以太坊Layer2的技術方案介紹

背景

以太坊是當前最流行的智能合約平臺之一，但它的交易速度和吞吐量仍然受限于其底層的共識算法和智能合約執行引擎。因此，以太坊社區一直在研究和開發各種Layer2技術，以解決這些問題。本文將介紹以太坊的Layer2技術，包括為什么需要Layer2，主要的Layer2技術路線及其區別，各自的優點和缺點。

為什么需要Layer2

以太坊的交易速度和吞吐量仍然比較低，這是由于區塊鏈本身的性質決定的。因此，以太坊社區一直在尋找各種方法來提高其性能，以滿足日益增長的用戶需求。Layer2技術是這些解決方案之一，它可以將大量的交易從以太坊主鏈轉移到另外一條鏈上，從而提高交易速度和吞吐量，同時降低交易成本和燃料費用。

Plasma

Plasma是一種基于以太坊的Layer2技術，旨在提高以太坊的交易速度和吞吐量。它通過建立一個分層結構的鏈來實現這一目標，使得大量的交易可以在這個鏈上進行，而不必在以太坊主鏈上進行，從而減少了主鏈上的交易壓力。

Plasma的核心思想是將交易和狀態存儲在一個分布式的子鏈上，該子鏈可以處理大量的交易，而不必將所有交易都提交到以太坊主鏈上。這個子鏈稱為“Plasma鏈”，它可以擁有自己的共識機制和節點，但是仍然可以和以太坊主鏈進行互操作。在Plasma鏈上進行的交易可以被聚合成一個“區塊”，并最終提交到以太坊主鏈上。這樣，Plasma鏈可以實現高吞吐量和低交易成本，同時保持與以太坊主鏈的兼容性和安全性。

在Plasma中，每個用戶都可以創建一個“Plasma帳戶”，可以將以太坊上的代幣或其他數字資產存儲到這個帳戶中。用戶可以在Plasma鏈上進行交易，這些交易會被聚合成區塊，然后提交到以太坊主鏈上。在提交到主鏈之前，這些交易可以被任何人驗證，以確保它們是有效的。如果發現任何不正確的交易，驗證者可以將其拒絕，從而保證Plasma鏈的安全性和正確性。

Plasma的優點在于可以處理大量的交易，并且可以降低交易成本和燃料費用。它的設計也允許多個Plasma鏈之間進行交互，從而實現更大規模的交易處理和更高的吞吐量。然而，由于其復雜的智能合約和驗證器機制，它也容易受到網絡分裂攻擊和其他安全問題的影響。為了解決這些問題，Plasma技術還在不斷地研究和發展中。

優點：Plasma可以提高以太坊的吞吐量，降低交易成本和燃料費用。

缺點：Plasma需要復雜的智能合約和驗證器機制，容易受到網絡分裂攻擊和其他安全問題的影響。

主要代表： OMG Network、Matic Network等。

State Channels

State Channels是另一種以太坊的Layer2技術，也被稱為“離線交易通道”。它的主要目的是在保持去中心化的同時提高以太坊的交易速度和吞吐量。

State Channels的核心思想是將多個交易歸并到一個單獨的通道中，從而降低交易成本和時間。在通道中，每個參與者都可以創建交易，這些交易會被記錄在通道內，而不必在以太坊主鏈上提交和驗證。只有在通道結束時，所有的交易才會被批量提交到以太坊主鏈上進行驗證和結算。這種方式可以避免在每次交易時都需要支付高昂的燃氣費用，并且可以實現實時的交易。

State Channels的優點在于可以實現高吞吐量和實時交易，同時保持去中心化和安全性。由于交易不需要在以太坊主鏈上提交，因此交易成本也得到了降低。此外，由于交易是在通道中進行，因此也可以保護用戶的隱私。不過，State Channels也存在一些缺點，例如需要預先設定通道的數量，需要提前鎖定一些資金作為通道的押金，以及參與者必須在線才能進行交易等。

目前，以太坊上已經有一些基于State Channels的應用程序，例如Raiden Network和Connext Network等。它們都致力于提供快速，低成本的交易解決方案，并且正在不斷地進行優化和發展。

Rollups

Rollups是一種以太坊的Layer2技術，它旨在提高以太坊的吞吐量和交易速度，同時保持去中心化和安全性。它的核心思想是將多個交易歸并到一個單獨的區塊中，并將該區塊的摘要提交到以太坊主鏈上進行驗證和結算。這種方式可以避免在每次交易時都需要支付高昂的燃氣費用，并且可以實現實時的交易。

Rollups可以分為兩種類型：Optimistic Rollups和ZK Rollups。

Optimistic Rollups是一種基于“樂觀執行”的技術，它假定所有的交易都是有效的，直到有證據證明它們不是。在Optimistic Rollups中，交易是在Rollup合約中進行，而不是在以太坊主鏈上。這些交易將在Rollup合約中進行計算和驗證，并生成一個Rollup區塊。然后，該區塊的摘要將被提交到以太坊主鏈上進行驗證和結算。如果存在無效的交易，則會有挑戰者出現來提供證據并讓它們失效。如果沒有挑戰者出現，那么Rollup區塊將被認為是有效的，并被視為一個整體提交到以太坊主鏈上進行結算。

ZK Rollups是一種基于零知識證明的技術，它使用加密學技術來驗證和處理交易，從而實現更高的吞吐量和更低的成本。在ZK Rollups中，所有的交易都是在Rollup合約中進行，并由一個叫做“驗證器”的單獨實體進行驗證。驗證器將使用零知識證明來證明交易的有效性，并將所有有效的交易打包成一個Rollup區塊。然后，該區塊的摘要將被提交到以太坊主鏈上進行驗證和結算。與Optimistic Rollups不同，ZK Rollups中不存在無效的交易，因為它們已經被驗證過了。

Rollups的優點在于可以實現高吞吐量和實時交易，同時保持去中心化和安全性。由于交易不需要在以太坊主鏈上提交，因此交易成本也得到了降低。此外，Rollups還可以實現更高的隱私保護和更低的網絡延遲。不過，Rollups也存在一些缺點，例如需要大量的計算資源和存儲空間，以及需要等待Rollup區塊的提交和驗證等。

目前，以太坊上已經有一些基于Rollups的應用程序，例如Optimism、Arbitrum和zkSync等。它們都致力于提供快速，便宜和安全的交易，并且已經在實際應用中獲得了成功。Optimism是目前最受歡迎的Optimistic Rollup方案之一，它已經被一些知名的DeFi項目采用，例如Uniswap、Synthetix和Aave等。Arbitrum則是另一個Optimistic Rollup方案，它具有更高的靈活性和更好的開發者支持。zkSync則是一個ZK Rollup方案，它已經被一些知名的以太坊項目采用，例如StarkWare和Curve等。