大家都知道ETH是币圈最有价值的公链，从5月份开始，随着COMP引领的流动性挖矿及Uniswap的火爆，大家发现受限于ETH 1.0?网络性能，导致交易严重拥堵，交易费用居高不下，可以说ETH的性能严重限制了以DeFi为代表的ETH生态经济的发展，导致DeFi刚开始推向大众就遭遇了底层网络的天花板，链上扩容再度成为热议的话题。

按照官方规划，ETH 2.0?从2020年12月1日启动信标链，开始正式建设，到完成POS、分片链技术，接入现有ETH 1.0?网络，到正式投入使用，还需要大约2年的时间，而区块链行业日新月异，迅猛发展的DeFi生态是等不及的，所以为了缓解ETH?现有网络的压力，在此期间比较可行的方案就是采取Layer 2扩容方案。

做个假设，如果未来以太坊就是巨无霸，那么基于以太坊上的Layer 2会是重要的发展趋势。在Layer2中，会呈现什么样的演化趋势?Layer2会出现百花齐放的状态吗?还是一枝独秀?如果Layer2取得成功，它对以太坊和公链格局又有什么影响?

Layer2的概念最早是在2016年1月闪电网络的白皮书发布时诞生。对于比特币而言，比特币网络是Layer1，闪电网络便是Layer2。通过在Layer2处理大量业务的方式来降低Layer1的负载就是Layer2扩容的基本思路。

现在市场上并不存在非常完美的Layer2解决方案，不同Layer2解决方案只是在安全性、性能、可用性方面做出了不同的取舍。比如：在安全性方面最优的是ZK Rollup，其次是Optimistic Rollup，但在性能方面它们有所牺牲;在性能方面Validium最优，但在安全性方面有所妥协;在可用性方面状态通道最佳，但性能方面有所牺牲。所以，不同区块链项目只能根据具体业务实际需求出发，选择最合适的扩容方案。

◢▏Layer2扩容技术方案

• 状态通道（State Channel）方案

  状态通道技术，受启发于比特币的闪电网络。状态通道是固定一组参与者(通常是两名参与者)之间的协议，用以实现安全的链下交易，其中支付通道专门用来支付。支付通道协议具体情况是两名参与者各自通过链上交易在链上锁定保证金，一旦锁定完成，参与者双方即可互相发送形式为轮次、金额、签名的状态更新来实现转账，无需与主链进行交互，只要双方的余额都还为正值即可。

  一旦参与者中有一方想要停止使用支付通道，可以执行「退出」操作：将最后的状态更新提交至主链，结算下来的余额会退给发起支付通道的两方。主链可以通过核实签名和最后结余来验证状态更新的有效性，从而防止参与者使用无效状态来退出支付通道。状态通道带来的优点是交互延迟在毫秒级别，是唯一能够逼近当今互联网用户体验的区块链扩容技术;交易手续费极低，从根本上比所有其他 layer2 技术的交易手续费低;水平扩展性强，加节点就能增加总系统容量，TPS 无上限，且互相之间不隔离，不需要有跨分片或者跨链之类的复杂操作。

  但它的「退出」模式存在一个问题，即主链无法验证支付通道是否提交了全部交易，也就是说，在提交了状态更新之后是否不再出现新的状态更新。此外，状态通道的另一个缺点是只能在两个参与者之间开设。

  代表项目：闪电网络（Lighting Network）、雷电网络（Radien Network）、Liquidity Network、Celer Network

• 侧链方案（SideChain）

  侧链的核心思路是构建一条完全独立的区块链，有自己的验证者和运营者，可以与主链互相转移资产，而且会选择性地将区块头的快照发送至主链，从而防止分叉产生。

  虽然侧链可以利用主链的安全性来防止分叉，但是验证者依然可以通过串谋来发动“无效状态转换攻击”。这种攻击的背后思路是：主链本来就不可能验证侧链上的所有区块，因此，只要有超过50%的验证者串谋，就可以创建一个无效区块，窃取其他参与者的资产，并将这个侧链的区块快照发送至主链，触发智能合约并执行，从而夺走其他参与者抵押在主链智能合约中的资产。

  代表项目：xDai Stable、Skale Network、Injective Protocol

• Plasma方案

  Plasma是Vitalik在2017年提出的，Plasma定义了一套子链（侧链）的实现协议，也有人把它归为侧链的一种。但是Plasma相对于侧链有一个优势：Plasma号称可以实现无监管，即使Plasma链上所有的验证者串谋起来作恶，Plasma链上的资产也是安全的，而且可以退回主链。

  Plasma相当于做一个子链，用户在主链上质押资产，在子链上生成映射资产。

  Plasma相对于状态通道的区别是：

  1.状态通道往往只有特定的参与者能用，而Plasma则是任何人都可以随时使用。

  2.状态通道中的各方都同意撤资回主链，状态通道就可以立即执行资金撤回;但是Plasma的退出则需要一个“异议期”。(因为Plasma是建立在运营者随时都可能串谋作恶的设想上的，所以用户没法做到即时退出，需要一个特定的退出机制。

  Plasma的最大优点在于：存储在Plasma链上的代币安全性很高。缺点在于：在转移代币时，必须提供该代币的完整历史，另外退出机制非常复杂。

  代表项目：OMG Network、Matic Network

• Optimisitic Rollup方案

  Rollup就是将多笔交易汇集、压缩至一笔交易中，发送到以太坊上。通过这种方式，用Layer2分担了以太坊的交易压力，同时节省交易费用。在具体解决方案上，Rollup又分为ZK Rollup和Optimistic Rollup两种，前者用零知识证明来确保安全性，后者则参考了Plasma的惩罚机制。

  OptimisticRollup的方案不仅安全，而且不需要发币，另外OVM（Opitimistic创建的虚拟机）可以完美兼容EVM（以太坊虚拟机）。所以，诸多以太坊应用都可以很方便的迁移升级，通过迁移到Layer2来增加应用的扩展性。

  优点：可以支持无限参与者的任意智能合约逻辑，一次可以打包很多。

  缺点：Optimisitc Rollup本身的交易延迟有点高，甚至比Layer1还高。

  若应用内需要执行复杂的合约逻辑，且对吞吐量要求较高，那么Optimsitic Rollup就比较契合。比如：合成资产交易平台Synthetix就在尝试用Optimistic Rollup来大幅提升预言机报价频率，以此来解决在Layer1网路会遇到的交易暂时停滞的问题。

  代表项目：Unipig demo、OPtimism、Synthetix

• ZK Rollup方案

  ZKRollup是一种新型的Layer2扩容方案，它将主链作为存储媒介，而非共识引擎，将交易压缩，并在链下达成状态共识，用零知识证明保证链下状态共识的安全性。

  ZKRollup?的本质是将链上的用户状态压缩存储在一棵Merkle树中，并将用户状态的变更转移到链下来，同时通过zkSNARK?的证明来保证该链下用户状态变更过程的正确性。在链上直接处理用户状态的变更成本是比较高的，但是仅仅利用链上的智能合约来验证一个零知识证明的PROOF?是否正确，成本是相对低很多的。另外必要的转账信息也会被和证明一起提交到合约，方便用户查账。

  目前，ZK Rollup最典型的应用场景是去中心化的交易所。

  ZKRollup的特点是二层区块的交易数据和零知识证明上链之后，交易有效性就能立刻确认。由于零知识证明的特性，正确性验证非常简单可以直接在Layer1完成验证，所以确认的及时性较高，适合转账。

  缺点：首先验证链路的构造没有一个通用的解决方案，所以目前没有很好的办法做到很广义的虚拟机逻辑。简单来说，zk Rollup?必须对每一个用例定制;其次是程序正确性的验证相对复杂，要对多项式curcuit做验证，最后是二层打包节点负担重，成本高，计算零知识证明所需时间长，用户延迟的体验角度仍然比较差。

  另外，Tether也在考虑将ERC20的USDT迁移至ZK Rollup的Layer2上。因为ERC20-USDT的转账gas费长期占据以太坊网路gas费排名的Top5。

  代表项目：IDEX、ZK Sync、Loopring

• Validium方案

  Validium的机制跟ZK Rollup?很相似，主要的区别在于ZK Rollup上的每一笔交易数据都将通过以太坊网络进行广播，而在Validium上，数据由一组数据公证人管理。Validium的数据交易成本较低，但需要对数据公证人有信任。

  代表项目：DeversiFi?、Starkware(StarkEx)

◢▏Layer2的未来趋势

如果以太坊的Layer2能突破孤岛效应，那么，DeFi项目会纷纷迁移到Layer2，从而极大缓解当前的拥堵和费用困局，可以有上百倍的空间提升。

当这一点到来的时候，对其他的公链会产生一定的压力。在以太坊的拥堵无法解决之时，其他的公链可以充当以太坊的侧链，帮助以太坊缓解拥堵压力，从而在整个DeFi发展过程中获得位置。

但是如果Layer2能够成功解决问题，那么，其他公链对于以太坊本身的价值会减少，虽然仍会有很大价值。如果Layer2顺利实现，这会导致以太坊可以虹吸更大量的比特币资产，进一步成为承载更多的资产之地。

随着基于以太坊上协议的增多，ETH可以捕获更大的价值，这会导致以太坊整体市值的增加，而整体市值的增加，会让以太坊更加安全。而以太坊更加安全可以促使它成为承载更大资产量的公链，如果Layer2和分片有足够的扩展性，未来以太坊上流通的比特币有可能达到10%，20%，甚至30%以上。

在DeFi浪潮之中，应用需求反推技术发展，要么等以太坊2.0，如果以太坊2.0性能可以满足DeFi中的比如DEX的高频高效低成本交易需求，那就不需要Layer2，如果以太坊2.0达不到要求，那么针对DeFi项目的Layer2链下扩容方案，有望成为下一个阶段的热点。