自2008年比特币问世以来，加密货币已经取得了长足的进步。但是，正如比特币交易耗时十分钟或以太坊高昂的gas费所表明的那样，它们的交易速度仍然无法与Visa相媲美，也无法完全取代法定货币。这些问题的根源在于缺乏可扩展性——而二层网络解决方案可以解决这个问题。
本文探讨了区块链架构为何本质上会引入可扩展性问题，以及 Layer 2 解决方案可以解决这些问题的三种方法。
为什么可扩展性如此困难
区块链架构面临诸多可扩展性挑战。与传统支付系统不同，区块链不依赖于中心化的中介机构，后者只需维护一个数据库即可单方面批准交易。相反，区块链依靠节点网络和复杂的共识机制运行，无需任何权威机构——而这些都会增加系统开销。
一些最大的挑战包括：
- 共识许多区块链采用共识机制，有意减慢交易速度以防止欺诈。例如， 工作量证明算法 添加区块需要复杂的计算。这些复杂的计算可以有效阻止恶意行为者尝试暴力破解交易。
- Nodes许多区块链要求每个节点存储区块链的完整副本，随着交易的不断增加，这会逐渐消耗大量资源。此外，区块链必须将交易和区块传播到网络中的每个节点，从而引入网络延迟。
- 吹氣梢比特币和其他区块链的区块大小是固定的，这限制了每秒的交易数量。例如，比特币每秒大约可以处理七笔交易，远低于传统支付系统。
这些挑战会引发若干可扩展性问题：
- 限制由于共识机制和区块大小的限制，区块链的交易吞吐量和处理速度有限。此外，随着网络参与者数量的增加，区块链可能难以满足需求。
- 交易费由于共识机制困难等因素导致交易费用高昂，使得用户完成交易成本高昂，并阻碍了区块链的扩展能力。
- 响应时间可扩展性问题会导致响应时间延长。例如，比特币每秒只能处理七笔交易，这意味着用户可能需要等待很长时间才能完成交易。而网络拥堵和节点数量不足会加剧这些问题。
这些挑战造成了所谓的 区块链困境 或者认为去中心化网络在去中心化、安全性和可扩展性这三项优势中只能提供两项。例如，如果将共识机制中心化，或者不必担心欺诈交易，那么提高可扩展性就很容易了。
什么是第 2 层解决方案？
大多数软件都是分层构建的，而应用程序通常构建在单一的基础之上。因此，区块链也采用分层结构也就不足为奇了。像比特币和以太坊这样的第一层区块链为后续的底层架构（例如区块链、区块链和区块链）提供了基础。 第2层解决方案 以及其他生态系统。事实证明，这些额外的层对于解决可扩展性问题至关重要。
二层解决方案运行于底层区块链协议之上，旨在提升可扩展性和效率。例如，闪电网络是比特币的第二层网络，它利用微支付通道扩展区块链的交易处理能力，从而更高效（且更经济）地处理交易，改善比特币交易速度慢的问题。
也就是说，二层解决方案的兴起并不意味着没有努力改进一层网络。例如， 以太坊2.0 转向更高效的权益证明（PoS）共识机制，同时从 EVM 迁移到 eWASM 将通过编译代码而不是实时解释代码来大幅缩短交易时间。
二层解决方案也存在自身的权衡取舍。虽然它们可能提高可扩展性，但许多解决方案却牺牲了去中心化或安全性。不过好消息是，这些解决方案一直在稳步改进。新的方法往往更有利于提高可扩展性，而不是损害区块链三难困境中的其他要素。
二层可扩展性方法
二层解决方案采用多种不同的策略来提高其底层一层区块链的可扩展性。但总的来说，这些策略可以归为三类。
嵌套区块链
嵌套区块链与第一层区块链之间存在父子关系。父区块链将工作委托给子链，子链处理工作完成后将结果返回给父区块链。而父链通常只在与子链的交易结果发生争议时才会介入。
OMG 网络是目前最流行的嵌套区块链之一。它通过将以太坊交易打包，压缩成一笔交易，并在优化的子链上进行验证，从而实现每秒处理数千笔交易，将以太坊的交易成本降低三分之一，并解决了其可扩展性问题。
国家频道
状态通道在区块链和链下交易通道之间建立双向通信。在链下通道中，参与者可以执行无限次的私密交易，这些交易只有他们自己才能看到。交易完成后，最终状态会被记录在底层Layer 1区块链中。
闪电网络是基于比特币区块链构建的状态通道的热门示例。当您想要进行一笔或一系列交易时，您可以利用该网络进行无限次即时支付，且成本极低。当您决定关闭通道时，所有交易都会被合并并添加到比特币中。
侧链
侧链是与主链并行的独立交易链，用于处理大批量交易。主链负责维护整体安全并解决纠纷，而侧链则拥有独立的共识机制，该机制针对速度和可扩展性进行了优化。双向锚定机制确保了使用这些解决方案时不存在交易对手风险。
例如，Liquid Network 是一个基于比特币区块链的开源侧链。比特币的区块生成时间为十分钟，而 Liquid 的区块发现时间仅为一分钟，这意味着侧链可以添加十倍于比特币的区块数量。Liquid 不采用工作量证明挖矿机制，而是依靠一个快速的代理网络来验证交易。
易拉宝
Rollup 是一种 Layer 2 解决方案，它在链下执行计算和存储，仅将最终证明提交给底层 Layer 1 区块链。两种最流行的 Rollup 类型包括零知识 Rollup (zk-Rollup) 和乐观 Rollup。每种 Rollup 在速度、安全性和复杂性方面都有各自的权衡取舍。
例如，乐观以太坊将多笔交易打包在一起，仅向主链发送汇总信息，从而显著提高吞吐量并大幅降低成本。“乐观”之处在于，它假定所有交易都是有效的，除非在指定的时间范围内受到质疑，从而为欺诈检测留出时间。
第一层策略
除了这些二层策略之外，一些一层区块链也开始进行自我改进，以提高自身效率。例如，一些区块链正在从工作量证明（PoW）共识机制过渡到权益证明（PoS）共识机制，以降低计算开销，从而提高交易速度。
分片是另一种提升吞吐量的Layer 1策略。通过将交易拆分成小的集合，然后使用水平拆分处理算法并行处理这些集合，Layer 1区块链可以更高效地处理积压的交易，而无需将交易发送到专门的Layer 2解决方案。
挑战与风险
二层解决方案有助于提升吞吐量可扩展性，但也可能增加风险，或在区块链三难困境的其他方面造成损害。在使用二层解决方案之前，请务必花时间了解其工作原理和潜在风险。
需要注意的一些挑战和风险包括：
- 安保防护二层解决方案的安全性依赖于主链，因此很容易受到主链任何问题的影响。此外，利用智能合约的二层解决方案也可能存在潜在的安全风险。
- 复杂二层解决方案为一层区块链增加了另一层复杂性，这可能会增加漏洞出现的可能性，延长开发时间，增加维护成本，并对用户体验产生负面影响。
- 延迟二层解决方案应该可以减少交易延迟，但需要与一层区块链进行交易协调，这可能会增加往返延迟。
底线
区块链有望彻底改变金融行业，但许多区块链都面临着固有的可扩展性限制。幸运的是，二层解决方案可以帮助应对这些挑战，同时又不损害底层一层区块链的完整性和历史记录。当然，一些一层区块链也在不断进行自身的改进。
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