作者：Daolectic Research

原文标题：《How to scale Ethereum? — A comprehensive analysis of all the actual Layer 2 environment》

编译：林奇，链捕手

区块链领域最具争议的话题之一无疑是可扩展性。

具体来说，随着以太坊越来越受欢迎，区块中的交易要求也在增加，因此交易成本也在增加。由于以太坊主网每秒处理约15笔交易，因此有必要增加吞吐量。为了减轻以太坊节点的负担，有很多L2每个解决方案都有自己的优缺点。

为了提高以太坊网络在实际单链配置中的速度，应用了各种替代扩展策略：它们都旨在减轻以太坊主区块链上的交易负担，以提高可扩展性，但方同。

值得注意的是，这些扩展技术并非以太坊独有，也可用于其他网络。

现有的主要扩展计划

事实上，有许多新的共识算法和技术，如分片，可以直接解决基础层的可扩展性问题。

近几个月来，只占区块链一小部分的分片链引起了广泛关注。尤其是链游的发展，比如基于Harmony One的DeFi Kingdoms和Near Protocol的EVM兼容链Aurora推出。这些生态系统发展的主要驱动力是其中的应用程序的实际价值，即更快的时间和更低的时间gas提高用户体验。

以太坊2.0也许属于分片家族。

此外，还有建筑rollup上述侧链和解决方案：该技术继承了主层的所有安全和共识协议，与大多数其他扩展技术相比具有相当大的优势。在这方面，这些解决方案可以分为非托管侧链。

本质上，rollup收集大量交易，在链下计算，然后作为单链交易广播。

活跃在以太坊主网上rollup分为两类：

Zk Rollup（Zk 代表零知识)，支持有效性证明Optimistic，支持欺诈证明

零知识证明ZKP

零知识证明始于其纯定义(ZKP)在不揭示基本假设的情况下，一组工具可以验证信息。

零知识一词源于未提供任何关于特定事实的信息（零）的概念：这是由一组加密技术实现的。该技术使认证人能够以数据的形式向认证人显示计算断言，而无需披露任何数据。

ZKP区块链领域已经引入。零知识证明分为交互式和非交互式两种。

交互式ZKP为了说服验证者拥有某些知识，证明者需要进行一系列的活动或操作ZKP大多数活动都包含了数学概率思想。非交互式ZKP不需要证明者和验证者之间的交互，否则验证可能会在之后进行。在这种情况下，此类ZKP需要额外的计算机或软件。

所有ZKP(交互式或非交互式)必须满足三个先决条件:

完整性：如果陈述为真，验证者可以验证被证明者持有的所有必要输入。有效性： 该判断不能被驳斥，且当被证明者没有提供必要的输入时，验证不会成立。零知识：验证者除判断是真或假之外，不会看到其它信息。个人数据将始终保持匿名和加密状态。

ZKRollup

Zk Rollup将所有交易数据提交到主链并使用Zk-Snark(零知识简洁非交互式知识论证)验证交易。

Vitalik Buterin这种加密工具是在2018 提出的。

缩写SNARK非交互论证代表简洁，知识：

简洁意味着证据比底层数据短。知识论证表明，如果没有适当的证人或证据证明他们提供的信息是真实的，证人就无法构建被验证的证明。

一旦这些验证完成并发布到主链，包含的所有交易都将被宣布为最终交易。因为它使用加密活动，L2节点建设证明所需的处理能力非常高、更快。

ZK rollup由中继器组合进行交易zkp证明交易的真实性。之后，在主层提交并发布证书。

相关阅读：阅读 ZK-Rollups：如何带来 Crypto 生态系统范式转换？

Optimistic rollup

Optimistic rollup基本假设是所有已处理的事务都是有效的。事实上，这个名字来自的乐观状态。

每当发现交易无效时，节点可以通过提供欺诈证据对发现不正确交易的整批交易提出质疑：一批交易将由支持optimistic rollup的底层系统（optimisticvirtual machine，OVM）在主链上重新运行。

总体而言，OVM 允许L2即使他们已经完成了上述交易L1拒绝是无效的外，如果交易被视为无效L2在欺诈交易之前，链条将被重置为存在状态。所有后续交易因欺诈交易而无用。

由于optimistic该方法是基于交易总是真实的，直到被证明是不同的，因此在某种程度上被认为是基于信任。

如果对生态系统中的参与者提供适当的激励，励。然而，为了防止最坏的情况，还需要采取额外的预防措施。例如，当资产来自时L2转移到L1时，Optimism为验证人提供足够的时间发现和标记欺诈交易，规定了七天的搁置期。

Validium

Validium类似于操作模式ZK rollup，不同之处在于数据保存在链下。由于交易数据没有发布在区块链上，因此有必要使用额外的信任假设，用户必须信任操作员，以便在必要时访问数据。

Validium链下数据存储有很多好处，交易速度更快，由于公众无法访问交易，用户隐私也有所提高。

然而，由于数据保存在链外，用户将无法随时看到其在智能合同中的可用金额。

因此，用户必须从中继器获取数据才能掌握自己的资金，他们必须信任中继器。

要解决这个问题，StarkWare该解决方案提供了数据可用性委员会（DAC），它将存储所有链下数据，并在紧急情况下公开访问，以减少用户对中继器的依赖：因为它仍在使用zkp，因此，没有广播不正确状态的危险；用户现在必须信任的是信息的及时性。

Validium基于此，解决方案更新ZKR在此基础上，如果扩展解决方案的有效性证明套件越来越受欢迎，其势头将继续提高。

使用Validium解决方案项目包括DeversiFi、ZKSwap(支付、交易平台)，Sorare（足球NFT游戏）和Immutable X（NFT 市场）。

Plasma

在Plasma在家庭中，可以找到几个基本上是以太坊复制版的区块链，它们通过信任最小化的网桥系统结构连接到以太坊Plasma chain可以采用自己的交易验证流程，但以太坊区块链仍然具有最终交易真实性的权威。

Plasma用户不需要绝对信任运营商，即使在不诚实或妨碍操作的情况下，用户也总是有机会收回资金Plasma以太坊社区的推出引起了极大的兴趣，但也带来了许多挑战：新的数据可用性网络攻击，要求用户监控交易以检测恶意活动，并试图同时退出大量用户Plasma对主链上数据容量的担忧减缓了基础Plasma采用系统。

此外，许多Plasma设计被一系列的用户体验和安全问题所困扰，而且它们并没有为智能合约的开发提供原生的便利性。OMG和Polygon现在已经放弃了Plasma，有些人认为它实际上已经不存在了。

技术比较

迄今为止，Optimistic rollup由于开发人员能够复制和粘贴以太坊应用程序，它得到了最大的关注和采用L2平台的性质。

Uniswap 和 Synthetix 以概率已经开始使用以太坊主网头部应用程序rollup解决方案的Optimistic rollup解决方案部署其应用程序。ZK rollups 和 Validium 解决方案对通用智能合同的支持非常有限，但仍在积极部署中。

ZKR 相对于 Optimistic Rollup一个主要优点是没有争议期(提款时间)。因为使用zkp为了建立交易真实性，中继器将无法欺骗系统。另一个需要考虑的因素是ZKR由于数据始终保存在链上，用户总能移动资产。

总的来说，这些措施的发展高度依赖于他们能提供什么。零知识证明EVM基于有效性证明了兼容性的未来L2开发解决方案组合提供了良好的前景。

随着Matter Labs和StarkWare利用这些证明的可访问性，可以创造性地选择数据可用性optimistic rollup普及。零知识证明了中继器发布恶意活动的安全性和难度L2该系统使用其力量的未来看起来更加光明。

截至2月20日，整个L2生态的TVL约60亿美元。

根据下图L2Beat数据显示，optimistic rollup占总市值的70%，Arbitrum以31亿美元排名第一。dYdX是采用ZK-Rollup的L2，以9.95接着是亿美元。到目前为止，Validium相关TVL较低，但随之而来IMX和Sorare也有增长潜力。

结论

预计rollup使用将是未来最常见的扩展方式。其中许多是最近首次部署的，这是一个重要的里程碑。考虑到以太坊2.0还有很长一段时间，所以rollup可能会持续很长时间。

可组合性是以太坊的一个关键元素，它使网络中的任何人都能轻松地在现有资产和周围建立新的用例。

如果你是以太坊网络的用户，这实际上给了你很大的自由：你可以通过一些用户友好活动在同一安全框架和链上进行相对复杂的交易。

虽然L2通过减少解决方案gas费明显它改善了用户体验，但也提供了独立执行环境的选项。

最近，在选择部署哪个平台之前，应用程序开发者开始犹豫，因为他们一直在观望哪个平台L2解决方案更受欢迎。

一个或多个L2集成将是未来发展的关键。它不仅影响以太坊整个生态系统的网络效应，而且影响更广泛的智能合同平台环境。