一文读懂以太坊的各大扩容方案

撰文：William Peaster，来源：DeFi Pulse

编辑：南风

当时的以太坊是一条全体单片式区块链(monolithic blockchain)：它为自己供给安全性，履行自己的买卖，并保护自己的数据可用性。

但是，这种传统类型的区块链，即为自己供给安全性、履行和数据可用性层的链，由于其“包办了一切的工作”而存在固有的局限性。

这些局限性会给用户带来较高的买卖成本。

这是由于以太坊履行层稀缺的区块空间，加上不断增加的网络运用需求，导致了网络拥堵，推高了买卖成本。

换句话说，单片式区块链一次只能处理这么多的买卖(transactions)。

为了处理这些局限性，以太坊生态中的开发者和研讨人员近年来创始了一系列不同的可扩展性处理计划。这些计划有着不同的呈现方法和规模，但绝大多数都是作为以以太坊为中心的履行层，供给廉价和快速的 Crypto 买卖。

现如今，许多新的可扩展性处理计划都已经能够运用了，而且更多的计划行将到来。为了紧跟现在正在发生的一切，本文将带领读者深入了解当时各大以太坊可扩展性计划！

01. 链下扩容 vs. 链上扩容

当时，以太坊社区同时在运用链下扩容性战略和链上扩容战略。

链下扩容 (off-chain scaling) 是指为以太坊等底层链供给外部履行的任何立异方法。人们将这些立异称为「Layer 2」(简称 L2)， 也行将买卖的履行放在以太坊之外的第二层网络进行，然后优化以太坊 L1 的功能。

链上扩容 (on-chain scaling) 是指为了进步区块链的吞吐量 (即每秒能够处理的买卖量) 而对其进行的任何直接修正。尽管诸如 Rollups 和 Validiums 等链下扩容计划会在短期内扩展以太坊，但以太坊网络的长期补充战略是完成分片 (sharding)，也行将以太坊 L1 分红许多条有着同享安全性的分片链 (shard chains)。

02. 理解 L2

制图：u/emkoscp

1. Rollups

Rollup 是一种可扩展性处理计划，经过在其自己的经优化的履行层上面履行买卖，并将买卖数据发布到以太坊 (以后可能还有其他 L1s 公链) 上。经过这种方法，Rollups 链直接承继了以太坊 L1 的安全性保证。

扩展来看，当时有两种类型的 Rollups：ZK-Rollups 和 Optimistic Rollups。

1) ZK-Rollups 经过运用一种称为 zk-SNARK 的加密证明，将许多笔链下买卖“卷起来”构成一笔可验证的买卖批次。然后，这些较小的加密证明将被有效地发布到以太坊 L1 上面。

简略来说便是，链下履行 + 经过 zk-SNARKs 提交链上数据 = ZK-Rollups。

Loopring (路印) 是 DeFi 范畴最受欢迎的 zk-Rollup 项目之一

当时咱们能够运用的根据 ZK-Rollup 计划的 Rollups 网络包含：

Loopring：

https://loopring.io/#/

Polygon Hermez：

https://hermez.io/

zkSync：

https://zksync.io/faq/intro.html#introduction

2) Optimistic Rollups也是将许多买卖“卷起来”以批次的方法提交至以太坊 L1 链上，但这种计划并不运用零常识证明来证明买卖的有效性：Optimistic Rollups “达观地”假设了买卖的有效性，除非经过所谓的“诈骗证明”(fraud proofs) 成功地挑战了买卖的有效性。

简略来说便是，链下履行 + 链上数据 + 诈骗证明 = Optimistic Rollups。

Arbitrum 是根据 Optimistic Rollup 计划的 L2 网络

当时咱们能够运用的根据 Optimistic Rollup 计划的 Rollups 网络包含：

Arbitrum One：

https://arbitrum.io/bridge-tutorial/

Optimism：

https://gateway.optimism.io/welcome

关于 Arbitrum One 网络和 Optimism 网络的运用细则和注意事项，可参阅此前发布的文章?《一文读懂新晋 L2 网络 Arbitrum》和《L2 热潮来袭！如何运用 Optimism 网络？》

2. Validiums

DeversiFi 是现在最大的根据 Validium 计划的 L2 项目

另一种类似于 Rollups 的可扩展性处理计划是 Validiums。

Validiums 的运作方法类似于 ZK-Rollups，由于这种计划也依赖于零常识证明来批处理和履行买卖。但与 ZK-Rollups 比较，Validiums 在链下保存其数据可用性 (即买卖数据存储在链下)，而 ZK-Rollups 的数据可用性存储在以太坊 L1 链上。

这种动态特征使得 Validiums 这种扩容计划具有很高的功能(Validiums 能够供给比 ZK-Rollups 更高的吞吐量)，但同时也在一定程度上使这种计划具有保管的性质 (这意味着 Validiums 的运营商能够冻住或许没收用户的资金)。

Sorare 是一款由 Validium 驱动的梦境足球游戏

换句话说，链下履行 + 零常识证明 + 链下数据 = Validiums。

当时咱们能够运用的根据 Validium 计划的项目包含：

DeversiFi(去中心化买卖所)：

https://l2beat.com/projects/deversifi/

Immutable X(一个以 NFTs 为中心的 L2 网络)：

https://www.immutable.com/

Sorare(一款梦境足球游戏)：

https://l2beat.com/projects/sorare/

3. Volitions

Volitions 是一种混合式扩容处理计划，让用户能够在“ZK-Rollup形式”和“Validium形式”之间进行选择。

在实践中，这意味着 Volitions 的用户能够使买卖在链下履行，同时能够选择链上数据可用性或许链下数据可用性，也即选择将数据可用性保存在以太坊 L1 链上或许在 Valildiums (链下)。

4. 侧链

就以太坊而言，侧链是与以太坊兼容的区块链。

侧链 (sidechains) 能够是独立的区块链，比方 BSC (币安智能链)，或许更遍及的是，为了明确地迎合以太坊用户的定制区块链，比方 Polygon 的侧链。侧链与以太坊的兼容性源于它们支持 EVM (以太坊虚拟机)。

因而，侧链能够作为以太坊 L1 的外部履行层，即使侧链并没有直接承继以太坊 L1 的安全性保证。但一些侧链项目，比方 Polygon 的侧链，经过向以太坊提交检查点 (checkpoints)，模糊了这种区别。

当时咱们能够运用的侧链包含：

Polygon：

https://wallet.polygon.technology/

xDai：

https://bridge.xdaichain.com/

Ronin(NFT 游戏 Axie Infinity 量身定制的侧链)：

https://bridge.roninchain.com/

5. 状况通道

Connext 是以太坊生态中最闻名的状况通道项目之一

状况通道 (State Channels) 是一种由多签智能合约支撑的链下扩容计划。在状况通道网络中，ETH 等加密财物能够锁定在这些合约中，用于在用户之间创立双向支付通道。

换句话说，状况通道就像是在“记账”，用户彼此之间能够在链下进行数百次买卖，然后经过向以太坊 L1 发送最终一笔买卖来停止记账。这样一来，原本是许多笔的买卖，经过状况通道得以简化。

现在咱们能够运用的状况通道项目：

Connext：

https://connext.network/

6. Plasma

Plasma 链是一种依赖于诈骗证明 (fraud proofs) 的扩容计划，类似于 Optimistic Rollups。但与 Optimistic Rollups 不同的是，Plasma 将数据可用性保存在链下。尽管是以太坊 L2 研讨的最早范畴之一，Plasma 的完成未能像其他更新的扩容计划那样获得足够的吸引力。

03. 以太坊 L1 何时完成分片？

上图：以太坊的更新路线图。制图：trent.eth

以太坊开发者社区估计，分片 (sharding) 将在未来几年内推出。

这一更新将把以太坊一直以来的单一协议扩展到 64 条新的“分片链”上。经过这种方法将以太坊网络的负荷分布到这些分片链上，以太坊 L1 得以完成水平扩展，极大地改善了买卖推迟和吞吐量才能。

值得注意的是，正如以太坊创始人 Vitalik Buterin 之前着重的那样，“分片和 Rollups 带来的可扩展性好处彼此叠加”，这些立异将使以太坊轻松地支持数十亿用户。

04. 以太坊扩容的未来是模块化的

直到最近，以太坊一直是一条全体单片式区块链，仅依靠自己供给安全性、履行和数据可用性。

咱们现在正开始看到，以及未来会越来越多地看到，以太坊正在成为一条模块化的区块链。也便是说，咱们将看到以太坊越来越依赖外部履行层和外部数据可用性层来推动其基础功能。

从 Rollups 到侧链，咱们已经评论了这些前期的外部履行层是什么样子。相同值得注意的是，像 Polygon Avail 这样的定制化数据可用性区块链，也将在扩展模块化区块链未来的可能性方面发挥重要作用。

**本文仅代表原作者观念，不构成任何出资意见或主张。