以太坊的擴容方案介紹

當前的以太坊是一條整體單片式區塊鏈(monolithic blockchain)：它為自己提供安全性，執行自己的交易，並維護自己的資料可用性。

然而，這種傳統型別的區塊鏈，即為自己提供安全性、執行和資料可用性層的鏈，由於其“包攬了所有的事情”而存在固有的侷限性。

這些侷限性會給使用者帶來較高的交易成本。

這是因為以太坊執行層稀缺的區塊空間，加上不斷增長的網路使用需求，導致了網路擁堵，推高了交易成本。

換句話說，單片式區塊鏈一次只能處理這麼多的交易 (transactions)。

為了解決這些侷限性，以太坊生態中的開發者和研究人員近年來開創了一系列不同的可擴充套件性解決方案。這些方案有著不同的呈現方式和規模，但絕大多數都是作為以以太坊為中心的執行層，提供廉價和快速的 Crypto 交易。

現如今，許多新的可擴充套件性解決方案都已經可以使用了，而且更多的方案即將到來。為了緊跟目前正在發生的一切，本文將帶領讀者深入瞭解當前各大以太坊可擴充套件性方案！

鏈下擴容 vs. 鏈上擴容

當前，以太坊社群同時在使用鏈下擴容性策略和鏈上擴容策略。

鏈下擴容 (off-chain scaling) 是指為以太坊等底層鏈提供外部執行的任何創新方式。人們將這些創新稱為「Layer 2」(簡稱 L2)， 也即將交易的執行放在以太坊之外的第二層網路進行，從而優化以太坊 L1 的效能。

鏈上擴容 (on-chain scaling) 是指為了提高區塊鏈的吞吐量 (即每秒能夠處理的交易量) 而對其進行的任何直接修改。雖然諸如 Rollups 和 Validiums 等鏈下擴容方案會在短期內擴充套件以太坊，但以太坊網路的長期補充策略是實現分片 (sharding)，也即將以太坊 L1 分成許多條有著共享安全性的分片鏈 (shard chains)。

理解 L2

1. Rollups

Rollup 是一種可擴充套件性解決方案，通過在其自己的經優化的執行層上面執行交易，並將交易資料釋出到以太坊 (以後可能還有其他 L1s 公鏈) 上。通過這種方式，Rollups 鏈直接繼承了以太坊 L1 的安全性保障。

放大來看，當前有兩種型別的 Rollups：ZK-Rollups 和 Optimistic Rollups。

1) ZK-Rollups 通過使用一種稱為 zk-SNARK 的加密證明，將許多筆鏈下交易“捲起來”形成一筆可驗證的交易批次。然後，這些較小的加密證明將被有效地釋出到以太坊 L1 上面。

簡單來說就是，鏈下執行 + 通過 zk-SNARKs 提交鏈上資料 = ZK-Rollups。

Loopring (路印) 是 DeFi 領域最受歡迎的 zk-Rollup 專案之一

當前我們可以使用的基於 ZK-Rollup 方案的 Rollups 網路包括：

Loopring：

Polygon Hermez：

zkSync：

2) Optimistic Rollups 也是將許多交易“捲起來”以批次的方式提交至以太坊 L1 鏈上，但這種方案並不使用零知識證明來證明交易的有效性：Optimistic Rollups “樂觀地”假設了交易的有效性，除非通過所謂的“欺詐證明”(fraud proofs) 成功地挑戰了交易的有效性。

簡單來說就是，鏈下執行 + 鏈上資料 + 欺詐證明 = Optimistic Rollups。

Arbitrum 是基於 Optimistic Rollup 方案的 L2 網路

當前我們可以使用的基於 Optimistic Rollup 方案的 Rollups 網路包括：

Arbitrum One：

Optimism：

2. Validiums

DeversiFi 是目前最大的基於 Validium 方案的 L2 專案

另一種類似於 Rollups 的可擴充套件性解決方案是 Validiums。 

Validiums 的運作方式類似於 ZK-Rollups，因為這種方案也依賴於零知識證明來批處理和執行交易。但與 ZK-Rollups 相比，Validiums 在鏈下儲存其資料可用性 (即交易資料儲存在鏈下)，而 ZK-Rollups 的資料可用性儲存在以太坊 L1 鏈上。

這種動態特徵使得 Validiums 這種擴容方案具有很高的效能(Validiums 能夠提供比 ZK-Rollups 更高的吞吐量)，但同時也在一定程度上使這種方案具有託管的性質 (這意味著 Validiums 的運營商可以凍結或者沒收使用者的資金)。

Sorare 是一款由 Validium 驅動的夢幻足球遊戲

換句話說，鏈下執行 + 零知識證明 + 鏈下資料 = Validiums。

當前我們可以使用的基於 Validium 方案的專案包括：

DeversiFi (去中心化交易所)：

Immutable X (一個以 NFTs 為中心的 L2 網路)：

Sorare (一款夢幻足球遊戲)：

3. Volitions

Volitions 是一種混合式擴容解決方案，讓使用者能夠在“ZK-Rollup模式”和“Validium模式”之間進行選擇。

在實踐中，這意味著 Volitions 的XM官網xmforextrade.com使用者能夠使交易在鏈下執行，同時可以選擇鏈上資料可用性或者鏈下資料可用性，也即選擇將資料可用性儲存在以太坊 L1 鏈上或者在 Valildiums (鏈下)。

4. 側鏈

就以太坊而言，側鏈是與以太坊相容的區塊鏈。

側鏈 (sidechains) 可以是獨立的區塊鏈，比如 BSC (幣安智慧鏈)，或者更普遍的是，為了明確地迎合以太坊使用者的定製區塊鏈，比如 Polygon 的側鏈。側鏈與以太坊的相容性源於它們支援 EVM (以太坊虛擬機器)。

因此，側鏈可以作為以太坊 L1 的外部執行層，即便側鏈並沒有直接繼承以太坊 L1 的安全性保障。但一些側鏈專案，比如 Polygon 的側鏈，通過向以太坊提交檢查點 (checkpoints)，模糊了這種區別。

當前我們可以使用的側鏈包括：

Polygon：

xDai：

Ronin (NFT 遊戲 Axie Infinity 量身定製的側鏈)：

5. 狀態通道

Connext 是以太坊生態中最知名的狀態通道專案之一

狀態通道 (State Channels) 是一種由多籤智慧合約支撐的鏈下擴容方案。在狀態通道網路中，ETH 等加密資產可以鎖定在這些合約中，用於在使用者之間建立雙向支付通道。

換句話說，狀態通道就像是在“記賬”，使用者彼此之間可以在鏈下進行數百次交易，然後通過向以太坊 L1 傳送最後一筆交易來停止記賬。這樣一來，原本是許多筆的交易，通過狀態通道得以簡化。

目前我們可以使用的狀態通道專案：

Connext：

6. Plasma

Plasma 鏈是一種依賴於欺詐證明 (fraud proofs) 的擴容方案，類似於 Optimistic Rollups。但與 Optimistic Rollups 不同的是，Plasma 將資料可用性儲存在鏈下。儘管是以太坊 L2 研究的最早領域之一，Plasma 的實現未能像其他更新的擴容方案那樣獲得足夠的吸引力。

以太坊 L1 何時實現分片？

以太坊開發者社群預計，分片 (sharding) 將在未來幾年內推出。

這一更新將把以太坊一直以來的單一協議擴充套件到 64 條新的“分片鏈”上。通過這種方式將以太坊網路的負荷分佈到這些分片鏈上，以太坊 L1 得以實現水平擴充套件，極大地改善了交易延遲和吞吐量能力。

值得注意的是，正如以太坊創始人 Vitalik Buterin 之前強調的那樣，“分片和 Rollups 帶來的可擴充套件性好處相互疊加”，這些創新將使以太坊輕鬆地支援數十億使用者。

以太坊擴容的未來是模組化的

直到最近，以太坊一直是一條整體單片式區塊鏈，僅依靠自己提供安全性、執行和資料可用性。

我們現在正開始看到，以及未來會越來越多地看到，以太坊正在成為一條模組化的區塊鏈。也就是說，我們將看到以太坊越來越依賴外部執行層和外部資料可用性層來推進其基礎效能。

從 Rollups 到側鏈，我們已經討論了這些早期的外部執行層是什麼樣子。同樣值得注意的是，像 Polygon Avail 這樣的定製化資料可用性區塊鏈，也將在擴大模組化區塊鏈未來的可能性方面發揮重要作用。