自2008年比特幣問世以來，加密貨幣已經取得了長足的進步。但是，正如比特幣交易耗時十分鐘或以太坊高昂的gas費所表明的那樣，它們的交易速度仍然無法與Visa相媲美，也無法完全取代法定貨幣。這些問題的根源在於缺乏可擴展性——而二層網路解決方案可以解決這個問題。
本文探討了區塊鏈架構為何本質上會引入可擴展性問題，以及 Layer 2 解決方案可以解決這些問題的三種方法。
為什麼可擴展性如此困難
區塊鏈架構面臨許多可擴展性挑戰。與傳統支付系統不同，區塊鏈不依賴中心化的中介機構，後者只需維護一個資料庫即可單方面批准交易。相反，區塊鏈依靠節點網路和複雜的共識機制運行，無需任何權威機構——而這些都會增加系統開銷。
一些最大的挑戰包括：
- 共識許多區塊鏈採用共識機制，有意減慢交易速度以防止詐欺。例如， 工作量證明演算法 添加區塊需要複雜的計算。這些複雜的運算可以有效阻止惡意行為者嘗試暴力破解交易。
- 節點許多區塊鏈要求每個節點儲存區塊鏈的完整副本，隨著交易的不斷增加，這會逐漸消耗大量資源。此外，區塊鏈必須將交易和區塊傳播到網路中的每個節點，從而引入網路延遲。
- 吹氣梢比特幣和其他區塊鏈的區塊大小是固定的，這限制了每秒交易的數量。例如，比特幣每秒大約可以處理七筆交易，遠低於傳統支付系統。
這些挑戰會引發若干可擴展性問題：
- 限制由於共識機制和區塊大小的限制，區塊鏈的交易吞吐量和處理速度有限。此外，隨著網路參與者數量的增加，區塊鏈可能難以滿足需求。
- 交易費由於共識機制困難等因素導致交易費用高昂，使得用戶完成交易成本高昂，並阻礙了區塊鏈的擴展能力。
- Response Times可擴展性問題會導致響應時間延長。例如，比特幣每秒只能處理七筆交易，這意味著用戶可能需要等待很長時間才能完成交易。而網路擁塞和節點數量不足會加劇這些問題。
這些挑戰造成了所謂的 區塊鏈困境 或認為去中心化網路在去中心化、安全性和可擴展性這三項優勢中只能提供兩項。例如，如果將共識機制中心化，或不必擔心詐欺交易，那麼提高可擴展性就很容易了。
什麼是第 2 層解決方案？
大多數軟體都是分層建構的，而應用程式通常是建構在單一的基礎上。因此，區塊鏈也採用分層結構也就不足為奇了。像比特幣和以太坊這樣的第一層區塊鏈為後續的底層架構（例如區塊鏈、區塊鏈和區塊鏈）提供了基礎。 第2層解決方案 以及其他生態系。事實證明，這些額外的層對於解決可擴展性問題至關重要。
二層解決方案運行於底層區塊鏈協定之上，旨在提升可擴展性和效率。例如，閃電網路是比特幣的第二層網絡，它利用微支付通道擴展區塊鏈的交易處理能力，從而更有效率（且更經濟）地處理交易，改善比特幣交易速度慢的問題。
也就是說，二層解決方案的興起並不意味著沒有努力改進一層網路。例如， 以太坊2.0 轉向更有效率的權益證明（PoS）共識機制，同時從 EVM 遷移到 eWASM 將透過編譯程式碼而不是即時解釋程式碼來大幅縮短交易時間。
二層解決方案也存在自身的權衡取捨。雖然它們可能提高可擴展性，但許多解決方案卻犧牲了去中心化或安全性。不過好消息是，這些解決方案一直在穩步改進。新的方法往往更有利於提高可擴展性，而不是損害區塊鏈三難困境中的其他要素。
二層可擴展性方法
二層解決方案採用多種不同的策略來提高其底層一層區塊鏈的可擴展性。但總的來說，這些策略可以歸類為三類。
嵌套區塊鏈
嵌套區塊鏈與第一層區塊鏈之間存在父子關係。父區塊鏈將工作委託給子鏈，子鏈處理工作完成後將結果傳回給父區塊鏈。而父鏈通常只在與子鏈的交易結果發生爭議時才會介入。
OMG 網路是目前最受歡迎的嵌套區塊鏈之一。它透過將以太坊交易打包，壓縮成一筆交易，並在優化的子鏈上進行驗證，從而實現每秒處理數千筆交易，將以太坊的交易成本降低三分之一，並解決了其可擴展性問題。
國家頻道
狀態通道在區塊鏈和鏈下交易通道之間建立雙向通訊。在鏈下通道中，參與者可以執行無限次的私密交易，這些交易只有他們自己才能看到。交易完成後，最終狀態會被記錄在底層的Layer 1區塊鏈中。
閃電網路是基於比特幣區塊鏈構建的狀態通道的熱門範例。當您想要進行一筆或一系列交易時，您可以利用該網路進行無限次即時支付，且成本極低。當您決定關閉通道時，所有交易都會合併並添加到比特幣中。
側鏈
側鏈是與主鏈並行的獨立交易鏈，用於處理大批量交易。主鏈負責維護整體安全性並解決糾紛，而側鏈則擁有獨立的共識機制，該機制針對速度和可擴展性進行了最佳化。雙向錨定機制確保了使用這些解決方案時不存在交易對手風險。
例如，Liquid Network 是一個基於比特幣區塊鏈的開源側鏈。比特幣的區塊產生時間為十分鐘，而 Liquid 的區塊發現時間僅為一分鐘，這意味著側鏈可以添加十倍於比特幣的區塊數量。 Liquid 不採用工作量證明挖礦機制，而是依靠一個快速的代理網路來驗證交易。
捲起
Rollup 是一種 Layer 2 解決方案，它在鏈下執行計算和存儲，僅將最終證明提交給底層 Layer 1 區塊鏈。兩種最受歡迎的 Rollup 類型包括零知識 Rollup (zk-Rollup) 和樂觀 Rollup。每種 Rollup 在速度、安全性和複雜性方面都有各自的權衡取捨。
例如，樂觀以太坊將多筆交易打包在一起，僅向主鏈發送匯總訊息，從而顯著提高吞吐量並大幅降低成本。 「樂觀」之處在於，它假定所有交易都是有效的，除非在指定的時間範圍內受到質疑，從而為欺詐檢測留出時間。
第一層策略
除了這些二層策略之外，一些一層區塊鏈也開始進行自我改進，以提高自身效率。例如，一些區塊鏈正在從工作量證明（PoW）共識機制過渡到權益證明（PoS）共識機制，以降低運算開銷，從而提高交易速度。
分片是另一種提升吞吐量的Layer 1策略。透過將交易拆分成小的集合，然後使用水平拆分處理演算法並行處理這些集合，Layer 1區塊鏈可以更有效率地處理積壓的交易，而無需將交易發送到專門的Layer 2解決方案。
挑戰與風險
二層解決方案有助於提升吞吐量可擴展性，但也可能增加風險，或在區塊鏈三難困境的其他方面造成損害。在使用二層解決方案之前，請務必花時間了解其工作原理和潛在風險。
需要注意的一些挑戰和風險包括：
- 安全防護二層解決方案的安全性依賴於主鏈，因此容易受到主鏈任何問題的影響。此外，利用智慧合約的二層解決方案也可能存在潛在的安全風險。
- 複雜二層解決方案為一層區塊鏈增加了另一層複雜性，可能會增加漏洞出現的可能性，延長開發時間，增加維護成本，並對用戶體驗產生負面影響。
- 潛伏二層解決方案應該可以減少交易延遲，但需要與一層區塊鏈進行交易協調，這可能會增加往返延遲。
底線
區塊鏈有望徹底改變金融業，但許多區塊鏈都面臨著固有的可擴展性限制。幸運的是，二層解決方案可以幫助應對這些挑戰，同時不損害底層一層區塊鏈的完整性和歷史記錄。當然，一些一層區塊鏈也不斷進行自身的改進。
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