在区块链技术快速演进的今天，扩容已成为行业核心议题。Layer 2 区块链作为重要的扩容方案，不仅能够处理比 Layer 1 更多的交易，还能大幅缩短交易确认时间。不过，不同的 Layer 2 方案在实现机制上存在显著差异。本文将深入解析 Layer 2 的核心概念、主流方案及其应用场景。
区块链的不可能三角与 Layer 2 的兴起
所有区块链网络都面临一个经典难题：安全性、去中心化与可扩展性三者难以兼得，这被称为“区块链不可能三角”。
这意味着，如果一条区块链侧重安全性与去中心化，就不得不在可扩展性上作出妥协。这正是以太坊从工作量证明（PoW）转向权益证明（PoS）的重要原因——网络必须扩容。然而，即便转为 PoS 机制，保障网络足够安全仍具挑战。
Layer 2 网络正是在这一背景下成为最受欢迎的解决方案。
什么是 Layer 2 区块链？
Layer 2（L2）是在另一条区块链（通常是 Layer 1）之上构建的区块链，它负责处理部分交易过程，从而减轻底层链的负担。这使得它们能够以远高于 Layer 1 网络的速度处理更多交易。
关键的是，Layer 2 继承了底层 Layer 1 链的安全属性。因此，Layer 1 链通过其分布式节点提供安全性，而 Layer 2 网络则提供链下框架以实现更快的交易和计算。
可以将 Layer 1 区块链想象成拥堵的高速公路，而 Layer 2 网络则是帮助疏导交通的替代路径。
以支付网络 Visa 为例，它每秒能处理 65,000 笔交易。Visa 并非逐一微管理每笔交易，而是在其终端将交易批量分组，并一次性发送至银行进行最终结算。
Layer 2 区块链的核心价值
虽然其他区块链也有 Layer 2 解决方案，但以太坊社区的活跃度最高。这是因为以太坊拥有最大的去中心化应用（dApp）生态系统，而其每秒仅能处理约 15 笔交易，导致高峰时段网络严重拥堵、交易失败或速度极慢。Layer 2 区块链为解决此问题提供了几大核心优势：
更快的交易速度
如 Polygon、Optimism 和 Arbitrum 等 Layer 2 网络专为处理高交易量而设计。它们分别可提供高达每秒 65,000、2,000 和 40,000 笔的交易速度。
更低的交易成本
由于 Layer 2 网络能处理更高交易量，用户无需支付更高的燃气费（gas fee）来抢优先执行权，从而使得燃气价格保持在较优水平。
更高的同时处理能力
Layer 2 区块链能提供更高的吞吐量，意味着它们可以同时处理多笔交易，且不会将交易速度拖慢至 Layer 1 区块链的水平。
保持高安全性
尽管交易处理在 Layer 2 网络上进行，但底层 Layer 1 链会验证并结算交易数据。由于 L2 网络继承了主区块链的安全性，因此所有交易都是安全的。
简而言之，Layer 2 区块链提供了速度与可扩展性。这使得开发者能够创建需求更高计算能力或可能吸引大量用户的各种应用，对于需要同时处理大量小额交易而不中断用户体验的区块链游戏和去中心化社交网络尤为重要。
Layer 2 网络的实际应用优势
区块链游戏
玩区块链游戏时，最不希望被缓慢的交易速度打断。若想购买游戏内物品，你希望即买即得。Layer 2 区块链使交易速度更快，意味着你能将更多时间花在游戏体验上。此外，Layer 2 网络上的交易也更便宜，且可同时结算，这意味着即使更多人开始玩游戏，你最喜欢的游戏也不会变得越来越贵。
市场平台
NFT 市场同样依赖快速且廉价的交易，但以太坊网络的燃气费在繁忙时段对于买卖 NFT 而言相当高昂。Layer 2 区块链网络使这一切变得更便宜、更容易，极大地方便了买家、卖家和市场平台。
去中心化社交网络
Web3 社交平台依赖即时发送信息，并且最好不收取用户难以承受的费用。它们需要支持多用户同时与应用交互——因此必须快速。Layer 2 网络完美地为 Web3 社交网络提供了这种基础设施，同时保持了安全性。
Layer 2 区块链的工作原理
Layer 2 区块链采用多种技术，但所有 Layer 2 网络的共同点在于它们如何在主链上结算交易。结算通过提供加密“证明”来确定状态变更的完整性来实现。
对于 Layer 2 区块链，加密证明提供了可验证且防篡改的证据，证明交易真实且提议的状态变更有有效。主链的智能合约依赖该证明来完成交易并解决争议。
最广泛使用的证明是错误证明（fault proof） 和有效性证明（validity proof），分别用于乐观汇总（optimistic rollup）和零知识汇总（zero-knowledge rollup）。
其他 Layer 2 扩容解决方案有各自独立的机制来完成交易和状态变更。
Layer 2 区块链的主要类型
Layer 2 是一个统称，涵盖了多种扩容解决方案。
最流行的 Layer 2 网络类型是乐观汇总和零知识汇总。 但也存在其他类型，如侧链（sidechain）和 Validium，它们提供类似于 L2 的可扩展性，但不依赖主网获取安全性。
以下是帮助扩展以太坊主网的不同类型 Layer 2 区块链。
汇总（Rollups）
汇总在链下执行交易，并将多个交易捆绑（打包）成批次，然后提交到 Layer 1。目前主要有两种类型的汇总：乐观汇总和零知识汇总。
乐观汇总（Optimistic Rollups）
乐观汇总“乐观地”假设所有 Layer 2 交易都是有效的，直到被网络验证者质疑并证明是错误的。
在争议期内（即交易在 Layer 1 上最终确定之前），任何人都可以提出错误证明来质疑交易数据和状态变更。有效的证明将使错误交易无效，并对批准该交易的恶意验证者处以罚款。
这意味着，要让乐观汇总合法运行，必须至少有一个诚实节点来挑战无效的状态变更。
Arbitrum One 和 Optimism 是使用乐观汇总的 Layer 2 网络示例。
零知识汇总（ZK-Rollups / Validity Rollups）
零知识汇总是一种 Layer 2 区块链，它假设所有交易计算数据都是无效的，直到通过零知识证明或有效性证明被证实为真。
ZK 证明可以在不透露任何交易细节的情况下，以加密确定性证明交易是否正确，因此得名“零知识”。
ZK 汇总主要有两种类型：ZK-STARKs 和 zk-SNARKs。虽然相似，但这两种方法在发布证明的安全性上略有不同。
利用 ZK 汇总的 Layer 2 网络好例子包括 zkSync 和 ZKSpace。
乐观汇总与零知识汇总的区别
乐观汇总假设所有交易均有效，直到被验证者质疑并通过错误证明证伪。零知识汇总则依赖有效性证明在将交易添加到链上之前进行验证。
zkEVM
zkEVM 是为那些需要兼容 EVM 的 zk-Rollup 的用户提供的解决方案。
本质上，ZK 汇总的成功给 Layer 1 和 Layer 2 网络都带来了另一个问题：EVM 最初并非为处理零知识证明而设计。zkEVM 可以处理这些证明——它们比迄今为止任何其他 Layer 2 解决方案都更加模块化！
Polygon zkEVM 和 Consensys zkEVM 是零知识 EVM 的示例。
侧链（Sidechains）
侧链是独立的区块链，拥有独立的区块参数和共识算法，不继承 Layer 1 区块链的安全性，也不将状态变更和交易数据发布回主网。因此，严格来说，有些人并不将侧链视为 Layer 2 区块链生态系统的一部分。
然而，侧链可以兼容 EVM，这意味着基于以太坊的智能合约可以轻松迁移到这些侧链，并通过区块链桥与以太坊交互。
Skale 和 Loom Network 是侧链的示例。
Validiums
Validiums 在链下处理交易并使用有效性证明来验证交易。但是，Validiums 不在以太坊主网上存储交易数据，而是依赖链下数据可用性模型。
限制链上数据存储降低了燃气费，尤其是发布 calldata 的成本。然而，Validiums 容易受到交易数据失真的影响。
StarkWare 的 StarkEx 和 Matter Labs 的 zkPorter 是 Validiums 的示例。
通道（Channels）
通道是由多重签名智能合约管理的点对点协议，使两方能够进行多次交易并将最终结果发布到区块链。
有两种类型的通道：支付通道和状态通道。支付通道有助于原子转移和微支付，而状态通道处理通用计算和状态转换逻辑。
然而，参与者需要保持在线以监控通道活动，防止恶意行为者窃取资金。
Connext 和 Raiden 等项目是通道的示例。
Plasma
Plasma 链是一条独立的区块链或“子链”，锚定到父链或根链（以太坊主网）。它们在链下执行交易并拥有自己的区块验证机制。
然而，Plasma 链有多个缺点，如无法支持以太坊智能合约、数据不可用以及大规模退出问题。
OMG Network 和 Gluon 使用了 Plasma 模型。Polygon 也将 Plasma 作为兼容 EVM 的基于状态的状态链 implemented。
主流 Layer 2 区块链项目概览
以太坊拥有许多 Layer 2 网络，每个都有其独特的优势。有些更适合以隐私为中心的应用，有些则专为大规模、高计算量的游戏平台设计。
一些最流行的 Layer 2 区块链包括：
- Polygon: 提供一系列 Layer 2 扩容解决方案，包括 PoS 侧链、Polygon zkEVM 和零知识汇总 Polygon Miden。
- Arbitrum One: 使用错误证明的乐观汇总，提供比以太坊高得多的交易吞吐量和更低的费用，且不牺牲安全性。
- Optimism: 以太坊 Layer 2 网络，也利用乐观汇总，并专注于通过提供智能合约部署等工具为开发者简化体验。
- Base: 建立在 Optimism 的 OP Stack 之上的模块化、汇总无关的区块链，是 Coinbase 链上产品的家园。
- zkSync Era: 零知识 Layer 2 区块链，旨在通过自托管、安全的用户界面带来互联网级的“超大规模扩展”。
- Scroll zkEVM: 具有以太坊应用原生兼容性的零知识汇总，开发者无需修改代码库即可轻松迁移应用。
- Gnosis Chain: EVM 兼容侧链，拥有超过 10 万验证者的网络，常因其与以太坊社区的紧密关系而被视为 Layer 2 生态一部分。
- Metis: 用于扩展 dApp、企业和用户社区的 Layer 2 网络，尤其受 DAO 和区块链应用青睐。
- Blast: 以太坊 Layer 2 区块链，为 ETH 和稳定币提供原生收益。
- Linea: 使用 Consensys zkEVM 的以太坊 Layer 2 解决方案网络，为 DeFi 和游戏领域的区块链应用设计。
- Aurora: 建立在 NEAR 协议之上的 Layer 2 区块链，旨在为 NEAR 协议带来 EVM 兼容性。
如何将资产迁移到 Layer 2 区块链？
主要有两种方式将资产转移到 Layer 2 区块链：跨链桥和中心化交易所。
区块链桥
区块链桥支持资产从一条链转移到另一条链。如果你钱包中已有 ETH，可以使用桥将你的加密货币从以太坊主网转移到以太坊 Layer 2 网络。
例如，如果你想将 ETH 从以太坊转移到 Arbitrum，可以使用 Arbitrum 的原生桥。类似地，其他 Layer 2 网络也有自己的原生跨链桥。
从交易所提现
一些中心化交易所（CEX）如 Coinbase、Binance 和 Kraken 支持多链。因此，例如，如果你的 CEX 钱包中有 ETH，你可以通过选择相应的网络和钱包地址，直接将其提现到 Layer 2 网络上的钱包。不过，最好先确认，并非所有中心化交易所都支持此功能。
结语：Layer 2 区块链的未来
Layer 2 区块链对于以太坊网络的持续增长和成功至关重要——通过降低费用和提高交易吞吐量来提升可扩展性。Layer 2 网络通过将部分计算工作从 Layer 1 区块链（以太坊）卸载下来，缓解网络拥堵并提高性能。
Layer 2 扩容解决方案的重要性不言而喻，它们使以太坊能够满足不断增长的用户群和多样化应用日益增长的需求。通过提供更高效、更具成本效益的交易和智能合约执行方式，Layer 2 网络 fosters 创新并推动以太坊平台上 dApp 的采用。
常见问题解答（FAQ）
Q: 为什么以太坊不自己做 Layer 2？
A: 以太坊正在进行多项升级以自行提高网络可扩展性。例如，“合并”升级将以太坊升级为权益证明区块链，为分片奠定了基础。下一次升级（Surge）将引入分片，以找到存储来自 Layer 2 网络的 calldata 的最佳方式。这将最终帮助以太坊扩展到每秒超过 10 万笔交易。
Q: Layer 2 区块链能降低燃气费吗？
A: 是的，Layer 2 区块链通过减轻 Layer 1 链的交易负担和疏通网络来降低燃气费。
Q: Layer 2 区块链只适用于以太坊吗？
A: 不是，除了以太坊，其他区块链也有 Layer 2 网络。然而，作为最大的智能合约网络，以太坊拥有最多数量的 Layer 2 区块链。
Q: 最大的 Layer 2 区块链是哪个？
A: 目前，Polygon 和 Arbitrum 是两个最活跃的以太坊 Layer 2 区块链。
Q: Layer 2 区块链有哪些优势？
A: Layer 2 区块链提供更高的交易吞吐量和更低的燃气费，同时享有 Layer 1 区块链的安全保证。
Q: Layer 1 和 Layer 2 区块链哪个更好？
A: Layer 1 区块链提供去中心化的安全性，而 Layer 2 区块链提供可扩展性。它们相辅相成，协同工作以获得最佳结果。
Q: 为什么有这么多 Layer 2 区块链？
A: 每个 Layer 2 区块链都提供独特的技术解决方案，并试图克服其他 Layer 2 网络的缺点。例如，乐观汇总更易于构建并提供可靠的短期至中期可扩展性，而零知识汇总在交易批准方面具有更安全的方法。