竞争.Polygon 团队认为,以太坊在未来仍然会是最强势的区块链且具有高度价值,而日常交易则转移到 Polygon 上 (低成本).
 极低的交易费用以及激励计划,使用户纷纷涌入 Polygon,日交易量已经超过了以太坊.
 Layer 2 (二层网路,Rollups)
 Layer 1 网路及侧链皆有一个明显的挑战:如何确保区块链的安全性.为了达到目标,他们必须支付矿工及验证人奖励,以确保并确保交易正常,通常奖励为基础代币 (Polygon 的 MATIC, Avalanche 的 AVAX).
 然而,有两点显著的缺点:
 拥有基础代币自然会使生态系统更具竞争性,而非与以太坊互补.
 验证及确保交易是一项复杂且具有挑战性的任务,网路将至始至终为其负责.
 而 Layer 2 网路目标即为创建可扩容的生态系统,并借用以太坊的安全性,主要利用"rollups"技术实现.简单来说, Layer 2 网路是位于以太坊上的独立生态系统,且没有原生代币,本质上是以太坊的一部份.
 Rollups 运行原理
 Layer 2 网路通常被称为 Rollup,因为他们将交易"卷起来"或"捆绑"在一起,并在新的环境中执行,之后再将更新后的数据传回以太坊.与其让以太坊网路单独处理 1,000 笔 Uniswap 交易 (较昂贵),不如在将结果提交给以太坊之前将计算堆叠在 Rollup 上处理 (较便宜).
 然而,当结果发送回以太坊后,以太坊如何知道这些数据是正确及有效的?以及以太坊如何防止任何人发布不正确的讯息?这些都是区分两类 Roollup 的关键问题.Optimistic rollups 及 ZK rollups.
 Optimistic rollups
 当提交结果回以太坊时,optimistic rollups乐观地假设它们是有效的.换句话说,rollup 验证者可以提交任何数据 (包括潜在的错误/欺诈性数据),并假设它是正确的.
 但与此同时,有一些方法可以打击诈欺行为.作为一种检查及平衡的方法,在任何提款后皆有一个时间段,任何观察者都可以检查是否有诈欺行为 (区块链是透明的,任何人都可以在链上观察正在发生的事情).如果这些观察者之一能够从数学上证明发生了诈欺行为 (通过提交诈欺证明),rollup 网路将回复诈欺性交易,并惩罚不良行为者,奖励观察者.
 缺点在于当资金在 rollup 网路及以太坊之间移动时,会有短暂的延迟需要等待看是否有观察者发现任何诈欺.在某些情况下,这可能长达一个星期,但预计这些延迟会随著时间的推移而减少.
 Arbitrum 及 Optimistic
 Arbitrum (由 Off-chain Labs 负责) 及 Optimistic (由 Optimism 负责) 是目前采用 optimistic rollups 技术的两个主要专案.值得注意的是,这两项专案仍处于早期阶段,两家公司都保持著中心化营运,但计划随著时间的推移将逐步去中心化.
 待技术成熟, optimistic rollups 估计可提供以太坊 10~100 倍的可扩容性.即使在早期,Arbitrum 及 Optimism 上的 DeFi 应用也已经积累了数十亿的网路价值.
 Optimism 尚在采用曲线的早期,目前已在 7 个 DeFi 应用上有著超过 3 亿美元的 TVL,包含 Uniswap,Synthetix 及 1inch 等.
 Arbitrum 则更为领先,目前已在 60 几个 DeFi 应用上有著超过 25 亿美元的 TVL,包括 Curve,Sushiswap 及 Balancer 等.
 Arbitrum 也被选为 Reddit 的扩容解决方案,用于他们期待已久的社群积分代币化.(Reddit 有著高达 5 亿的月活跃用户)
 ZK Rollups
 与 Optimistic rollups 不同,ZK rollups 向以太坊网路实际证明交易为有效的,而不是用假设的方式.
 与捆绑后的交易结果一起,他们向以太坊智能合约提交所谓的有效性证明 (validity proof).顾名思义,有效性证明让以太坊网路验证此交易是否有效,使中继节点不可能欺骗系统.这消除了验证交易是否为诈欺的等待期需求,因此在以太坊及 ZK-rollups 网路间移动资金实际上是即时的.
 虽然即时结算及没有提款时间听起来很诱人,但 ZK rollups 并不是没有代价的.首先,生成有效性证明是计算密集型的工作,所以你需要高功率的机器来使其工作.其次,围绕有效性证明的复杂性使得支持EVM 兼容更加困难,限制了可以部署到 ZK-rollups 的智能合约类型.因此,optimistic rollups 已经率先进入市场,并且更有能力解决以太坊当前的扩容困境,但从长远来看,ZK rollups 可能为一个较好的技术解决方案.
 ZK Rollup 支持者
 有许多团队及实施放案正在进行 ZK rollup 的发展,参与者包括 Starkware,Matter Labs,Hermez 及 Aztec 等.目前 ZK-rollups 主要支持相对简单的应用,如支付或交换.举例来说,衍生品交易所 dYdX 采用了 Starkware (StarkEx) 的 ZK rollup 解决方案,以支持每周近 500 万笔交易及 10 多亿美元的 TVL.
 然而,真正的赢家会是与 EVM 完全兼容的 ZK rollup 解决方案,它将能够支持各式应用,且没有 optimistic rollups 的资金提领延迟.这一领域的主要参与者包括 MatterLab 的 zkSync 2.0,Starkware 的 Starknet,Polygon Hermez 的 zkEVM 及 Polygon Miden.它们目前都在朝主网启动努力.(与此同时,Aztec 专注于将 zk 证明机制应用于隐私).
 许多业内人士 (包括 Vitalik) 正将 ZK rollup 与以太坊 2.0 的结合作为扩容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,而不会影响安全性或去中心化.
 一个分裂的世界
 从长远来看,若智能合约平台要扩容到数十亿用户,扩容解决方案是必要的.然而,在短期内,这些解决方案可能会给用户及加密货币营运者带来重大挑战.从以太坊跨链到这些网路需要使用跨链桥,这对用户来说相当复杂且有潜在的风险.例如,许多跨链桥因为漏洞而损失了上亿美元.
 更重要的是,多链世界分割了流动性及可组合性.以 Sushiswap 为例,其流动性原先集中在以太坊上,现在分散在各种不同的网路上 (以太坊,BSC,Avalanche,Polygon 及 Arbitrum).
 而可组合性呢?以太坊应用程序一直受益于可组合性,Sushiswap 与其他以太坊应用程序如 Aave 或Compound 可以轻松的相互合作.但随著应用逐渐部署于各式 Layer1,2 网路及侧链上,限制了可用性并给用户及开发人员带来了挑战.
 充满不确定性的未来
 像 Avalanche 或 Solana 这样的新 Layer1 网路会不会继续发展与以太坊竞争?像 Cosmos 或Polkadot 这样的区块链生态系统会不会茂盛发展?侧链是否会继续与以太坊和谐地运行,承担其过剩的的交易量?亦或是与以太坊 2.0 结合的 rollups 会胜出?
 没有人可以给予一个肯定的答案,但我们相信,我们最终将会以同样的眼光来看待获胜的扩容解决方案.
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